本發(fā)明屬于隧道圖像采集技術領域，具體而言，涉及一種用于公路隧道病害檢測的圖像采集裝置及方法。

背景技術：

公路隧道的主體是人工地下結構，處于天然介質的環(huán)境中；由于地質條件、氣候條件和運營過程中各種因素的影響，隧道表面極易出現(xiàn)滲漏水、襯砌裂損、隧道凍害、襯砌腐蝕等病害，這些病害影響了隧道的安全性與舒適性，更在一定程度上威脅著隧道的正常運營。

當前隧道病害檢測主要有兩種方式：第一種是人工檢測，此種檢測方式存在諸多弊端，首先是隧道內空間本來就狹小，檢測時需進行一定程度上的交通管制，容易造成交通擁堵且存在安全隱患；另外，人工檢測不僅檢測效率低、主觀程度大，而且無法對隧道表面進行完全檢測，容易漏檢；第二種是隧道病害檢測車，目前國外已經采用隧道病害檢測車，但是進口的檢測車價格昂貴，且實用性不強，不適合我國國情；隧道病害檢測車核心部件是圖像采集裝置，圖像采集裝置中相機組件的數(shù)量是限制病害檢測車價格居高不下的一個重要原因。因此急需成本低、圖像質量高、操作簡便的公路隧道病害圖像采集裝置。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明將機器視覺技術引入檢測領域，提出一種用于公路隧道病害檢測的圖像采集裝置及其實施方法。本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種用于公路隧道病害檢測的圖像采集裝置，包括視覺檢測裝置和車載固定裝置，其特征在于：

所述視覺檢測裝置包括支撐框架7、一號相機組件8、二號相機組件9、三號相機組件10、三維掃描儀11、掃描儀支架12、掃描儀安裝板14、掃描儀支撐梁13；所述支承框架7是由水平支撐桿701、橫向連接桿702、相機組件限位板703、法向組件支撐桿704、連接件705、斜向組件支撐桿706、水平組件支撐桿707、法向支撐桿708、支座709組成，各個支撐桿通過連接件705和支座709組成支承框架7，用于承載相機組件和三維掃描儀11；所述圖像采集組件802通過螺栓聯(lián)接與相對應的銳角安裝板801、鈍角安裝板803緊固，組成三組相機組件，三組相機組件通過T型螺栓與所述支撐框架7緊固；掃描儀安裝板14通過T型螺栓固定于掃描儀支撐梁13上，三維掃描儀11通過螺栓聯(lián)接與掃描儀支架12和掃描儀安裝板14緊固；

所述車載固定裝置包括調心平臺5、回轉裝置4、定位機構6、支撐板3、支撐座2、支撐梁1；所述調心平臺5上表面與所述支撐框架7底面連接、下表面與回轉裝置4轉動環(huán)連接，所述回轉裝置4固定環(huán)與支撐板3上表面連接，支撐板3邊緣布置有安裝孔，支撐梁1通過支撐座2與所述支撐板3連接；調心平臺5與支撐板3通過定位機構6連接緊固，實現(xiàn)回轉裝置4的止動，所述支撐梁1固定鉸接于車輛行李架上。

所述相鄰兩組相機組件的安裝角度為30～60°，所述銳角安裝板801、鈍角安裝板803由兩塊板材焊接而成，其中α+β＝180°，α的角度范圍95～100°，γ的角度范圍為80～90°，且面S1與面S2在同一平面上。

所述調心平臺為偏心結構，其中心與重心之間的偏移量為0～30mm。

所述回轉裝置4可以是回轉支承或者回轉驅動或者液壓回轉裝置或者軸承與軸組合結構；所述定位機構6可以是定位螺栓或者定位銷軸或者定位卡子或者回轉裝置4自帶的自鎖裝置。

所述支撐框架7為鋁合金型材，銳角安裝板801、鈍角安裝板803為鎂合金或者鋁合金板材，調心平臺5、支撐板3為鋁合金或者鎂合金板材；所述支撐梁1為鋁合金矩形管或者鋁合金方管。

一種用于公路隧道病害檢測的圖像采集方法，應用上述用于公路隧道病害檢測的圖像采集裝置，具體步驟包括：

a)將圖像采集裝置安裝在車頂行李架上，檢測車往前行駛時一號相機位于檢測車的右側；

b)檢測車從公路右線(左線)的行車道進入隧道，開始對該線隧道表面進行圖像采集，檢測車駛出隧道時在連接通道處掉頭，進入公路左線(右線)的行車道駛入隧道，開始對該線隧道表面進行圖像采集；

c)檢測車載駛出隧道時進入連接通道，用專用工具擰開四個定位螺栓，使視覺檢測裝置繞回轉裝置中心旋轉180°后，再次擰緊定位螺栓固定，此時檢測車往前行駛時一號相機位于檢測車的左側；

d)駛入公路右線(左線)超車道進入隧道，開始對該線隧道表面進行圖像采集，檢測車駛出隧道時在連接通道處掉頭，駛入公路左線(右線)的超車道，開始對該線隧道表面進行圖像采集；

e)當檢測車駛出隧道時，即獲得該隧道雙線表面的圖像信息。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供了一種用于公路隧道病害檢測的圖像采集裝置及其實施方法，在不影響隧道病害圖像采集質量的前提下，創(chuàng)新性的使用三組相機組件便可完成整條隧道表面病害的圖像采集，大大降低了生產成本；另外該圖像采集裝置整體采用航空材料，最大程度上減輕了設備主體的質量，可方便的搭載在普通越野車上，使隧道病害檢測更為簡便。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明實施例中用于公路隧道病害檢測的圖像采集裝置三維結構示意圖。

附圖2是本發(fā)明實施例中用于公路隧道病害檢測的圖像采集裝置中的支撐板結構示意圖。

附圖3是本發(fā)明實施例中用于公路隧道病害檢測的圖像采集裝置中的調心平臺結構示意圖。

附圖4是本發(fā)明實施例中用于公路隧道病害檢測的圖像采集裝置中的支承框架結構示意圖。

附圖5是本發(fā)明實施例中用于公路隧道病害檢測的圖像采集裝置中的一號相機組件裝配圖。

附圖6是本發(fā)明實施例中用于公路隧道病害檢測的圖像采集裝置中的掃描儀支架結構示意圖。

附圖7是本發(fā)明實施例中用于公路隧道病害檢測的圖像采集裝置中的掃描儀安裝板結構示意圖。

附圖8是本發(fā)明實施例中用于公路隧道病害檢測的圖像采集裝置中的定位螺栓結構示意圖。

附圖9是本發(fā)明實施例中用于公路隧道病害檢測的圖像采集裝置中的支撐座結構示意圖。

附圖標記說明如下：

1-支撐梁、2-支撐座、3-支撐板、4-回轉裝置、5-調心平臺、6-定位機構、7-支撐框架、8-一號相機組件、9-二號相機組件、10-三號相機組件、11-三維掃描儀、12-掃描儀支架、13-掃描儀支撐梁、14-掃描儀安裝板；

701-水平支撐桿、702-橫向連接桿、703-相機組件限位板、704-法向組件支撐桿、705-連接件、706-斜向組件支撐桿、707-水平組件支撐桿、708-法向支撐桿、709-支座；

801-銳角安裝板、802-圖像采集組件、803-鈍角安裝板。

具體實施方式

下面結合具體實施例和附圖對本發(fā)明所述的用于公路隧道病害檢測的圖像采集裝置及方法做進一步說明，但是本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

一種用于公路隧道病害檢測的圖像采集裝置，包括視覺檢測裝置和車載固定裝置。

所述視覺檢測裝置包括支撐框架7、一號相機組件8、二號相機組件9、三號相機組件10、掃描儀11、掃描儀支架12、掃描儀安裝板14、掃描儀支撐梁13。

所述支承框架7是由水平支撐桿701、橫向連接桿702、相機組件限位板703、法向組件支撐桿704、連接件705、斜向組件支撐桿706、水平組件支撐桿707、法向支撐桿708、支座709等組成。

水平支撐桿701、橫向連接桿702、法向組件支撐桿704、斜向組件支撐桿706、水平組件支撐桿707、法向支撐桿708、均為OB.10-4545W2型歐標工業(yè)鋁型材，具有剛強度高、質量輕等特點，長度分別為1000mm、150mm、565mm、615mm、600mm、920mm；連接件705有T型連接板、L型連接板、135角度連接板、135角度連接筋板等，支座709為工業(yè)鋁型材專用配件：45角碼，連接板、角碼通過M8內六角圓頭螺栓、T型螺母與工業(yè)鋁型材桿件聯(lián)接緊固，各個支撐桿通過連接件705和支座709組成支承框架7，用于承載相機、掃描儀等設備。

所述相機組件由銳角安裝板801、鈍角安裝板803和圖像采集組件802構成，其中銳角安裝板801與鈍角安裝板803成對使用，材料為AZ31b鎂合金，合金密度為1.8g/cm³，抗拉強度為227-245N/mm²，伸長率為17-19，具有良好的減震特性。三組相機組件中α均為100°，β均為80°，且面S1與面S2在同一平面上；唯一不同的是一號相機組件8與二號相機組件9的γ為90°，而三號相機組件10的γ為83°。應當理解，α+β＝180°，α的角度范圍為95～100°，γ的角度范圍為80～90°，且面S1與面S2在同一平面上。圖像采集組件802與相對應的銳角安裝板801、鈍角安裝板803通過螺栓緊固后再與支撐框架7通過T型螺栓、螺母聯(lián)接緊固。

所述掃描儀支撐梁13為OB.10-4545W2型歐標工業(yè)鋁型材，長度為910mm，通過4個角碼與支撐框架7聯(lián)接緊固；所述掃描儀安裝板14結構示意圖如圖7所示，所用材料為6065T651鋁合金板材，尺寸為100mm×150mm，板材厚度為10mm；所述掃描儀支架12結構示意圖如圖6所示，所用材料為Q235，尺寸為44mm×75mm，板材厚度為3mm；掃描儀安裝板14一端通過T型螺栓、螺母與掃描儀支撐梁13聯(lián)接緊固，另一端通過螺栓聯(lián)接與掃描儀支架12聯(lián)接緊固，三維掃描儀11通過螺栓聯(lián)接與掃描儀安裝板14、掃描儀支架12緊固。

圖2示出了支撐板結構示意圖，圖3示出了調心平臺結構示意圖，支撐板3與調心平臺5均采用7075T651鋁合金板材，該材料抗拉強度為572MPa，屈服強度為503MPa，硬度為160，延伸率為11，具有良好的機械性能。支撐板3下端面通過通孔S1與對應支撐座2用螺栓緊固，上端面通過通孔S2與回轉裝置4固定環(huán)用螺栓緊固，支撐板3通過螺紋孔S3與調心平臺5用定位機構6緊固，定位機構6采用定位螺栓定位，定位螺栓材料為7075T651鋁合金，其結構示意圖如圖8所示，尺寸為Ф18mm×75mm。一方面限制在檢測過程中，回轉裝置4固定環(huán)與轉動環(huán)之間的相對回轉，另一方面保障視覺采集裝置的剛度，最大程度上消除底盤震動對圖像采集質量的影響。支撐板3的尺寸為500mm×600mm，板材厚度為12mm，通孔S1、S2的尺寸分別為Ф8.5mm、Ф13.5mm，螺紋孔S3的尺寸為M12。調心平臺5上端面通過K1與視覺檢測裝置用M8的T型螺栓連接緊固，下端面通過K2與回轉裝置4轉動環(huán)用M12的內六角螺栓連接緊固。其中調心平臺5的尺寸為510mm×330mm，板材厚度為12mm，通孔K1、K2、K3的尺寸分別為Ф8.5mm、Ф13.5mm、Ф20mm，K1與K2圓心距離S為12mm。回轉裝置4為010.12.355F型回轉支承，其傾覆力矩為2kN.m，徑向載荷為3kN?；剞D支承外圈的尺寸為Ф414mm×28mm，厚度為30mm，內圈尺寸為Ф353mm×28mm，厚度為30mm，回轉支承高度為35mm，質量為15kg。

圖9為支撐座的結構示意圖，支撐座2的材料為7075T651。支承座2通過螺栓與支撐梁1連接緊固，支撐梁1采用6063鋁合金矩形管，橫截面尺寸為30mm×20mm，壁厚為3mm，長度為1260mm。

一種用于公路隧道病害檢測的圖像采集方法，對于雙向四車道的公路隧道來說，具體步驟包括：

a)將圖像采集裝置安裝在車頂行李架上，檢測車往前行駛時一號相機位于檢測車的右側；

b)檢測車從公路右線(左線)的行車道進入隧道，開始對該線隧道表面進行圖像采集，檢測車駛出隧道時在連接通道處掉頭，進入公路左線(右線)的行車道駛入隧道，開始對該線隧道表面進行圖像采集；

c)檢測車載駛出隧道時進入連接通道，用專用工具擰開四個定位螺栓，使視覺檢測裝置繞回轉裝置中心旋轉180°后，再次擰緊定位螺栓，固定可靠，此時檢測車往前行駛時一號相機位于檢測車的左側；

d)駛入公路右線(左線)超車道進入隧道，開始對該線隧道表面進行圖像采集，檢測車駛出隧道時在連接通道處掉頭，駛入公路左線(右線)的超車道，開始對該線隧道表面進行圖像采集；

e)當檢測車駛出隧道時，即獲得該隧道雙線表面的圖像信息。

本發(fā)明所披露的用于公路隧道病害檢測的圖像采集裝置及方法，在不影響隧道病害圖像采集質量的前提下，創(chuàng)新性的使用三組相機組件便可完成整條隧道表面病害的圖像采集，大大降低了生產成本；另外該圖像采集裝置整體采用航空材料，最大程度上減輕了設備主體的質量，可方便的搭載在普通越野車上，使隧道病害檢測更為簡便。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。