CN105510350A - 隧道表面图像获取装置及隧道表面检测设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及隧道表面图像获取装置及隧道表面检测设备。一种隧道表面图像获取装置，包括：拍照支架，所述拍照支架用于安装至在隧道内行进的检测车；以及多个拍照单元，每个拍照单元包括用于拍摄隧道表面的检测区域的相机、以及照射所述隧道表面的所述检测区域以为所述相机的拍摄提供照明的光源；所述多个拍照单元依次布置在所述拍照支架上，并且在所述检测车的行进方向上分两层或更多层错位排列，以使任意两个所述拍照单元中的一个所述拍照单元的所述相机在所述隧道表面上的拍摄区与另一个所述拍照单元的所述光源在所述隧道表面上的照明区不重叠。本发明还公开了一种具有上述隧道表面图像获取装置的隧道表面检测设备。

Description

隧道表面图像获取装置及隧道表面检测设备

技术领域

本发明涉及隧道检测技术，具体涉及隧道表面图像获取装置以及隧道表面检测设备。

背景技术

近年来，随着城市建设的快速发展、城市规模的不断扩大，城市地铁交通以其特有的优势得到快速发展。地铁隧道对运营安全要求极高，在地铁隧道运营管理及养护过程中，要经常检测及时发现和处理隧道的结构缺陷如裂纹、渗漏水等。目前，地铁隧道结构检测主要依赖人工检测手段。人工检测速度慢、效率低，越来越不适应现代地铁隧道检测窗口时间短的特点。因此，对地铁隧道结构缺陷快速自动检测技术的研究引起各国的重视。

一种检测地铁隧道表面结构缺陷的技术方案是采用基于相机、激光器等的摄影扫描测量技术对隧道表面进行拍摄，并得到高清图像，通过对图像坐标到空间坐标的模型运算，从而可以准确定位隧道的渗漏、开裂等缺陷。

另外，作为这样的隧道表面图像的摄影扫描技术，已知有将相机和光源安装在拍照支架上，检测车搭载该拍照支架在隧道内行驶，同时多个相机对隧道表面进行拍照以获得隧道表面图像的技术。而且已知一般在拍照支架的同一面上紧凑布置多个相机和光源，以便使相机视野全面覆盖隧道表面，获得更全面的图像。然而，这种紧凑布置，会造成相邻拍照光源相互干扰，导致拍摄区域的亮度不均匀，拍摄效果差，甚至会影响隧道表面缺陷的准确识别、检测和定位。但如果为了避免拍照光源干扰而拉开相机及光源的布置间隔，就会出现拍照死角，无法获得全面的隧道表面图像。

发明内容

因此，本发明的目的之一在于，提供一种隧道表面图像获取装置，可避免相机的拍摄受其他光源的干扰，提高所拍摄图像的图像质量。本发明的另一目的在于，提供具有上述隧道表面图像获取装置的隧道表面检测设备。

本发明提供了一种隧道表面图像获取装置，包括：拍照支架，所述拍照支架用于安装至在隧道内行进的检测车；以及多个拍照单元，每个拍照单元包括用于拍摄隧道表面的检测区域的相机、以及照射所述隧道表面的所述检测区域以为所述相机的拍摄提供照明的光源；所述隧道表面图像获取装置的特征在于，所述多个拍照单元依次布置在所述拍照支架上，并且在所述检测车的行进方向上分两层或更多层错位排列，以使任意两个所述拍照单元中的一个所述拍照单元的所述相机在所述隧道表面上的拍摄区与另一个所述拍照单元的所述光源在所述隧道表面上的照明区不重叠。

优选的，所述多个拍照单元被布置成，将各拍照单元的所述拍摄区投影到与所述检测车的行进方向垂直的投影面而形成的投影区域能够覆盖所述检测区域在所述投影面上的投影区域。

优选的，所述拍照单元被错位排列的所述两层或更多层的相邻两层的层间距大于所述光源的所述照明区在所述检测车的行进方向上的宽度。

优选的，所述拍照单元在所述检测车的行进方向上分两层错位排列。

优选的，所述多个拍照单元在所述检测车的行进方向上分三层错位排列。

优选的，所述多个拍照单元被配置成其到所述隧道表面的距离基本相同。

优选的，在将每个所述拍照单元的所述拍摄区投影到与所述检测车的行进方向垂直的投影面而形成的投影区域中，相邻的投影区域部分重叠。

优选的，每个所述拍照单元中的所述相机的所述拍摄区位于所述光源的所述照射区的中央区域。

优选的，所述相机为线阵相机，所述光源为线型光源。

优选的，还包括连接所述拍照支架和所述检测车的减震装置。

本发明还提供了一种隧道表面检测设备，包括：检测车，能够在隧道内行进；上述任一项所述的隧道表面图像获取装置，所述隧道表面图像获取装置安装在所述检测车上，用于获取隧道表面检测区域的图像数据；以及图像处理装置，所述图像处理装置接收通过所述隧道表面图像获取装置获取的所述图像数据，并根据该图像数据拼接隧道表面检测区域的图像进行处理。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。在附图中，相同的符号标示相同的元件，其中：

图1是示出根据本发明的隧道表面图像获取装置的一个实施例的结构示意图；

图2是示出根据本发明的隧道表面图像获取装置的拍照单元的一个实施例的示意图；

图3是示出根据本发明的上述实施例中的拍照单元分两层错位排列时其中一层拍照单元的拍摄区和照明区的示意图；

图4是示出根据本发明的上述实施例中的拍照单元在隧道表面上的拍摄区与照明区的示意图；

图5是示出根据本发明的上述实施例中的拍照单元分两层错位排列时两层上的拍照单元在隧道表面上的拍摄区的示意图；

图6是示出根据本发明的上述实施例的两个相邻拍照单元对隧道表面进行拍摄所得的图像的示意图；

图7A-7C是示出根据本发明的拍照单元分三层错位排列的排列示例的示意图；

图8是示出根据本发明的隧道表面检测设备的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下文中，参照附图描述本发明的实施例。下面的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，以便能够更清楚地理解本发明。本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的范围由权利要求书限定。

图1是示出根据本发明的隧道表面图像获取装置的一个实施例的结构示意图。图2是示出根据本发明的隧道表面图像获取装置的拍照单元的一个实施例的示意图。

如图1所示，隧道表面图像获取装置110包括拍照支架20和安装在拍照支架20上的多个拍照单元30。

拍照支架20上背对拍照单元30的一侧还可以安装有防护罩23。如图2所示，防护罩23用于保护连接各拍照单元30的连接总线。

本实施例中的隧道表面图像获取装置110搭载在检测车10上来使用。这里所说的检测车是泛指可在地面、轨道、或通过磁悬浮等行驶的设备，不仅限于带车轮的车。另外，隧道表面图像获取装置110也可以构成为不用搭载在检测车上而可自行行驶的装置。但是，是搭载在检测车上使用还是可自行行驶，由于不是本发明的关注点，因此这里不再详细描述。但为了便于说明，这里以隧道表面图像获取装置110搭载在检测车10上为例进行说明。

当隧道表面图像获取装置110工作时，检测车10在隧道内行进，拍照单元30对隧道表面进行拍照扫描，以获取隧道表面检测区域的图像。

如图2所示，拍照单元30包括用于拍摄隧道表面的检测区域的相机31、以及照射隧道表面以为相机31的拍摄提供照明的光源32。另外，拍照单元30还可以包括调整装置33，用于调整相机31的拍摄区与光源32的照明区的位置。通过调整装置33的调整，可使相机31的拍摄区落到光源32的照明区的中央区域(参考图4)，此时相机的拍摄图像最亮。这里，作为一个例子，相机31采用线阵相机，光源32采用线型光源。

拍照支架20形成为与隧道内表面形状相适应的形状，例如对于环形隧道，可以是环形。多个拍照单元30沿着呈扇形依次布置在拍照支架20上，由此使得各拍照单元30到隧道表面的距离基本相同。如此配置可使得在专用调试平台上调整相机的光圈、焦距以及光源的照射距离时，可同时将上述参数调整在相同的范围内，以实现安装过程中各拍照单元的互换性。

并且，多个拍照单元30在检测车10的行进方向X上分层错位排列，以使任意两个拍照单元30中的一个所述拍照单元30的相机31在隧道表面上的拍摄区与另一个拍照单元30的光源32在隧道表面上的照明区不重叠。由此，相机31在隧道表面上的拍摄区不受其他光源32光照的干扰，拍摄区的亮度均匀，从而可获得画质均匀的图像。

另外，优选将多个拍照单元30布置成将各拍照单元30的拍摄区投影到与检测车的行进方向X垂直的投影面而形成的投影区域能够覆盖检测区域在投影面上的投影区域。这样，能够使得相机的视野覆盖整个检测区域，能够获得全面的图像，而不会产生拍摄死角。

下面在图1、图2的基础上再结合图3～图6对拍照单元的排列方式进行更详细说明。

图3是示出根据本发明的上述实施例中的拍照单元分两层错位排列时其中一层拍照单元的拍摄区和照明区的示意图。图4是示出根据本发明的上述实施例中的拍照单元在隧道表面上的拍摄区与照明区的示意图。图5是示出根据本发明的上述实施例中的拍照单元分两层错位排列时两层上的拍照单元在隧道表面上的拍摄区的示意图。图6是示出根据本发明的上述实施例的两个相邻拍照单元对隧道表面进行拍摄所得的图像的示意图。

图1中，各拍照单元30在检测车10的行进方向X上分两层错位排列。具体地，拍照支架20上形成有用于安装拍照单元30的多个第一层安装部21和多个第二层安装部22，第一层安装部21和第二层安装部22交替排列。安装在第一层安装部21上的拍照单元30与安装在第二层安装部22上的拍照单元30在检测车10的行进方向X上以预设的层间距b2(参考图4)间隔。

另外，如图3所示，同一层上相邻拍照单元在环绕检测车的行进方向X的方向Y上彼此至少间隔给定距离设置，以使同一层上的光源在隧道表面上的照明区不重叠于与其相邻的相机在隧道表面上的拍摄区。这里的给定距离与相机的所述拍摄区在Y方向上的长度、光源的照射区在Y方向上的长度等参数有关。本领域技术人员可根据这些参数设定合适的拍照单元间的给定距离。

图4示出了各拍照单元分两层错位排列时拍照单元在隧道表面上的拍摄区A1、A2、A3和照明区B1、B2、B3。

在图4中，Ⅰ代表第一层上的拍照单元的拍摄区和照明区，Ⅱ代表第二层上的拍照单元的拍摄区和照明区。优选地，拍照单元30所排列的第一层和第二层的层间距b2大于光源32在隧道表面上的照明区在检测车的行进方向X上的宽度b1。如此设置能够使得各光源32的照明区在检测车的行进方向上不重叠，从而可保证排列在不同层上的相邻两个拍照单元30中的一个拍照单元的相机31的拍摄区不会与另一个拍照单元30的光源32的照明区重叠。

图5示出了拍照单元分两层错位排列时两层上的拍照单元在隧道表面上的拍摄区，其中，Ⅰ代表第一层上的拍照单元30所形成的拍摄区，Ⅱ代表第二层上的拍照单元30所形成的拍摄区。在对隧道表面的检测区域进行一次拍照扫描中，每个拍照单元只能拍摄到其在隧道表面上的拍摄区宽度的图像，因此通常需要将这些图像拼接成隧道表面检测区域的图像。本实施例中的多台拍照单元30如图5所示那样配置，使得在将每个所述拍照单元30的所述拍摄区投影到与所述检测车的行进方向X垂直的投影面而形成的投影区域中，相邻的投影区域部分重叠。由此，各拍照单元30在隧道表面上的拍摄区投影到与检测车10的行进方向X垂直的投影面而形成的投影区域能够覆盖隧道表面检测区域在该投影面上的投影区域，从而隧道表面的检测区域的图像能够被完整地采集到。如图6所示，如此布置时的两个相邻拍照单元所拍得的图像中存在重叠区域C。通过在该重叠区域C，能够更切实地实现隧道表面图像的无缝拼接。

在上述实施例中，各拍照单元30在拍照支架20上的错位排列更加有利于各拍照单元30的安装和调试。

以上对本发明的隧道表面图像获取装置的一个实施例进行了说明。

在本实施例中，拍照单元在检测车行进方向上分两层错位排列，但是，拍照单元的排列不限于两层，也可以三层或更多层。例如，作为另一实施例，各拍照单元在检测车的行进方向上也可以分三层错位排列。分三层排列的方式可以有很多种，只要安装在三层中的不同层上的各拍照单元在检测车的行进方向上以预设的层间距间隔，以使任意两个拍照单元中的一个拍照单元的相机在隧道表面上的拍摄区与另一个拍照单元的光源在隧道表面上的照明区不重叠，并且同一层上的拍照单元彼此不相邻。

例如，作为分三层排列的具体方式，可举出图7A～图7C的例子进行说明。图7A～图7C是示出根据本发明的拍照单元分三层错位排列的排列示例的示意图。图中，X方向检测车的行进方向，Ⅰ为第一层，Ⅱ为第二层，Ⅲ为第三层。按图中一组拍照单元(图7A和图7C的六个拍照单元，图7B的五个拍照单元)的排列为一个排列周期在拍照支架20上重复排列，从而形成拍照单元分三层错位排列的结构。分三层错位排列的各拍照单元的设置方式及原则可参照分两层错位排列的各拍照单元的设置方式及原则，此处不再赘述。

需要说明的是，相机拍摄的有效长度等于相机的拍摄长度减去拍照单元错位排列时在检测车行进方向上错开的距离。如图7所示，相机的扫描长度为L，当错位排列的层数越多，沿隧道延伸方向错开的距离会大，相机拍摄的有效长度为L1越小。

在本实施例中，拍照支架形成为环形支架。但拍照支架也可以不是环形支架，可以是任意形状，例如矩形、方形、梯形等等，也可以是不规则形状。另外，在本实施例中，拍照支架的形状形成为与隧道内表面形状相适应地形成，但这是为容易配置拍照单元而优选的，并不是必须的。

另外，本实施方式中，多个拍照单元被配置成其与隧道表面的距离基本相同。如此配置可使得在专用调试平台上调整相机的光圈、焦距以及光源的照射距离时，可同时将上述参数调整在相同的范围内，以实现安装过程中各拍照单元的互换性。但将多个拍照单元配置成其与隧道表面的距离基本相同仅仅是一个优选方式，多个拍照单元到隧道表面的距离也可以不相同。

另外，本实施例的图1中的拍照单元30的数量只是示意性地示出，并不起限定的作用。本领域技术人员可以根据需要合理地设置。

在本实施例中，示出了由一个光源为一个相机提供照明的例子。但不限于此，也可以设置成一个光源为多个相机提供照明，也可以设置成由多个光源构成的阵列光源为一个相机提供照明。

在本实施例中，拍照单元被调整为相机的拍摄区位于光源的照明区的中央区域。但不限于此，也可以根据光源类型、相机类型等等进行设定。

在本实施例中，相机采用了线阵相机，光源采用了线型光源。但不限于此，本领域技术人员能够想到还可以采用其他类型的光源、相机。例如，相机也可以是面阵相机。光源也可以是LED照明。

图8示出了根据本发明的隧道表面检测设备的一个实施例的示意图。

根据本发明的隧道表面检测设备100包括隧道表面图像获取装置110和图像处理装置40，图像处理装置40获取通过隧道表面图像获取装置110获取的图像数据，并根据该图像数据拼接隧道表面检测区域的图像进行处理。

例如，图像处理装置40可截取如图6中所示的相机拍摄的有效长度L1，利用重叠区域C对相机拍摄的有效长度L1内的图像进行拼接，形成隧道表面检测区域的图像并进行图像处理。这里所说的图像处理包括但不限于将图像输出到显示器上进行显示、识别或定位隧道表面图像中的缺陷、通过图像坐标到空间坐标的模型运算并定位隧道表面的渗漏、开裂等缺陷的各种处理。

隧道表面检测设备100还可以包括在隧道内行进的检测车10，隧道表面图像获取装置10安装在检测车10上。此外，拍照支架20也可以经由减震装置50(参考图1)安装在检测车10上，以缓解检测车行驶过程中产生的震动对拍照的影响。减震装置50优选JS-N型橡胶减振器，JS-N型橡胶减振器可通过螺栓与检测车10连接，拍照支架20连接在JS-N型橡胶减振器上。但是，减震装置50不限于这样的橡胶减振器，还可以是弹簧减震器等可起到缓冲吸震作用的任何型式的减震器。

在图8的示例中，图像处理装置40也被搭载在检测车10上。但图像处理装置40也可以不搭载在检测车上使用。

另外，检测车10上还可以搭载工控机(省略图示)，工控机为拍照单元30的拍摄提供诸如用于控制拍摄和照明等的控制信号，并存储各拍照单元30拍摄的图像数据。此时，图像处理装置40从工控机接收图像数据。另外，图像处理装置40和工控机可以分别构成为各自独立的装置，也可以整合为一个装置实体。

本发明适用于对狭长表面进行拍摄扫描和检测，例如适于地铁隧道、公路隧道、公路表面、管道等等的表面检测等。

尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明并不限于上述实施例的结构。本领域技术人员基于其掌握的本领域知识和能力，能够容易地在不脱离本发明的主要精神的范围内进行各种变形和变更，或想到等同方式，这种变形和变更后的实施方式以及等同方式也都包含在本发明的范围内。另外，尽管在各种示例性结合体和构造中示出了所公开发明的各种构成要素，但包括更多、更少的构成要素的其它组合也都落在本发明的范围之内。

Claims (11)

1.一种隧道表面图像获取装置，包括：

拍照支架，所述拍照支架用于安装至在隧道内行进的检测车；以及

多个拍照单元，每个拍照单元包括用于拍摄隧道表面的检测区域的相机、以及照射所述隧道表面的所述检测区域以为所述相机的拍摄提供照明的光源；

所述隧道表面图像获取装置的特征在于，

所述多个拍照单元依次布置在所述拍照支架上，并且在所述检测车的行进方向上分两层或更多层错位排列，以使任意两个所述拍照单元中的一个所述拍照单元的所述相机在所述隧道表面上的拍摄区与另一个所述拍照单元的所述光源在所述隧道表面上的照明区不重叠。

2.根据权利要求1所述的隧道表面图像获取装置，其中，

所述多个拍照单元被布置成，将各拍照单元的所述拍摄区投影到与所述检测车的行进方向垂直的投影面而形成的投影区域能够覆盖所述检测区域在所述投影面上的投影区域。

3.根据权利要求1所述的隧道表面图像获取装置，其中，所述拍照单元被错位排列的所述两层或更多层的相邻两层的层间距大于所述光源的所述照明区在所述检测车的行进方向上的宽度。

4.根据权利要求1所述的隧道表面图像获取装置，其中，所述拍照单元在所述检测车的行进方向上分两层错位排列。

5.根据权利要求1所述的隧道表面图像获取装置，其中，所述多个拍照单元在所述检测车的行进方向上分三层错位排列。

6.根据权利要求1至5任一项所述的隧道表面图像获取装置，其中，所述多个拍照单元被配置成其到所述隧道表面的距离基本相同。

7.根据权利要求1至5任一项所述的隧道表面图像获取装置，其中，在将每个所述拍照单元的所述拍摄区投影到与所述检测车的行进方向垂直的投影面而形成的投影区域中，相邻的投影区域部分重叠。

8.根据权利要求1至5任一项所述的隧道表面图像获取装置，其中，每个所述拍照单元中的所述相机的所述拍摄区位于所述光源的所述照射区的中央区域。

9.根据权利要求1至5任一项所述的隧道表面图像获取装置，其中，所述相机为线阵相机，所述光源为线型光源。

10.根据权利要求1至5任一项所述的隧道表面图像获取装置，还包括连接所述拍照支架和所述检测车的减震装置。

11.一种隧道表面检测设备，包括：

检测车，能够在隧道内行进；

权利要求1至10任一项所述的隧道表面图像获取装置，所述隧道表面图像获取装置安装在所述检测车上，用于获取隧道表面检测区域的图像数据；以及

图像处理装置，所述图像处理装置接收通过所述隧道表面图像获取装置获取的所述图像数据，并根据该图像数据拼接隧道表面检测区域的图像进行处理。