CN105606030B - 一种基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置，包括机身，安装在机身上的光学镜头模块、图像采集模块、嵌入式处理计算模块以及供电模块，所述机身设有图像采集通道，所述光学镜头模块包括可拆卸安装在图像采集通道一端的近距离测量镜头和远距离测量镜头，所述图像采集模块包括安装在图像采集通道另一端用于接收经过近距离测量镜头或远距离测量镜头的光线的图像传感器及图像信号调理电路；本发明的基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置把近距离和远距离裂缝测量单元整合在一台仪器，有效降低用户成本，并且通过对仪器结构的设计，在扩展其功能的同时保证了小型化和便携性。

Description

一种基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置

技术领域

本发明涉及建筑物质量检测设备，特别涉及一种基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置。

背景技术

裂缝广泛存在于桥梁、路面、墙体等建筑物表面，是建筑物损坏的主要危害来源之一。我国建筑物数量庞大，但总体检测技术状况不容乐观，亟需高效、便携、准确的检测手段，这对保障工程安全、防止事故具有重要意义。

裂缝检测分为近距离测量和远距离测量，传统的裂缝检测手段大多只针对近距离测量，主要有裂缝宽度标尺法、裂缝显微镜法和人工读数方式的裂缝检测仪法三种。其中，裂缝宽度标尺使用简单，但测量范围小，精度低，一般用作粗测；裂缝显微镜具有一定的测量范围和测量精度且价格便宜，是目前国内主要的裂缝检测方法，但需要人工观察显微镜并读数记录，劳动强度高、人为误差大；人工读数方式的裂缝检测仪使用前端摄像头采集裂缝图像，在显示屏上显示，并通过屏幕上的电子标尺人工读数，在一定程度降低了劳动强度，但依然具有人为误差大的缺点。

嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁剪，对硬件的体积、成本、功耗等有严格要求的专用计算机系统，基于嵌入式技术的裂缝检测仪可实现智能化和小型化，代表了裂缝检测领域的发展趋势。

例如申请公布号CN 103808368 A的专利文献公开了一种便携式钢筋混凝土检测仪，包括有处理器和钢筋混凝土检测传感器，钢筋混凝土检测传感器将检测数据传送给处理器，所述处理器为智能手机或便携式电脑，所述钢筋混凝土检测传感器为裂缝显微镜。上述检测仪由于将传统的钢筋混凝土检测仪中的带有显示功能的处理器更换为智能手机或便携式电脑，并在智能手机或便携式电脑中安装了相应的软件，不仅解决了传传的处理器体积庞大不便携带的问题，而且还大大降低了成本。

但是上述的这类产品仍有以下不足：第一，绝大多数都是只针对近距离测量的；第二，现有的远距离测量都是采用望远镜自带的分划板、十字丝等来测量被测物与仪器间的距离，一来精度不高、影响最终裂缝检测精度，二来望远镜自带的测距功能使用比较麻烦；第三，目前还没有基于嵌入式技术且把近距离和远距离测量整合在一台仪器的裂缝检测仪，用户往往需要同时购买近距离和远距离测量仪器，即增加了开支，也给一些同时有远近距离测量任务的工地使用带来了不便。

发明内容

本发明提供了一种基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置，整合近距离和远距离裂缝检测模块，具有使用方便、体积小、便于携带等优点。

一种基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置，包括机身，安装在机身上的光学镜头模块、图像采集模块、嵌入式处理计算模块以及供电模块，其特征在于，所述机身设有图像采集通道，所述光学镜头模块包括可拆卸安装在图像采集通道一端的近距离测量镜头和远距离测量镜头，所述图像采集模块包括安装在图像采集通道另一端用于接收经过近距离测量镜头或远距离测量镜头的光线的图像传感器及图像信号调理电路。

本发明中并不是简单地将两套测距系统整合，而是将近距离测量镜头和远距离测量镜头分别作为近距离和远距离裂缝检测的光学镜头，可拆卸地安装到同一图像采集通道中与图像采集模块配合以进行近距离或远距离裂缝图像的获取，通过一套图像采集模块、嵌入式处理计算模块和供电模块完成近距离和远距离两种测量，提高了检测装置的适用范围且不增加装置的体积，以保证装置的便携性。

为了提高远距检测的精度，优选的，还包括安装在机身上的红外测距模块。改善远距离测距功能，提供高精度、使用方便的测距方式。

具体的，为了方便制造和使用，优选的，所述红外测距模块包括：

红外信号发生器，安装在机架上用于向建筑物发射红外光；

第一分光镜，安装在远距离测量镜头和图像传感器之间的光线路径上，用于反射红外光和透射可见光；

红外传感器，接收第一分光镜反射的红外光，将光信号转换成电信号；

红外信号调理电路，用于接收红外传感器的输出信号并对其进行调理后传送至嵌入式处理计算模块进行测距计算。远距离测量镜头与红外信号发生装置用于远距离测量；分光镜表面有镀膜，可以反射红外光、透射可见光，这样可消除可见光对红外光的干扰。

为了装置整体结构的紧凑性，优选的，所述红外传感器安装在所述图像采集通道安装有图像传感器的一端，所述红外测距模块还包括将第一分光镜反射的红外光反射到红外传感器上的第二分光镜，所述第一分光镜和第二分光镜的反射面相互平行。所述红外传感器和图像传感器安装在同一侧，便于电路的紧凑连接，第一分光镜使红外光偏离图像采集通道，第二分光镜用于调节红外光的路径使其重新与图像采集通道平行。

为了方便使用，优选的，所述第一分光镜和第二分光镜安装在远距离测量镜头内。

为了方便制造和使用，优选的，所述红外信号发生器安装在图像采集通道的外壁上。

可拆卸的连接方式很多，为了使用方便，优选的，所述近距离测量镜头和远距离测量镜头与图像采集通道的端口之间通过螺纹连接。

为了提高近距检测的准确性，优选的，所述近距离测量镜头包括：

近距离测量镜筒，一端与图像采集通道可拆卸连接；

LED灯组，包括多个LED灯，多个LED灯安装在近距离测量镜筒的另一端且绕镜筒中心轴周向均匀分布；

显微物镜，安装在近距离测量镜筒内且位于中心轴上；

调焦机构。

为了提高远距检测的准确性，优选的，所述远距离测量镜头包括：

远距离测量镜筒，一端与图像采集通道可拆卸连接；

望远物镜，安装在远距离测量镜筒的另一端；

调焦镜，安装在远距离测量镜筒内可以沿轴向移动。

为了提高检测精度，本装置的光学镜头模块需要稳固地安装在机身上，优选的，所述机身与所述图像采集通道可拆卸连接，所述图像采集通道的外壁为圆管结构，所述机身上设有夹持机构，所述夹持机构包括下支撑台、上压板以及紧固件；

所述下支撑台具有与所述圆管底面匹配的弧形支撑面，所述上压板为与所述圆管顶面匹配的弧形挤压板；

所述紧固件包括固定在下支撑台上且分别位于图像采集通道两侧的两块弹性连接板以及将上压板两侧分别与对应侧的弹性连接板连接以使上压板产生向下压紧力的两根锁紧杆，所述锁紧杆基本水平布置且垂直所述图像采集通道。通过调节锁紧杆，拉紧弧形挤压板的两侧，使上压板变形，产生向下的压紧力，其中弹性连接板为弧形板，提高弹性。

所述的处理计算模块基于嵌入式技术，主要负责控制裂缝图像的采集存储、进行图像处理和计算裂缝尺寸信息，此外还分析经红外信号调理电路调理过的红外测距信号并计算仪器与被测物间距离。

所述的电源模块采用了可充电的锂电池与电源管理芯片，为近距离测量镜头的LED灯组、红外信号发生器、图像采集电路与红外测距电路、嵌入式处理计算模块提供电源。

本发明的有益效果：

本发明的基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置把近距离和远距离裂缝测量单元整合在一台仪器，有效降低用户成本，并且通过对仪器结构的设计，在扩展其功能的同时保证了小型化和便携性。

附图说明

图1为本发明装置的框线结构示意图。

图2为本发明装置安装了远距离测量镜头的剖视示意图。

图3为本发明装置的安装示意图。

图4为远距离测量镜头与红外测距模块的工作原理图

图5为近距离测量镜头的结构示意图。

图6为图5的左视图。

图7为本发明装置的显示屏的结构示意图。

图8为本发明的裂缝检测软件工作流程的线框图。

图中：1.支架、2.远距离测量镜头、3.图像获取通道、4.嵌入式处理计算模块、5.近距离测量镜头、6.建筑物、101.下支撑台、102.上压板、103.锁紧杆、104.弹性连接板、201.远距离测量镜筒、202.双胶合望远物镜、203.调焦镜、204.望远物镜压圈、205.调焦镜压圈、206.滑块、207.销钉、208.第一分光镜、209.第二分光镜、210.外螺纹、211.红外信号发生器、212.凸透镜、301.内螺纹、302.图像传感器、303.红外传感器、401.SD卡接口、402.USB接口、403.电源接口、404.液晶屏与触摸屏、501.白光LED、502.显微物镜压圈、503.显微物镜、504.调焦手轮、505.外螺纹。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置包括：包括光学镜头模块、图像采集模块、红外测距模块、嵌入式处理计算模块以及电源模块。

如图2～7所示，本实施例在装有远距离测量镜头2时的具体结构包括：支架1、远距离测量镜头2、图像获取通道3和嵌入式处理计算模块4。

远距离测量镜头2尾部设有外螺纹210，图像获取通道3前端有内螺纹301，图像获取通道3的另一端连接嵌入式处理计算模块4，两者为一体结构，通过内外螺纹可以将远距离测量镜头2或者近距离测量镜头5与图像获取通道3连接起来，实现光学镜头的拆卸与更换。图像获取通道3和嵌入式处理计算模块4作为仪器主体固定在支架1上，本实施例中，图像获取通道3的外壁为圆管结构，与支架1可拆卸连接，支架1上用于固定圆管的夹持机构包括：下支撑台101、上压板102以及紧固件；

下支撑台101具有与圆管底面匹配的弧形支撑面，上压板102为与圆管顶面匹配的小环形箍；紧固件包括固定在下支撑台101上且分别位于图像采集通道两侧的两块弹性连接板104以及将小环形箍两侧分别与对应侧的弹性连接板104连接以使小环形箍产生向下压紧力的两根锁紧杆103，锁紧杆采用销钉，基本水平布置且垂直图像采集通道，弹性连接板104为大环形箍。

安装时，仪器主体的图像获取通道3的底面放于下支撑台101上，上压板102放于图像获取通道3的顶面上，两个环形箍两端均有开孔并用销钉连接，锁紧和放松销钉可实现仪器主体的安装、固定与拆卸。

远距离测量镜头2结构如下：远距离测量镜筒201内有双胶合物镜202和调焦镜203，分别置于各自的压圈204和压圈205上，双胶合物镜202的位置是固定不变的，调焦镜203的位置是可变的，压圈205和调焦镜203位于滑块206内，滑块12上有销钉207，调节销钉207带动滑块206前后移动，从而改变调焦镜203与双胶合物镜202之间的距离，实现调焦功能。

支架1顶部设有红外发生器211和用于将发射的红外光变成平行光的凸透镜212，图像获取通道3内有图像采集模块及红外测距模块，具体包括图像传感器302、红外传感器303、图像信号调理电路和红外测距信号调理电路(图中未画出)。如图4的远距离测量与红外测距原理图所示，位于凸透镜212焦点上的红外信号发生器211发出的红外光经凸透镜212后变为平行光，在建筑物6表面发生漫反射，由红外光和可见光组成的反射光依次经过双胶合物镜202、调焦镜203打在第一分光镜208上，第一分光镜208接收光线的那一面与水平成45°角，且表面有镀膜，可见光方向不变透射而过打在图像传感器302上，而红外光被反射后垂直向下打在第二分光镜209上，第二分光镜209的反射面与第一分光镜208的反射面平行，垂直入射的红外光经其反射后再次变为平行光，打在红外传感器303上，图像传感器302、红外传感器303将光信号转换为电信号，分别送入各自的信号调理电路进行放大、滤波、A/D转换等处理，然后送入嵌入式处理计算模块4进行后续处理。

若进行近距离测量，需要使用近距离测量镜头5，如图5所示，近距离测量镜筒内有显微物镜503，其放置于压圈502上，镜筒外壁有调焦手轮504，通过转动手轮504可以带动显微物镜503前后移动，进而使显微物镜503与被测物间的距离发生变化来实现调焦，与远距离测量不同的是，经过显微物镜503的光线直接打在图像传感器302上，并使用光源补光以得到清晰的图像，所述的光源如图6所示为均匀分布在镜头周围的8颗白光LED501。

嵌入式处理计算模块4在硬件上包括ARM处理器、DDR 2、Nand Flash、电源部分(以上图中未画出)、SD卡接口401、USB接口402、电源接口403、液晶屏和触摸屏404，ARM处理器为控制中心，DDR 2为仪器及软件运行提供内存，Nand Flash用来存储裂缝图片及检测结果等数据，SD卡接口401与USB接口402为使用SD卡、U盘等扩展存储设备提供接口支持，电源接口403用来给锂电池充电。

嵌入式处理计算模块4软件上开发有GUI裂缝检测软件，用户可通过液晶屏与触摸屏404在软件界面上进行操作。

结合图8所示，本实施例的检测装置的工作原理为：

经过光学系统的光线打在图像传感器上，在ARM处理器及程序的控制下进行图像采集，经过图像信号调理电路的处理后送入ARM处理器，将采集的视频图像显示在液晶屏上，然后选择抓拍一张裂缝图像，再对图像进行灰度化、滤波、裂缝边缘增强、Canny边缘检测等处理，最后计算出裂缝的长度、宽度等特征尺寸信息。

若进行远距离检测，在抓拍到裂缝图像后，还需打开红外信号发生器，红外光在建筑物表面发生漫反射，反射回的红外光依次经过双胶合物镜、调焦镜和第一、第二分光镜，并经分光镜反射打在红外传感器上，进入红外测距信号调理电路进行处理，最后送入ARM处理器计算出仪器与被测建筑之间的精确距离，在执行测量时代入程序计算。抓拍的原始图像、处理后的图像、红外测距测得的距离及裂缝检测结果可保存在仪器自身的Nand Flash中，也可保存在SD卡、U盘等数据存储扩充中。

综上所述，本实施例与现有技术或产品相比具有以下优点：基于嵌入式技术的裂缝检测仪，把近距离和远距离测量整合在一台仪器，有效降低用户成本；通过对仪器结构的设计，在扩展其功能的同时保证了小型化和便携性；提供了红外测距系统，可精确测量仪器与被测物间的距离，测距功能使用简单方便，可提高远距离裂缝检测结果的准确性。

Claims (10)

1.一种基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置，包括机身，安装在机身上的光学镜头模块、图像采集模块、嵌入式处理计算模块以及供电模块，其特征在于，所述机身设有图像采集通道，所述光学镜头模块包括可拆卸安装在图像采集通道一端的近距离测量镜头和远距离测量镜头，所述图像采集模块包括安装在图像采集通道另一端用于接收经过近距离测量镜头或远距离测量镜头的光线的图像传感器及图像信号调理电路。

2.如权利要求1所述的基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置，其特征在于，还包括安装在机身上的红外测距模块。

3.如权利要求2所述的基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置，其特征在于，所述红外测距模块包括：

红外信号发生器，安装在机架上用于向建筑物发射红外光；

第一分光镜，安装在远距离测量镜头和图像传感器之间的光线路径上，用于反射红外光和透射可见光；

红外传感器，接收第一分光镜反射的红外光，将光信号转换成电信号；

红外信号调理电路，用于接收红外传感器的输出信号并对其进行调理后传送至嵌入式处理计算模块进行测距计算。

4.如权利要求3所述的基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置，其特征在于，所述红外传感器安装在所述图像采集通道安装有图像传感器的一端，所述红外测距模块还包括将第一分光镜反射的红外光反射到红外传感器上的第二分光镜，所述第一分光镜和第二分光镜的反射面相互平行。

5.如权利要求4所述的基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置，其特征在于，所述第一分光镜和第二分光镜安装在远距离测量镜头内。

6.如权利要求3所述的基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置，其特征在于，所述红外信号发生器安装在图像采集通道的外壁上。

7.如权利要求1所述的基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置，其特征在于，所述近距离测量镜头和远距离测量镜头与图像采集通道的端口之间通过螺纹连接。

8.如权利要求1所述的基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置，其特征在于，所述近距离测量镜头包括：

近距离测量镜筒，一端与图像采集通道可拆卸连接；

LED灯组，包括多个LED灯，多个LED灯安装在近距离测量镜筒的另一端且绕镜筒中心轴周向均匀分布；

显微物镜，安装在近距离测量镜筒内且位于中心轴上；

调焦机构。

9.如权利要求1所述的基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置，其特征在于，所述远距离测量镜头包括：

远距离测量镜筒，一端与图像采集通道可拆卸连接；

望远物镜，安装在远距离测量镜筒的另一端；

调焦镜，安装在远距离测量镜筒内可以沿轴向移动。

10.如权利要求1所述的基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置，其特征在于，所述机身与所述图像采集通道可拆卸连接，所述图像采集通道的外壁为圆管结构，所述机身上设有夹持机构，所述夹持机构包括下支撑台、上压板以及紧固件；

所述下支撑台具有与所述圆管底面匹配的弧形支撑面，所述上压板为与所述圆管顶面匹配的弧形挤压板；

所述紧固件包括固定在下支撑台上且分别位于图像采集通道两侧的两块弹性连接板以及将上压板两侧分别与对应侧的弹性连接板连接以使上压板产生向下压紧力的两根锁紧杆，所述锁紧杆基本水平布置且垂直所述图像采集通道。