CN107959802A - 用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元及补光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元和补光装置，其中补光单元包括第一光源组、第二光源组和图像捕获装置，第一光源组与第二光源组分别设置在图像捕获装置的两侧；第一光源组和第二光源组上均安装有灯罩。该用于隧道检测图像捕获装置的照明补光装置；补光装置包括若干个用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元；若干个所述用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元均匀分布在支架上，支架与隧道切面平行；支架包括前支架、中支架和后支架，前支架、中支架和后支架均平行于隧道切面且按照前、中、后在顺序依次排列；第一光源组安装在所述前支架上，第二光源组安装在后支架上，图像捕获装置安装在中支架上。

Description

用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元及补光装置
技术领域
本发明涉及一种用于隧道检测技术领域，尤其涉及一种用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元及补光装置。
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，地铁隧道的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。
对于在地铁隧道中进行结构缺陷检测时，采用的是基于相机、激光器等摄像扫描测量技术，并得到高清图像，通过对图像坐标到空间坐标的模型运算，从而准确确定隧道的渗漏、开裂等缺陷。而目前现有的摄像机或数码相机等摄像装置在摄像时，会利用补光灯进行亮度补偿。所述补光灯在摄像装置进行摄影的时候会一直开启，以增加环境的亮度。但补光灯所输出的光强度是固定的，即无论在比较亮或者比较暗的环境亮度下，补光强度都是相同的，这样会导致影像的明暗度以及对比度不好，不能达到使用者预期的效果，严重影响了所摄取的影像质量。特别在隧道这种黑暗环境中，且对于图像捕获装置的补光更为重要。
因此，有必要开发一种用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元和补光装置。
发明内容
本发明提出了一种用于隧道检测图像捕获装置用照明补光单元，能有效解决目前在隧道环境下对图像捕获时的光照及过度曝光问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：该用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元，包括第一光源组、第二光源组和图像捕获装置，所述第一光源组与第二光源组分别设置在所述图像捕获装置的两侧；所述第一光源组和所述第二光源组上均安装有灯罩。
采用上述技术方案，隧道内拍摄图像需要相机有很高的灵敏度，所以需要采用大像元的高灵敏度相机；在水平方向上，第一光源组与第二光源组设置在所述图像捕获装置的两侧，通过安装上灯罩，可以使第一光源组的光源和第二光源组的光源发射的光线投射到隧道壁后，反射回的光线进入相机，在相机感光芯片上形成的是亮度均匀的照片，无局部过度曝光；解决了黑暗条件下，相机拍摄照片时的曝光问题。
进一步改进在于，所述第一光源组与第二光源组对称设置在所述图像捕获装置的两侧；所述第一光源组和所述第二光源组均包括至少一个光源。将第一光源组与第二光源组对称设置在图像捕获装置的两侧可以使光的重叠区域更加重合，不会浪费光源，可以节省能源。
进一步改进在于，所述第一光源组、所述第二光源组和所述图像捕获装置设置在同一水平线上。当第一光源组和第二光源组均包含一个光源时，则第一光源组和第二光源组与图像捕获装置设置在同一水平线上。
进一步改进在于，所述灯罩为反光杯，所述灯罩包括上开口和下开口，所述上开口和下开口均为方形；所述上开口与下开口之间通过弧形板相连接。
进一步改进在于，所述反光杯为铝制反光杯，灯罩的内表面为镀铝膜，表面经过阳极氧化和哑光处理后，反射率达到85%以上，其中70%镜面反射，30%漫反射，反射扩散全角为50°。
进一步改进在于，所述第一光源组和所述第二光源组均向所述图像捕获装置方向倾斜10~50°通过设置第一光源组与第二光源驵均向图像捕获装置方面倾斜10~50°，可以更好的实现光投射到隧道壁后反射回的光线进入图像捕获装置，在图像捕获装置感光芯片上形成的是亮度均匀的照片，无局部过度曝光；解决了黑暗条件下，图像捕获装置拍摄照片时的曝光问题。
本发明还要解决的一个问题是提供一种用于隧道检测图像捕获装置的照明补光装置。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：该用于隧道检测图像捕获装置的照明补光装置，该用于隧道检测图像捕获装置的照明补光装置包括若干个用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元；若干个所述用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元均匀分布在支架上，所述支架与隧道切面平行；所述支架包括前支架、中支架和后支架，所述前支架、中支架和后支架均平行于隧道切面且按照前、中、后在顺序依次排列；所述第一光源组安装在所述前支架上，所述第二光源组安装在所述后支架上，所述图像捕获装置安装在所述中支架上。采用上述技术方案，若干个第一光源组与第二光源组按照一定的倾斜角度排列，倾斜角度根据物距、视场计算出来的确定的值，同时合理设计灯罩形状，使得光束投射到隧道壁后，形成的重叠区域正好略大于摄像机的视场范围；照明交叉的部分就是最亮的部分，则是相机要拍摄的区域，从而实现所拍照片无过度曝光现象。
进一步改进在于，所述图像捕获装置与所述中支架呈可拆卸连接，所述第一光源组与所述前支架和所述第二光源组与所述后支架均呈可拆卸连接。这样的设置既使得图像捕获装置的角度和第一光源组与第二光源组的角度能够进行调节，同时便于零配件的维修与更换。
进一步改进在于，所述用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元的数量为5~20个，相应地，所述图像捕获装置的数量为5~20台。
进一步改进在于，所述图像捕获装置为相机。
与现有技术相比，本发明的具有以下有益效果：若干个第一光源组与第二光源组按照一定的倾斜角度排列，倾斜角度根据物距、视场计算出来的确定的值，同时合理设计灯罩形状，使得光束投射到隧道壁后，形成的重叠区域正好略大于摄像机的视场范围；照明交叉的部分就是最亮的部分，同时亮度均匀，则是相机要拍摄的区域，从而实现所拍照片无过度曝光现象。
附图说明
图1为本发明的用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元1.6m视场下的结构图；
图2位本发明的用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元的灯罩的结构图；
图3为本发明的用于隧道检测图像捕获装置的照明补光装置的结构图；
图4为本发明的用于隧道检测图像捕获装置的照明补光装置的相机的视场结构图；
图5为本发明的用于隧道检测图像捕获装置的照明补光装置的补光单元的视场结构图；
其中：1-第一光源组；2-第二光源组；3-图像捕获装置；4-灯罩；401-上开口；402-下开口；403-弧形板；5-支架；501-前支架；502-中支架；503-后支架；504-安装杆。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例图中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例1：如图1-图5所示，该用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元，包括第一光源组1、第二光源组2和图像捕获装置3，所述第一光源组1与第二光源组2分别设置在所述图像捕获装置3的两侧；所述第一光源组1和所述第二光源组2上均安装有灯罩4；所述第一光源组1与第二光源组2对称设置在所述图像捕获装置3的两侧；所述第一光源组1、所述第二光源组2和所述图像捕获装置3设置在同一水平线上；所述第一光源组1和所述第二光源组2均包括至少一个光源；所述光源均采用LED灯，所述灯罩4为反光杯，所述灯罩4包括上开口401和下开口402，所述上开口401和下开口402均为方形；所述上开口401与下开口402之间通过弧形板403相连接；所述光源固定在上开口401上，使光通过下开口402向外投射；所述第一光源组1和所述第二光源组2均向所述图像捕获装置3方向倾斜10~50°，其中图像捕获装置采用相机，隧道内拍摄图像需要相机有很高的灵敏度，所以需要采用大像元的高灵敏度相机；灯罩4为铝制反光杯，灯罩的内表面为镀铝膜，表面经过阳极氧化和哑光处理后，反射率达到85%以上，其中70%镜面反射，30%漫反射，反射扩散全角为50°，灯罩的下开口402尺寸为96*90mm，上开口401和下开口402之间的距离为96mm；在水平方向上，第一光源组1与第二光源组2对称设置在所述图像捕获装置3的两侧，通过安装上灯罩4，可以使第一光源组1的光源和第二光源组2的光源发射的光线投射到隧道壁后，反射回的光线进入相机，在相机感光芯片上形成的是亮度均匀的照片，无局部过度曝光；解决了黑暗条件下，相机拍摄照片时的曝光问题。
实施例2：该用于隧道检测图像捕获装置的照明补光装置包括7个用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元；若干个所述用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元均匀分布在支架5上，所述支架5与隧道切面平行；所述支架5上设置有若干安装杆504，所述安装杆504设置的方向垂直于隧道的切面，所述支架5包括前支架501、中支架502和后支架503，所述前支架501、中支架502和后支架503均平行于隧道切面且按照前、中、后在顺序依次排列；所述第一光源组1安装在所述前支架501上，所述第二光源组2安装在所述后支架503上，所述图像捕获装置3安装在所述中支架502上；所述图像捕获装置3与所述中支架502通过安装杆504和螺栓呈可拆卸连接，所述第一光源组1与所述前支架501和所述第二光源组2与所述后支架503均通过安装杆504和螺栓呈可拆卸连接；所述用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元的数量为7个，相应地，所述图像捕获装置的数量为7台；所述图像捕获装置3为相机；在相机两侧总共设置32个光源；所述光源均采用LED灯，LED灯为频闪灯，闪光时间为80us，20Hz；图像捕获装置离隧道壁的距离为2.2m，若干个第一光源组1与第二光源组2按照一定的倾斜角度排列，倾斜角度根据物距、视场计算出来的确定的值，同时合理设计灯罩形状，使得光束投射到隧道壁后，形成的重叠区域正好略大于摄像机的视场范围；照明交叉的部分就是最亮的部分，则是相机要拍摄的区域；在拍摄过程中，曝光过度带是因为反射，亮度低区域因为漫射；因此在设计用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元时，增大灯与相机距离和倾角，使进入相机的全部为漫射光，反光带在视场范围外，从而实现在相机感光芯片上形成的是亮度均匀的照片，实现无局部过度曝光。
此外，对于隧道内拍摄图像的图像捕获装置需要相机有很高的灵敏度，所以需要采用大像元的高灵敏度相机；拍摄目标时要求精度达到0.5mm，采用大分辨率的相机可以减少相机的总数，大大简化了设备安装架设的难度。由此选用的相机是CL2000，分辨率可以达到5120*3840，像元大小为7um；相机确定以后，根据拍摄距离、视场大小和精度要求选择镜头；相机到墙壁的距离为2.2m；7个相机需要拍摄的范围为12m，平均一个相机的视场范围要大于2m；相机的芯片大小35.84mm*26.88mm；相机视场、距离及焦距之间的关系如图5所示，镜头焦距、视场大小及镜头到被摄物体距离计算公式如下：
f=wL/W； f=hL/H
其中：f——镜头焦距；w——图像宽度，指被摄物体在CCD上的成像宽度；W——被摄物体宽度；L——被摄物体到镜头的距离；h——图像高度，指被摄物体到CCD上的成像高度；H——被摄物体高度；当L不变，H或W增大时，f变小，当H或W不变，L增大时，f增大。
在保证精度（细节分辨到0.5mm）的基础上，计算焦距，选择镜头。
距离(D) 2.2m
视场大小/视场角 2.2m/53º
焦距 35.9mm
精度 0.429mm
根据计算如果选择35mm镜头，考虑到需要一定的融合带，至少需要7台相机才能满足要求。如果选用28mm镜头，则可达到单个相机视场大小为2.5米，只需要6台相机即可完成拍摄。
关于LED灯光源的数量：为了能够在昏暗的环境中拍摄到清晰的图像，需要足够强的照明光，因此选择32个照明分别对称架设在相机两边，照明交叉的部分（最明亮的区域）就是相机要拍摄的区域；每侧的16个照明平均分布的话，每隔13度布置一套照明，照明的发散角约为50度，所以欲拍摄区域的照明都是叠加出的，能够满足对照明强度的要求。每个视场区域单排都是由三束光叠加而成，两排灯通过一定倾角投射到同一区域，总共有6束叠加；垂直方向上，相机视场角54°，灯罩视角设计为略大于54°；水平方向上，相机视场角42°，灯罩视角设计为略大于42°。由于光的衰减是线性的，公式是I’=Ie^(-μd)，其中I是光强度，μ是光在介质中的线性衰减系数，d是光程，e是自然对数底数。ε是光子能量，Iε就是光束的能量；光在空气中衰减系数约为10-6/km，景深20~30cm，因此光衰减可忽略不计；其中LED灯的COB光源发光面尺寸为60*60mm，输出的最大功率为1000W，光亮强度最大可达到发光面为23000lm，由于功率过大，工作时必须在TTL触发模式，不能常亮工作，因此设置为闪频灯，当设置闪光时间为80us时，闪光频率为20Hz时，COB光源实际功率小于2W。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元，其特征在于，包括第一光源组、第二光源组和图像捕获装置，所述第一光源组与第二光源组分别设置在所述图像捕获装置的两侧；所述第一光源组和所述第二光源组上均安装有灯罩。
2.根据权利要求1所述的用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元，其特征在于，所述第一光源组与第二光源组对称设置在所述图像捕获装置的两侧；所述第一光源组和所述第二光源组均包括至少一个光源。
3.根据权利要求2所述的用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元，其特征在于，所述第一光源组、所述第二光源组和所述图像捕获装置设置在同一水平线上。
4.根据权利要求1所述的用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元，其特征在于，所述灯罩为反光杯，所述灯罩包括上开口和下开口，所述上开口和下开口均为方形；所述上开口与下开口之间通过弧形板相连接。
5.根据权利要求4所述的用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元，其特征在于，所述反光杯为铝制反光杯，灯罩的内表面为镀铝膜，表面经过阳极氧化和哑光处理。
6.根据权利要求1所述的用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元，其特征在于，所述第一光源组和所述第二光源组均向所述图像捕获装置方向倾斜10~50°。
7.一种用于隧道检测图像捕获装置的照明补光装置，其特征在于，所述用于隧道检测图像捕获装置的照明补光装置包括若干个如权利要求1-6所述的任一个用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元；若干个所述照明补光单元均匀分布在支架上，所述支架与隧道切面平行。
8.根据权利要求7所述的照明补光装置，其特征在于，所述支架包括前支架、中支架和后支架，所述前支架、中支架和后支架均平行于隧道切面且按照前、中、后在顺序依次排列；所述第一光源组安装在所述前支架上，所述第二光源组安装在所述后支架上，所述图像捕获装置安装在所述中支架上。
9.根据权利要求7或8所述的用于隧道检测图像捕获装置的照明补光装置，其特征在于，所述图像捕获装置与所述中支架呈可拆卸连接，所述第一光源组与所述前支架和所述第二光源组与所述后支架均呈可拆卸连接。
10.根据权利要求7-9所述的用于隧道检测图像捕获装置的照明补光装置，其特征在于，所述用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元的数量为5~20个，相应地，所述图像捕获装置的数量为5~20台。
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