CN108134905A - 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，其中照明补光单元包括光源组和图像捕获装置，所述光源组设置在所述图像捕获装置的侧面；所述光源组安装有灯罩；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；所述光源组和图像捕获装置安装在所述支架上。

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爆光问题。
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，其特征在于，包括光源组和图像捕获装置，所述光源组设置在所述图像捕获装置的侧面；所述光源组安装有灯罩。
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，光源组设置在所述图像捕获装置的侧面，通过安装上灯罩，可以使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，所述光源组设置在所述图像捕获装置的前侧或后侧；所述光源组均包括至少一个光源。将光源组设置在图像捕获装置的前侧或后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，所述光源组和所述图像捕获装置设置在同一水平线上。当光源组包含一个光源时，则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。灯罩为铝制反光杯，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，所述光源组向所述图像捕获装置方向倾斜10～50°。光源组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；所述光源组和图像捕获装置安装在所述支架上。采用上述技术方案，若干个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，所述支架包括第一支架和第二支架，所述第一支架和第二支架平行设置，所述光源组安装在所述第一支架上，所述图像捕获装置安装在第二支架上。
进一步改进在于，所述第一支架设置在所述第二支架的前侧或后侧；所述图像捕获装置与所述第二支架呈可拆卸连接，所述光源组与所述第一支架均呈可拆卸连接。
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；
其中：1-光源组；2-图像捕获装置；3-灯罩；301-上开口；302-下开口；303- 弧形板；4-支架；401-第一支架；402-第二支架；403-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：该用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元，包括一个光源组 1和图像捕获装置2，所述光源组1设置在所述图像捕获装置2的侧面；所述光源组1上安装有灯罩3；所述光源组1和所述图像捕获装置2设置在同一水平线上；所述光源组1包括至少一个光源；所述光源均采用LED灯，所述灯罩3为反光杯，所述灯罩3包括上开口301和下开口302，所述上开口301和下开口302 均为方形；所述上开口301与下开口302之间通过弧形板302相连接；所述光源固定在上开口301上，使光通过下开口302向外投射；所述光源组1向所述图像捕获装置2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3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302尺寸为96*90mm，上开口301和下开口302之间的距离为96mm；在水平方向上，光源组1设置在所述图像捕获装置2的前侧，通过安装上灯罩3，可以使光源组1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：与实施例1不同之处在于，光源组1设置在所述图像捕获装置2 的后侧；具体地：该用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元，包括一个光源组1和图像捕获装置2，所述光源组1设置在所述图像捕获装置2的侧面；所述光源组1上安装有灯罩3；所述光源组1和所述图像捕获装置2设置在同一水平线上；所述光源组1包括至少一个光源；所述光源均采用LED灯，所述灯罩3 为反光杯，所述灯罩3包括上开口301和下开口302，所述上开口301和下开口 302均为方形；所述上开口301与下开口302之间通过弧形板302相连接；所述光源固定在上开口301上，使光通过下开口302向外投射；所述光源组1向所述图像捕获装置2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3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302尺寸为96*90mm，上开口301和下开口302之间的距离为96mm；在水平方向上，光源组1设置在所述图像捕获装置2的后侧，通过安装上灯罩3，可以使光源组1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3：采用实施例1的补光单元，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4上，所述支架4与隧道切面平行；所述支架4上设置有若干安装杆403，所述安装杆403设置的方向垂直于隧道的切面，所述支架4包括第一支架401和第二支架402，所述第一支架401设置在所述第二支架的前侧；所述光源组1安装在所述第一支架401上，所述图像捕获装置2安装在所述第二支架402上；所述图像捕获装置2与所述第二支架402通过安装杆403和螺栓呈可拆卸连接，所述光源组1与所述前支架401 通过安装杆403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2为相机；在相机一侧总共设置11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，若干个光源组1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。
实施例4：采用实施例2的补光单元，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4上，所述支架4与隧道切面平行；所述支架4上设置有若干安装杆403，所述安装杆403设置的方向垂直于隧道的切面，所述支架4包括第一支架401和第二支架402，所述第一支架 401设置在所述第二支架的前侧；所述光源组1安装在所述第一支架401上，所述图像捕获装置2安装在所述第二支架402上；所述图像捕获装置2与所述第二支架402通过安装杆403和螺栓呈可拆卸连接，所述光源组1与所述前支架401 通过安装杆403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2为相机；在相机一侧总共设置11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，若干个光源组1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0.4mm，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4120*2830，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24.83mm*26.88mm；相机视场、距离及焦距之间的关系，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0.4mm)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/42°
焦距 24.9mm
精度 0.329mm
根据计算如果选择24mm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2.4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22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12度布置一套照明，照明的发散角约为40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43°，灯罩视角设计为略大于43°；水平方向上，相机视场角32°，灯罩视角设计为略大于32°。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20～20cm，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22000lm，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，包括光源组和图像捕获装置，所述光源组设置在所述图像捕获装置的侧面；所述光源组安装有灯罩。
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，所述光源组设置在所述图像捕获装置的前侧或后侧；所述光源组均包括至少一个光源。
3.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2或3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，所述光源组向所述图像捕获装置方向倾斜10~50°。
6.一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，包括若干个如权利要求1-5任一项所述的用于隧道检测图像捕获装置的照明补光单元；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；所述光源组和图像捕获装置安装在所述支架上。
7.根据权利要求6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，所述支架包括第一支架和第二支架，所述第一支架和第二支架平行设置，所述光源组安装在所述第一支架上，所述图像捕获装置安装在第二支架上。
8.根据权利要求7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，所述第一支架设置在所述第二支架的前侧或后侧；所述图像捕获装置与所述第二支架呈可拆卸连接，所述光源组与所述第一支架均呈可拆卸连接。
9.根据权利要求7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。
10.根据权利要求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，所述图像捕获装置为相机。
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