CN109540910A - 一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置，包括设备支撑机构、图像采集机构、相机控制电路和车速输出机构。本发明通过设备支撑机构、图像采集机构、相机控制电路和车速输出机构相互配合能够实现快速、清晰的采集隧道内壁完整图像的效果，从而可以节省检测隧道病害的时间和成本，提高检测结果的精度、减少检测误差。

Description

一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置

技术领域

本发明涉及图像采集技术领域，更具体的说是涉及一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置。

背景技术

随着科学技术的发展，机器视觉检测在各种领域都得到快速的发展，尤其是危险工作领域正在逐步替代人工检测。由于机器视觉检测具有良好的自动性，同时具备良好的检测精度，可以在隧道中自动进行图像采集，从而获得隧道病害信息，相对于人工检测有着独特的优势，所以可以应用于道路养护领域。

目前，隧道病害检测系统主要分为机器视觉检测和人工检测。其中，人工检测方法是检测人员封锁隧道一侧的道路，人工测量得到衬砌裂缝的位置、大小；但是这种方法仅仅适用于体积和范围较小的墙体检测任务，并且在隧道检测中需要投入大量的人力，而且存在人为误差，检测速度慢、效率极低，1公里的隧道测量需要20人耗时4小时才能完成。而机器视觉检测方法是使用隧道检测车在隧道内行驶，检测车上安装的图像采集设备对隧道内表面进行图像采集，再用图像处理技术处理获取的图像，接着利用合适的算法可以得出针对隧道衬砌裂缝、渗漏水等表面缺陷问题的检测结果，图像检测方法能够自动得到衬砌裂缝的位置、宽度、长度，精度高，能分辨出0.2mm的衬砌裂缝。

但是，现有的机器视觉检测设备存在明显的缺陷，无法应用于道路养护行业进行隧道病害检测。一方面，在机器视觉检测过程中使用的相机一般为工业线阵相机、工业面阵相机及数码相机，造成成本高、检测过程无法灵活调整；另一方面，现有的机器视觉检测设备整体结构复杂、不能进行灵活调节，并且检测车车定速在10km/h、速度慢造成检测效率低，价格昂贵高达千万，无法在道路养护行业中进行推广和应用。

因此，提供一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置，能够快速、清晰、自动采集隧道内壁完整图像，从而节省检测隧道病害的时间和成本，提高检测结果的精度、减少检测误差。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置，其特征在于，包括包括设备支撑机构、图像采集机构、相机控制电路和车速输出机构；

所述设备支撑机构包括车体和设备支架，所述设备支架可拆卸安装于所述车体上；

所述图像采集机构包括相机和光源；所述相机安装于所述设备支架上，所述光源与所述相机配合安装使所述相机与所述光源的照射方向一致；

所述相机控制电路用于控制所述相机对焦和拍照，所述相机控制电路安装于所述设备支架，所述相机控制电与所述相机电性连接，所述相机控制电路与所述车速输出机构电性连接；

所述车速输出机构安装于所述车体。

上述优选技术方案的有益效果是：本发明通过设备支撑机构、图像采集机构、相机控制电路和车速输出机构相互配合能够实现快速、清晰的采集隧道内壁完整图像的效果。其中，设备支架可拆卸安装于车体，使得整体结构可以灵活的拆卸、安装，能够满足更加多种多样的使用要求；光源与相机配合安装使相机与光源的照射方向一致，从而可以利用光源为相机补光，提高相机拍摄效果，有利于拍摄清晰、完整的隧道内壁图像；相机控制电路与车速输出机构电性连接，获得车速输出机构传递出的电信号，从而可以获得车体运动的信息，对车体的运动信息进行分析，根据分析结果然后向相机发送电信号，从而控制相机完成对焦和拍照的命令。

优选的，所述设备支架通过螺栓固定于所述车体的车厢。

优选的，所述设备支架包括固定部和安装部；

所述固定部是由铝合金支架连接而成的长方体结构，所述固定部底面与所述所述车体的车厢底面通过螺栓连接，所述固定部的侧面与所述车体的车厢侧面通过螺栓连接，所述固定部与所述安装部连接成整体；

所述安装部设置于所述固定部的上面，所述安装部是由铝合金支架连接而成的扇形体结构，所述安装部的一个平面与所述固定部的顶面连接，所述安装部的弧面上均匀安装所述相机，所述光源安装于所述安装部内、且与所述相机位于同一条半径上。

上述优选技术方案的有益效果是：本发明通过固定部与安装部相互配合，既可以实现将设备支架稳定的安装于车体，又可以实现稳定的支撑图像采集机构、相机控制电路，从而可以稳定的实现图像采集过程。其中，固定部和安装部均由铝合金支架搭建而成，从而可以方便根据车体大小、实际使用要求进行尺寸和形状的调整，使用灵活、满足多种多样的使用要求；且通过螺栓将固定部的底面与车体的车厢底面连接、固定部侧面与车体的车厢侧面连接，可以提高固定部与车体连接的稳定性，减少支架因汽车震动而产生的相对震动，从而提高图像采集的清晰度；安装部由铝合金支架搭建而成、且整体呈扇形体结构，并且将相机安装于扇形体结构的弧面上、将光源与相机安装于同一条半径上，可以避免安装部遮挡相机的视野，从而避免影响图像采集过程，并且可以避免遮挡光源发出的光线，进而提高图像采集的清晰度，并且结构稳定性高、承重力高、体积和大小可调节，从而可以满足复杂、多样的使用要求。

优选的，所述安装部由多个楔形体结构组成，所述楔形体结构的侧面相互连接构成扇形体结构，所述楔形体结构是由铝合金支架连接而成，所述楔形体结构的底面安装所述相机，所述楔形体结构内与所述底面平行的位置安装所述光源。

上述优选技术方案的有益效果是：本发明通过多个楔形体结构组成扇形体结构整体，其中楔形体结构容易安装、且结构稳定，并且方便安装光源和相机。

优选的，所述相机包括旋转云台和单镜反光相机，所述旋转云台安装于所述设备支架上，所述单镜反光相机安装于所述旋转云台上。

优选的，所述单镜反光相机的镜头采用变焦镜头。

优选的，所述旋转云台为360°旋转云台。

上述优选技术方案的有益效果是：本发明中使用单镜反光相机可以在高速运动、光照条件相对较差的环境下捕捉清晰且完整图像，提高图像采集的效果；通过360°旋转云台可以方便地调节相机的拍摄角度，从而可以获得完整的隧道内部图像。

优选的，所述相机控制电路包括分频器，所述分频器采用stc12c5a60s2系列单片机。

上述优选技术方案的有益效果是：控制电路将车速传感器输出的8次/周的脉冲信号通过分频器改装为2次/周。分频器采用stc12c5a60s2系列单片机最小开发系统，车速脉冲信号输入至单片机外部中断IO口P3^2或P3^3(INT0/INT1)，单片机内部对于外部中断信号进行计数，每达到相应的计数个数使另一个IO电平进行翻转，实现分频的效果。

优选的，所述分频器通过相机快门线连接所述单镜反光相机。

上述优选技术方案的有益效果是：本发明通过相机快门线将相机控制电路与单镜反光相机连接，从而可以将相机控制电路产生的控制相机对焦和拍摄的电信号传递至单镜反光相机，从而可以控制单镜反光相机在指定位置进行对焦和拍照。

优选的，所述光源为可调照射角度的舞台光束灯。

上述优选技术方案的有益效果是：本发明使用可调整照射角度的舞台光束灯，不仅可以提供充足的光源，而且可以调整照射角度，从而可以为相机拍照提供合适角度的光源。

优选的，所述车速输出机构包括车速传感器、一对公母插头和分支线；所述车速传感器安装于所述车体，所述车速传感器通过分支线连接所述相机控制电路。

上述优选技术方案的有益效果是：本发明通过车速传感器可以将车体的运动信息转化为电信号，然后通过分支线连接相机控制电路，从而可以将运动信息转化的电信号传递至相机控制电路，相机控制电路对信号进行分析可以获得车体的运动信息，从而可以根据车体运动信息发出拍摄指令。

优选的，所述车速输出机构包括一对公母插头和分支线，所述公母插头安装于车辆自带车速传感器，所述车辆自带车速传感器通过公母插头、分支线与所述相机控制电路连接。

上述优选技术方案的有益效果是：车速传感器可以在不影响正常车行驶的情况下将车速信号输出为车速脉冲信号，通过分支线可以将车速脉冲信号传输至相机控制电路进行重新编码。通过本发明公开车速输出机构可使用任意车辆；自动性强、可自主根据行车距离进行拍摄；改装方法简单不需另外自行设计电路。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置，具有如下有益效果：

(1)本发明公开的装置整体结构占用体积小、调节灵活，可以安装在任意车辆上，与车速传感器进行连接、改装即可使用；

(2)本发明的相机控制电路能够对输出车速脉冲信号进行重新编码，实现相机自主对焦及拍摄，并且保证不漏拍、不重拍、每张图像拍摄的实际面积相同；

(3)本发明使用单镜反光相机，经过参数调整、以及外部拍摄环境的配合，能够在小于20km/h的速度下拍摄出清晰且完整的隧道内表面图像；且本发明中单镜反光相机和光源可以针对当前拍摄及时进行改变和固定，适用于拍摄不同场景；本发明使用的单镜反光相机拍摄图像及时储存在设备存储卡中，相较于工业相机需将获取图像实时导入在电脑中，能够节省拍摄时间，并且加快拍摄速度，且单镜反光相机感光范围远大于一般相机，能够在黑暗的环境下捕捉清晰的图像信息；同时本发明使用的单镜反光相机上的镜头为变焦镜头，能够在不同规格的隧道中，改变不同的焦距选择，使得每张图像的拍摄范围相同。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的隧道病害图像采集装置的结构示意图。

图2为本发明提供的设备支架、图像采集机构和相机控制电路的结构示意图。

图3为本发明提供的隧道病害图像采集装置的工作流程图。

在图中：1为车体、2为设备支架、3为相机、4为光源、5为相机控制电路、6为固定部、7为安装部、8楔形体结构、9为相机快门线、10为分频器、11为对焦继电器、12为快门继电器、13为车速传感器和14为分支线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例1公开了一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置，包括包括设备支撑机构、图像采集机构、相机控制电路5和车速输出机构；

设备支撑机构包括车体1和设备支架2，设备支架2可拆卸安装于车体1上；

图像采集机构包括相机3和光源4；相机3安装于设备支架2上，光源4与相机3配合安装使相机3与光源4的照射方向一致；

相机控制电路5用于控制相机3对焦和拍照，相机控制电路5安装于设备支架2，相机3控制电与相机3电性连接，相机控制电路5与车速输出机构电性连接；

车速输出机构安装于车体1。

本发明通过设备支撑机构、图像采集机构、相机控制电路5和车速输出机构相互配合能够实现快速、清晰的采集隧道内壁完整图像的效果。其中，设备支架2可拆卸安装于车体1，使得整体结构可以灵活的拆卸、安装，能够满足更加多种多样的使用要求；光源4与相机3配合安装使相机3与光源4的照射方向一致，从而可以利用光源4为相机3补光，提高相机3拍摄效果，有利于拍摄清晰、完整的隧道内壁图像；相机控制电路5与车速输出机构电性连接，获得车速输出机构传递出的电信号，从而可以获得车体1运动的信息，对车体1的运动信息进行分析，根据分析结果然后向相机3发送电信号，从而控制相机3完成对焦和拍照的命令。

为了进一步的优化技术方案，设备支架2通过螺栓固定于车体1的车厢。

为了进一步的优化技术方案，设备支架2包括固定部6和安装部7；

固定部6是由铝合金支架连接而成的长方体结构，固定部6底面与车体1的车厢底面通过螺栓连接，固定部6的侧面与车体1的车厢侧面通过螺栓连接，固定部6与安装部7连接成整体；

安装部7设置于固定部6的上面，安装部7是由铝合金支架连接而成的扇形体结构，安装部7的一个平面与固定部6的顶面连接，安装部7的弧面上均匀安装相机3，光源4安装于安装部7内、且与相机3位于同一条半径上。

本发明通过固定部6与安装部7相互配合，既可以实现将设备支架2稳定的安装于车体1，又可以实现稳定的支撑图像采集机构、相机控制电路5，从而可以稳定的实现图像采集过程。其中，固定部6和安装部7均由铝合金支架搭建而成，从而可以方便根据车体1大小、实际使用要求进行尺寸和形状的调整，使用灵活、满足多种多样的使用要求；且通过螺栓将固定部6的底面与车体1的车厢底面连接、固定部6侧面与车体1的车厢侧面连接，可以提高固定部6与车体1连接的稳定性，减少支架因汽车震动而产生的相对震动，从而提高图像采集的清晰度；安装部7由铝合金支架搭建而成、且整体呈扇形体结构，并且将相机3安装于扇形体结构的弧面上、将光源4与相机3安装于同一条半径上，可以避免安装部7遮挡相机3的视野，从而避免影响图像采集过程，并且可以避免遮挡光源4发出的光线，进而提高图像采集的清晰度，并且结构稳定性高、承重力高、体积和大小可调节，从而可以满足复杂、多样的使用要求。

为了进一步的优化技术方案，安装部7由多个楔形体结构8组成，楔形体结构8的侧面相互连接构成扇形体结构，楔形体结构8是由铝合金支架连接而成，楔形体结构8的底面安装相机3，楔形体结构8内与底面平行的位置安装光源4。

本发明通过多个楔形体结构8组成扇形体结构整体，其中楔形体结构8容易安装、且结构稳定，并且方便安装光源4和相机3。

为了进一步的优化技术方案，相机3包括旋转云台和单镜反光相机3，旋转云台安装于设备支架2上，单镜反光相机3安装于旋转云台上。

本发明使用的相机3感光性好可在环境较暗的条件下清晰拍摄；捕捉能力强可在高速运动的条件下清晰拍摄；像素高可识别精度高；适应性强可根据拍摄距离及时调节；灵活性强可及时根据拍摄条件调节设备角度。

为了进一步的优化技术方案，单镜反光相机3的镜头采用变焦镜头。

本发明选择单镜反光相机3在高速运动、光照条件相对较差的环境下仍能捕捉到清晰且完整图像，相比较于工业相机3单反相机3的图像只需保存在内部设备高速存储卡中即可，不需要数据导入到电脑，节省时间；选择使用变焦镜头能够在不同规格的隧道选择不同焦距，从而保证每次拍摄的精度，使图像采集装置灵活运用于各种隧道中，相机3镜头之间可直接安装连接。为了进一步的优化技术方案，旋转云台为360°旋转云台。

通过360°旋转云台可以方便地调节相机3的拍摄角度，从而可以获得完整的隧道内部图像。

为了进一步的优化技术方案，相机控制电路5包括分频器10，分频器10采用stc12c5a60s2系列单片机。

相机控制电路5将车速传感器13输出的8次/周的脉冲信号通过分频器10改装为2次/周。分频器10采用stc12c5a60s2系列单片机最小开发系统，车速脉冲信号输入至单片机外部中断IO口P3^2或P3^3(INT0/INT1)，单片机内部对于外部中断信号进行计数，每达到相应的计数个数使另一个IO电平进行翻转，实现分频的效果。

为了进一步的优化技术方案，相机控制电路5还包括对焦继电器11和快门继电器12，所述对焦继电器11与所述分频器10电性连接，所述对焦继电器11与所述相机3电性连接，所述对焦继电器11用于控制相机3对焦，所述对焦继电器11与所述相机3电性连接；所述快门继电器12与所述分频器10电性连接，所述快门继电器12与所述相机3电性连接，所述快门继电器12用于控制相机3启动快门，所述快门继电器12与所述相机3电性连接。

为了进一步的优化技术方案，分频器10通过相机快门线9连接单镜反光相机3。

本发明通过相机快门线9将相机控制电路5与单镜反光相机3连接，从而可以将相机控制电路5产生的控制相机3对焦和拍摄的电信号传递至单镜反光相机3，从而可以控制单镜反光相机3在指定位置进行对焦和拍照。

为了进一步的优化技术方案，光源4为可调照射角度的舞台光束灯。

本发明选择大功率舞台光束灯作为光源4，使得照度和照射面积能够达到相机3的拍摄要求，从而可以在环境较暗的条件下清晰拍摄，灵活性强可及时根据拍摄条件调节设备角度。并且光源4具有单独的电源线，不需和相机3镜头连接，调节更加灵活。

为了进一步的优化技术方案，车速输出机构包括车速传感器13和分支线14；车速传感器13安装于车体1，车速传感器13通过分支线14连接相机控制电路5。

本发明通过车速传感器13可以将车体1的运动信息转化为电信号，然后通过分支线14连接相机控制电路5，从而可以将运动信息转化的电信号传递至相机控制电路5，相机控制电路5对信号进行分析可以获得车体1的运动信息，从而可以根据车体1运动信息发出拍摄指令。

为了进一步的优化技术方案，车速输出机构包括一对公母插头和分支线14，公母插头安装于车辆自带车速传感器13，车辆自带车速传感器13通过公母插头、分支线14与相机控制电路5连接。

车速传感器13可以在不影响正常车行驶的情况下将车速信号输出为车速脉冲信号，通过分支线14可以将车速脉冲信号传输至相机控制电路5进行重新编码。通过本发明公开车速输出机构可使用任意车辆；自动性强、可自主根据行车距离进行拍摄；改装方法简单不需另外自行设计电路。

本发明的工作原理如下：

本发明在设备支撑机构上通过螺栓固定多种获取图像设备，包括相机控制电路5和图像采集机构；然后通过改装车速传感器13可以将车速脉冲信号传输至相机控制电路5，相机控制电路5可以获得车体1运动的信息，然后对车体1的运动信息进行分析，根据分析结果产生输出电信号，接着相机控制电路5通过相机快门线9连接相机3，从而将输出电信号传递至相机3，控制相机3完成对焦和拍照的命令，进而完成自动采集隧道内壁图像。

相机控制电路5能够根据车速传感器13传达的车速脉冲信号判断汽车行驶距离，从而重新编码，调整相机控制电路5的输出信号，从而控制单镜反光相机3的机械快门开关。相机控制电路5通过相机快门线9连接单镜反光相机3，并且能够控制单镜反光相机3自身的对焦及机械快门的开关。车速传感器13引出的线是8次脉冲/s，经过相机控制电路5(即分频电路)输出为2次脉冲/s连接到相机3触发快门进行拍摄。相机控制电路5能够根据行车距离控制单镜反光相机3拍摄，保证不漏拍、不重拍，使得每张图像的拍摄范围相同。具有灵活性高可根据需求及时调整拍摄触发距离，自动性强可自主根据车辆行驶距离控制相机3拍摄，与相机3之间连接简单、外观简洁等明显的优点。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置，其特征在于，包括包括设备支撑机构、图像采集机构、相机控制电路(5)和车速输出机构；

所述设备支撑机构包括车体(1)和设备支架(2)，所述设备支架(2)可拆卸安装于所述车体(1)上；

所述图像采集机构包括相机(3)和光源(4)；所述相机(3)安装于所述设备支架(2)上，所述光源(4)与所述相机(3)配合安装使所述相机(3)与所述光源(4)的照射方向一致；

所述相机控制电路(5)用于控制所述相机(3)对焦和拍照，所述相机控制电路(5)安装于所述设备支架(2)，所述相机控制电路(5)与所述相机(3)电性连接，所述相机控制电路(5)与所述车速输出机构电性连接；

所述车速输出机构用于获得所述车体(1)的车速脉冲信号、并将车速脉冲信号传递至所述相机控制电路(5)。

2.根据权利要求1所述的一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置，其特征在于，所述设备支架(2)通过螺栓固定于所述车体(1)的车厢。

3.根据权利要求2所述的一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置，其特征在于，所述设备支架(2)包括固定部(6)和安装部(7)；

所述固定部(6)是由铝合金支架连接而成的长方体结构，所述固定部(6)底面与所述所述车体(1)的车厢底面通过螺栓连接，所述固定部(6)的侧面与所述车体(1)的车厢侧面通过螺栓连接，所述固定部(6)与所述安装部(7)连接成整体；

所述安装部(7)设置于所述固定部(6)的上面，所述安装部(7)是由铝合金支架连接而成的扇形体结构，所述安装部(7)的一个平面与所述固定部(6)的顶面连接，所述安装部(7)的弧面上均匀安装所述相机(3)，所述光源(4)安装于所述安装部(7)内、且与所述相机(3)位于同一条半径上。

4.根据权利要求3所述的一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置，其特征在于，所述安装部(7)由多个楔形体结构(8)组成，所述楔形体结构(8)的侧面相互连接构成扇形体结构，所述楔形体结构(8)是由铝合金支架连接而成，所述楔形体结构(8)的底面安装所述相机(3)，所述楔形体内与所述底面平行的位置安装所述光源(4)。

5.根据权利要求1所述的一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置，其特征在于，所述相机(3)包括旋转云台和单镜反光相机(3)，所述旋转云台安装于所述设备支架(2)上，所述单镜反光相机(3)安装于所述旋转云台上。

6.根据权利要求1所述的一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置，其特征在于，所述相机控制电路(5)包括分频器(10)，所述分频器(10)采用stc12c5a60s2系列单片机。

7.根据权利要求6所述的一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置，其特征在于，所述分频器(10)通过相机快门线(9)连接所述单镜反光相机(3)。

8.根据权利要求1所述的一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置，其特征在于，所述光源(4)为可调照射角度的舞台光束灯。

9.根据权利要求1所述的一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置，其特征在于，所述车速输出机构包括车速传感器(13)和分支线(14)；所述车速传感器(13)安装于所述车体(1)，所述车速传感器(13)通过分支线(14)连接所述相机控制电路(5)。

10.根据权利要求1所述的一种具有自动拍摄功能的隧道病害图像采集装置，其特征在于，所述车速输出机构包括一对公母插头和分支线(14)，所述公母插头安装于车辆自带车速传感器(13)，所述车辆自带车速传感器(13)通过公母插头、分支线(14)与所述相机控制电路(5)连接。