CN112381009A - 一种线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法，编码器给一次信号，同时采集卡采集一帧图像；整条隧道拍摄结束后，用程序对采集的数据进行处理，将线阵相机拍摄画面中的长裂缝进行拼接处理；本发明涉及图像处理技术领域。该线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法，通过采用线阵相机扫描采集隧道内壁图像，并利用线性激光来进行补光，可保证在漆黑隧道内图像拍摄的清晰度，同时通过将补光灯和相机交错排布，既可避免拍摄的图像重复度过高浪费储存资源，也可避免光照区域内光线亮度分布不均匀，之后用拼接的方式将多组拍摄画面进行处理，使线性相机也可完整拍摄出长裂缝的画面，有效降低了数据处理的难度。

Description

一种线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体为一种线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法。

背景技术

隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。隧道可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道、军事隧道。隧道的结构包括主体建筑物和附属设备两部分。主体建筑物由洞身和洞门组成，附属设备包括避车洞、消防设施、应急通讯和防排水设施，长的隧道还有专门的通风和照明设备。

CCD是电荷耦合器件的简称，它能够将光线变为电荷并将电荷存储及转移，也可将存储之电荷取出使电压发生变化，因此是理想的CCD相机元件，以其构成的CCD相机具有体积小、重量轻、不受磁场影响、具有抗震动和撞击之特性而被广泛应用。

随着我国隧道建设的飞速发展，目前我国隧道已经走出建设期，迈入“高维修”管理期，隧道衬砌裂缝是隧道病害中最常见也是最危险的病害之一，因此对衬砌裂缝的检测具有非常重要的意义。当前隧道裂缝检测的主要方式为基于相机视觉的方法，CCD相机分为线阵相机和面阵相机，由于隧道长度较长，内壁面积大，采集的图像数量非常多，使用面阵相机会导致难以控制拍摄的时间，拍摄的图像重复区域非常多，浪费许多资源。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法，解决了由于隧道长度较长，内壁面积大，采集的图像数量非常多，使用面阵相机会导致难以控制拍摄的时间，拍摄的图像重复区域非常多，浪费许多资源的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法，具体包括以下步骤：

步骤一、图像采集：事先在车体上按交错排布的方式安装好线阵相机和补光灯，并在车体行走轮上安装编码器，然后推动车体在隧道内行走，同时启动补光灯对隧道内壁进行拍摄，行走过程中线阵相机有规律的对隧道内补光灯照明的区域进行拍摄，并进行保存；

步骤二、距离数据采集：车体在行驶过程中，编码器的转轴随车体行走轮转动，同时编码器检测到其转轴转动一圈时，编码器给一次信号，同时采集卡采集一帧图像；

步骤三、数据提取录入：整条隧道拍摄结束后，将设备连接计算机，提取图像数据和编码器计量的数据，然后用程序对采集的数据进行处理，将线阵相机拍摄画面中的长裂缝进行拼接处理；

步骤四、图像拼接处理：设两相机的纵向交错距离为m，编码器一圈的信号数为n，编码器同轴轮直径为d，编码器每给一次信号，采集卡采集一帧图像，则一帧图像的分辨率f为：

拼接时交错相机采集图像相差的帧数则为

相机1、3相对于相机2、4滞后m，在拼接图像时，对于相机1、3编号为a的图像中的第i行，则与相机2、4的编号为b图像的第j行对应，其中：

由此便可将多个相机采集的裂缝图像有规律的拼接在一起。

优选的，所述依据线阵相机广角和补光灯照射角的限制，采用多个线阵相机和补光灯配合使用。

优选的，所述一组线阵相机包括四个相机，依据顺序命名为相机1、2、3和4。

优选的，每个线阵相机搭配一个激光补光灯，且激光补光灯的照射区域正对相机的拍摄区域。

优选的，四个相机和激光补光灯分列两排，且交错排布。

优选的，相机1与相机3处于同一列，相机2与相机4处于同一列，将相机1与相机3采集的图像编号为a，将相机2与相机4采集的图像编号为b。

优选的，所述激光补光灯的安装结构可调，在正式采集图像前，依据激光补光灯照明区域和线阵相机拍摄区域的重合度，调整激光补光灯的照射角度。

优选的，所述步骤四中，两相机的纵向交错距离m的设定，取决于相邻两激光补光灯照射区域的光亮度，需调整至照射区域紧凑但没有重合，保持照射区域光亮度一致。

有益效果

本发明提供了一种线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法。与现有技术相比具备以下有益效果：

(1)、该线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法，通过在步骤一、图像采集：事先在车体上按交错排布的方式安装好线阵相机和补光灯，并在车体行走轮上安装编码器，然后推动车体在隧道内行走，同时启动补光灯对隧道内壁进行拍摄，行走过程中线阵相机有规律的对隧道内补光灯照明的区域进行拍摄，并进行保存；步骤二、距离数据采集：车体在行驶过程中，编码器的转轴随车体行走轮转动，同时编码器检测到其转轴转动一圈时，编码器给一次信号，同时采集卡采集一帧图像；步骤三、数据提取录入：整条隧道拍摄结束后，将设备连接计算机，提取图像数据和编码器计量的数据，然后用程序对采集的数据进行处理，将线阵相机拍摄画面中的长裂缝进行拼接处理，通过采用线阵相机扫描采集隧道内壁图像，并利用线性激光来进行补光，可保证在漆黑隧道内图像拍摄的清晰度，同时通过将补光灯和相机交错排布，既可避免拍摄的图像重复度过高浪费储存资源，也可避免光照区域内光线亮度分布不均匀，之后用拼接的方式将多组拍摄画面进行处理，使线性相机也可完整拍摄出长裂缝的画面，有效降低了数据处理的难度。

(2)、该线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法，通过使激光补光灯的安装结构可调，在正式采集图像前，依据激光补光灯照明区域和线阵相机拍摄区域的重合度，调整激光补光灯的照射角度，通过设置可调的激光补光灯，可依据不同隧道内尺寸的细小差距，灵活调整保持激光补光灯照明区域和线阵相机拍摄区域基本重合，使一套设备可适应不同的隧道，提高了精准度。

附图说明

图1为本发明相机与补光灯交错排布的示意图。

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。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法，具体包括以下步骤：

步骤一、图像采集：事先在车体上按交错排布的方式安装好线阵相机和补光灯，并在车体行走轮上安装编码器，然后推动车体在隧道内行走，同时启动补光灯对隧道内壁进行拍摄，行走过程中线阵相机有规律的对隧道内补光灯照明的区域进行拍摄，并进行保存；

步骤二、距离数据采集：车体在行驶过程中，编码器的转轴随车体行走轮转动，同时编码器检测到其转轴转动一圈时，编码器给一次信号，同时采集卡采集一帧图像；

步骤三、数据提取录入：整条隧道拍摄结束后，将设备连接计算机，提取图像数据和编码器计量的数据，然后用程序对采集的数据进行处理，将线阵相机拍摄画面中的长裂缝进行拼接处理；

步骤四、图像拼接处理：设两相机的纵向交错距离为m(两相机的纵向交错距离m的设定，取决于相邻两激光补光灯照射区域的光亮度，需调整至照射区域紧凑但没有重合，保持照射区域光亮度一致)，编码器一圈的信号数为n，编码器同轴轮直径为d，编码器每给一次信号，采集卡采集一帧图像，则一帧图像的分辨率f为：

拼接时交错相机采集图像相差的帧数则为

相机1、3相对于相机2、4滞后m，在拼接图像时，对于相机1、3编号为a的图像中的第i行，则与相机2、4的编号为b图像的第j行对应，其中：

由此便可将多个相机采集的裂缝图像有规律的拼接在一起。

依据线阵相机广角和补光灯照射角的限制，采用多个线阵相机和补光灯配合使用；每个线阵相机搭配一个激光补光灯，且激光补光灯的照射区域正对相机的拍摄区域；一组线阵相机包括四个相机，依据顺序命名为相机1、2、3和4，四个相机和激光补光灯分列两排，且交错排布，相机1与相机3处于同一列，相机2与相机4处于同一列，将相机1与相机3采集的图像编号为a，将相机2与相机4采集的图像编号为b；激光补光灯的安装结构可调，在正式采集图像前，依据激光补光灯照明区域和线阵相机拍摄区域的重合度，调整激光补光灯的照射角度，通过设置可调的激光补光灯，可依据不同隧道内尺寸的细小差距，灵活调整保持激光补光灯照明区域和线阵相机拍摄区域基本重合，使一套设备可适应不同的隧道，提高了精准度。

综上所述，通过采用线阵相机扫描采集隧道内壁图像，并利用线性激光来进行补光，可保证在漆黑隧道内图像拍摄的清晰度，同时通过将补光灯和相机交错排布，既可避免拍摄的图像重复度过高浪费储存资源，也可避免光照区域内光线亮度分布不均匀，之后用拼接的方式将多组拍摄画面进行处理，使线性相机也可完整拍摄出长裂缝的画面，有效降低了数据处理的难度。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤一、图像采集：事先在车体上按交错排布的方式安装好线阵相机和补光灯，并在车体行走轮上安装编码器，然后推动车体在隧道内行走，同时启动补光灯对隧道内壁进行拍摄，行走过程中线阵相机有规律的对隧道内补光灯照明的区域进行拍摄，并进行保存；

步骤二、距离数据采集：车体在行驶过程中，编码器的转轴随车体行走轮转动，同时编码器检测到其转轴转动一圈时，编码器给一次信号，同时采集卡采集一帧图像；

步骤三、数据提取录入：整条隧道拍摄结束后，将设备连接计算机，提取图像数据和编码器计量的数据，然后用程序对采集的数据进行处理，将线阵相机拍摄画面中的长裂缝进行拼接处理；

步骤四、图像拼接处理：设两相机的纵向交错距离为m，编码器一圈的信号数为n，编码器同轴轮直径为d，编码器每给一次信号，采集卡采集一帧图像，则一帧图像的分辨率f为：

拼接时交错相机采集图像相差的帧数则为

相机1、3相对于相机2、4滞后m，在拼接图像时，对于相机1、3编号为a的图像中的第i行，则与相机2、4的编号为b图像的第j行对应，其中：

由此便可将多个相机采集的裂缝图像有规律的拼接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法，其特征在于：依据线阵相机广角和补光灯照射角的限制，采用多个线阵相机和补光灯配合使用。

3.根据权利要求2所述的一种线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法，其特征在于：所述一组线阵相机包括四个相机，依据顺序命名为相机1、2、3和4。

4.根据权利要求3所述的一种线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法，其特征在于：每个线阵相机搭配一个激光补光灯，且激光补光灯的照射区域正对相机的拍摄区域。

5.根据权利要求4所述的一种线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法，其特征在于：四个相机和激光补光灯分列两排，且交错排布。

6.根据权利要求5所述的一种线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法，其特征在于：相机1与相机3处于同一列，相机2与相机4处于同一列，将相机1与相机3采集的图像编号为a，将相机2与相机4采集的图像编号为b。

7.根据权利要求1所述的一种线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法，其特征在于：所述激光补光灯的安装结构可调，在正式采集图像前，依据激光补光灯照明区域和线阵相机拍摄区域的重合度，调整激光补光灯的照射角度。

8.根据权利要求1所述的一种线阵相机采集隧道图像和图像拼接方法，其特征在于：所述步骤四中，两相机的纵向交错距离m的设定，取决于相邻两激光补光灯照射区域的光亮度，需调整至照射区域紧凑但没有重合，保持照射区域光亮度一致。

Images