CN114354635B - 一种改善照明光源的桥墩裂纹检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善照明光源的桥墩裂纹检测系统，并具体公开了一种用于从水下摄像装置获取并定位清晰图像或视频的方法，包括：运送船、卷扬结构、水上控制中心、水下检测装置、船上控制系统、电源系统及遥控器。在该方法中，根据图像中的环境光的信息自动对水下照明光源进行调控，以查找所述桥墩裂纹信息，在对所述桥墩整体的外形实施全方位扫测的过程中，可掌握所述桥墩外围位于水下部分的隐患，同时也可根据检测到的位于所述桥墩上的数字和/或图像信息获得所述桥墩整体及隐患处的定位信息。

Description

一种改善照明光源的桥墩裂纹检测系统及方法

技术领域

本发明涉及桥梁检测技术领域，尤其涉及一种水下机器人的自适应照明系统，尤其是涉及一种改善照明光源的桥墩裂纹检测系统及其方法。

背景技术

近年来发现，我国公路桥梁曾多次出现重大坍台事故，特别是，对桥梁结构的检测越来越重要；在桥梁检测技术方面，智能化无损检测是桥梁检测的发展方向，尤其是以图像识别技术、声波CT技术等为代表的智能检测技术在桥梁外观损伤、内部缺陷检测中的应用趋于广泛。

水下墩基础属隐蔽工程,易受水流冲刷、漂流大块石或过往船只的碰撞等多种不确定因素带来的影响，因此易出现问题，但由于水下环境复杂，增大了人工检测桥墩的难度，特别是，在对江河湖海中支撑桥梁的水下墩进行检测时，水下常常漆黑一片，离不开照明系统的辅助；鉴于不同现场的水质不同，检测时也会存在天气影响等，水流颜色会产生不同。另外，针对检测结果的定位一直以来也是针对桥墩检测中的关键问题。已有方法中，例如，专利号：CN 108382551A，其提出了一种用于桥墩水下检测的机器人系统，但缺乏对照明调节及图像定位的处理；CN 107701993A，其公开了一种用于水下机器人的自适应照明系统，具有图像分析模块、照明灯控制模块等，可根据得到的画面内的环境光数值计算出需要的补光量，并将补光量发送给照明灯控制模块，经照明灯控制模块来调节照明灯的亮度，但当水质及光线改变时缺乏对照明灯颜色的控制，导致照明灯的补光效果并不好，未考虑到不同的光通道对于补光效果所带来的影响；另外，例如，CN105554265A，采用了根据电子地图数据及其定位数据获取手持终端当前所处位置对应的桥梁的属性数据，但采用电子定位的方式结构复杂、成本较高；为此，本发明提出一种全新的根据获取的环境光信息自动对照明光源进行调控，以查找水下桥墩裂纹信息的检测方法及设备，在对桥墩水下部分的外形实施全方位扫测的过程中，可掌握桥墩外围的隐患，同时也可获得对桥墩整体及隐患处的定位。

再如，CN204392439U公开一种水下照明与摄像系统，该系统包括数套水下摄像单元以及水上控制台；针对每套水下摄像单元：将两台水下照明灯具、一台水下摄像机以及一台深度传感器均安装于升降架上；水下摄像机拍摄获得的图像信号和深度传感器检测获得的深度信号通过水密电缆传输至现场控制箱，现场控制箱再通过电缆将图像信号和深度信号发至水上控制台；现场控制箱通过水密电缆为水下摄像机、水下照明灯具和深度传感器供电；水上控制台通过电缆为现场控制箱供电，工控机接收现场控制箱传来的图像信号进行显示以及存储，接收现场控制箱传来的深度信号，控制升降电机的启动与关闭，然而，该现有技术无法对被摄对象进行补光以拍摄清晰的图像，也无法根据拍摄的图像进行缺陷认定。还有诸如：CN112820149A、CN105843248A、CN201393283Y、CN109338883A等现有技术都无法实现上述功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善照明光源的桥墩裂纹检测方法及设备，以解决上述补光效果不好以及定位成本高的问题。

一种改善照明光源的桥墩裂纹检测系统，包括：运送船、卷扬结构、水上控制中心、水下检测装置、船上控制系统、电源系统及遥控器，其中，所述运送船上设有船上控制系统和电源系统，所述运送船的端部设有卷扬机构，所述卷扬机构与水上控制机构相固定连接，所述控制中心的正下方设有水下检测装置，所述船上控制系统与电源系统电连接，所述卷扬机构、水上控制中心和水下检测装置均电信号连接于船上控制系统，水下检测装置上设有摄像装置和辅助照明装置，所述辅助照明装置设置于水下摄像设备的近旁，以辅助所述水下摄像设备获取清晰的所述桥墩表面图像或视频信息，所述遥控器与船上控制系统相连，可通过手动控制卷扬结构、水上控制中心、水下检测装置的各种动作；其特征在于，所述辅助照明装置由红色照明灯、绿色照明灯及蓝色照明灯分别组成，所发出的照明光线由红、绿、蓝三色混合而成，所述辅助照明装置根据水的吸收光的情况及当时的照明条件可自动调整该红、绿、蓝三色照明灯的位置和/或光强，在摄像机摄取清晰的图像或视频信息后将获取的信息实时发送给水上控制中心并在所述存储器中保存。

优选为，所述水上控制中心包括中央处理器，在所述存储器中预存有多组水下的所述桥墩历史图像，当摄像机摄取所述桥墩相应部分的影像时，实时发送所述影像至水上控制中心，并将该影像与所述存储器中预存的历史影像相比对，选取一幅在光照、色度上最为接近的影像作为参考影像，从水上控制中心的所述存储器中调取与该影像对应的辅助照明装置的参数数据，依据该参数数据调整控制所述辅助照明装置发出适合的光强信号；

优选为，在所述辅助照明装置的配合下摄像机摄取图像并将其实时发送给水上控制中心，水上控制中心对检测对象进行比对，当发现被检测图像中具有疑似裂纹、孔洞或大面积脱落时，立即发出的报警信息，操作人员可经遥控器手动控制，分别调节该红、绿、蓝三色照明灯的位置和/或光强，并同时调整摄像装置的摄取角度、前后位置及聚焦参数，核对是否检出裂纹等不良信息；

优选为，所述辅助照明装置由led三色照明灯分别组成；

优选为，所述led三色照明灯呈等边三角形或呈直线排列在一个平面上均匀设置；

优选为，所述led三色照明灯在非同一平面上分别设置，且所述led三色照明灯中的每一个可分别调整前后行进距离及照度；

优选为，所述桥墩上设有图案和/或数字符号，可根据已获取图像上显示的图案信息和/或数字符号信息识别故障图像位于所述桥墩所在的位置；

优选为，经所述水上控制中心可将获取的所述桥墩图像、检测信息及与构件编码相关的数据上传至云端服务器；

优选为，所述遥控器表面具有液晶显示屏，其上可分屏显示摄取的图像信息、设置参数及控制按钮，通过该控制按钮可控制水上、水下各设备的相关动作；

本发明还包括一种改善照明光源的桥墩裂纹检测方法，其应用上述系统实现相应的功能。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

本发明能根据水下检测设备所摄取的画面获得水下是否昏暗，水质是否混浊的信息，自适应调整三色照明灯的配色情况，并可经遥控器手动单独调整各色照明灯的位置及亮度，在一定程度上简化了操作人员的实时操作。本发明所述方法及系统能在多种不同水质的水域中根据历史数据获取照明灯的调节参数，并可直接从画面中解析出桥墩中故障部位及位置。

附图说明

图1是现有技术的用于检测桥墩时的工作状态示意图；

图2是本发明的三色照明灯位于同一平面且呈一条直线的结构关系示意图；

图3是本发明的三色照明灯位于同一平面且呈等边三角形形状排列的结构示意图；

图4是本发明的三色照明灯可位于不在同一平面排列的结构关系示意图；

图5是本发明的桥墩表面图案示意图一；

图6是本发明的桥墩表面图案示意图二。

附图标记中的含义：3、红色照明灯；4、绿色照明灯；5、蓝色照明灯；11、气缸Ⅰ；12、气缸Ⅱ；13、气缸Ⅲ；15、摄像装置。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本发明的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明。

参见本发明说明书附图1-6所示，一种改善照明光源的桥墩裂纹检测系统，包括：运送船、卷扬结构、水上控制中心、水下检测装置、船上控制系统、电源系统及遥控器，其中，所述运送船上设有船上控制系统和电源系统，所述运送船的端部设有卷扬机构，所述卷扬机构与水上控制机构相固定连接，所述控制中心的正下方设有水下检测装置，所述船上控制系统与电源系统电连接，所述卷扬机构、水上控制中心和水下检测装置均电信号连接于船上控制系统，水下检测装置上设有摄像装置和辅助照明装置，所述辅助照明装置(3，4，5)设置于水下摄像设备(15)的近旁，以辅助所述水下摄像设备(15)获取清晰的桥墩表面图像或视频信息，所述遥控器与船上控制系统相连，可通过手动控制卷扬结构、水上控制中心、水下检测装置的各种动作；其特征在于，所述辅助照明装置由红色照明灯(3)、绿色照明灯(4)及蓝色照明灯(5)分别组成，所发出的照明光线由红、绿、蓝三色混合而成，所述辅助照明装置根据水的吸收光的情况及当时的照明条件可自动调整该红、绿、蓝三色照明灯的位置和/或光强，在摄像机摄取清晰的图像或视频信息后将获取的信息实时发送给水上控制中心并在所述存储器中保存。

其中，所述水上控制中心包括中央处理器及存储器，在该存储器中预存有多组水下桥墩历史图像，如图5-6所示，当摄像机摄取所述桥墩相应部分的影像(如图5中3002)时，实时发送所述影像至水上控制中心，并将该影像与存储器中预存的历史影像相比对，选取一幅在光照、色度上最为接近的影像作为参考影像，从水上控制中心的存储器中调取与该影像对应的辅助照明装置的参数数据，依据该参数数据调整控制所述辅助照明装置发出适合的光强信号；

其中，在所述辅助照明装置的配合下摄像机摄取图像并将其实时发送给水上控制中心，水上控制中心对检测对象进行比对，当发现被检测图像中具有疑似裂纹、孔洞或大面积脱落时，立即发出的报警信息，操作人员可经遥控器手动分别调节该红、绿、蓝三色照明灯的位置和/或光强，并同时调整摄像装置的摄取角度、前后位置及聚焦参数，核对是否检出裂纹等不良信息；

其中，所述辅助照明装置由led三色照明灯分别组成；

其中，所述led三色照明灯呈等边三角形或呈直线排列在一个平面上均匀设置；

其中，所述led三色照明灯在非同一平面上分别设置，且所述led三色照明灯中的每一个可分别调整前后行进距离及照度；

其中，所述桥墩上设有图案和/或数字符号，可根据已获取图像上显示的图案信息和/或数字符号信息识别故障图像位于所述桥墩所在的位置；

其中，经所述水上控制中心可将获取的所述桥墩图像、检测信息及与构件编码相关的数据上传至云端服务器；

其中，所述遥控器表面具有液晶显示屏，其上可分屏显示摄取的图像信息、设置参数及控制按钮，通过该控制按钮可控制水上、水下各设备的相关动作；

其中，从摄取的影像中任意选取一幅影像作为参考影像，从水上控制中心的存储器中调取一幅与该影像在光照、色度上最为接近的影像，从中获取辅助照明装置的设置参数数据，其步骤可包括：从多个候选光照参数中选择一组光照参数，根据该选取的光照参数来设定辅助照明装置的参数数据；

另外，本发明的三色光源可通过气缸进行前进后退控制，也可通过步进电机进行控制；对光强的调整可通过对三色灯的电流、电压进行调整来实现。

本发明的摄像装置可针对从水中获取的图像或视频，并对其进行深度估计，通过计算像素的虚拟图，假设每个小的当前块的深度都是均匀的，从像素的虚拟图中产生大致的深度图，根据大致的深度图进一步获取清晰的深度图，从而改善所获取的检测图像，还可通过计算原始图像和多尺度高斯滤波图像之间的差来确定虚拟图，估计像素虚拟图，以在相机或成像处理计算机的成像系统中实现检测所述桥墩中是否存在裂缝等危险因素。

本发明采用上述技术方案，通过采集水下桥墩上的印刷品或桥墩上的任一已经存储在存储器中的标记物，如图5-6所示字画，摄像机拍下来的每幅图或局部都会与存储器中图像进行比对，如果发现比对不一样，哪怕有微小差别，工作人员即可根据小图片在整个画面中的位置即可识别桥墩状况，如裂纹等所处的位置，从而替代了GPS定位系统，节约了成本。

本发明具体实施途径很多，以上仅是本发明的优选具体实施方式，应当指出，对于本领域技术人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明所保护的范围。

Claims (8)

1.一种改善照明光源的桥墩裂纹检测系统，包括：运送船、卷扬结构、水上控制中心、水下检测装置、船上控制系统、电源系统及遥控器，其中，所述运送船上设有船上控制系统和电源系统，所述运送船的端部设有卷扬机构，所述卷扬机构与水上控制机构相固定连接，所述控制中心的正下方设有水下检测装置，所述船上控制系统与电源系统电连接，所述卷扬机构、水上控制中心和水下检测装置均电信号连接于船上控制系统，水下检测装置上设有摄像装置和辅助照明装置，所述辅助照明装置(3，4，5)设置于水下摄像设备(15)的近旁，以辅助所述水下摄像设备(15)获取清晰的所述桥墩表面图像或视频信息，所述遥控器与船上控制系统相连，可通过手动控制卷扬结构、水上控制中心、水下检测装置的各种动作；其特征在于，所述辅助照明装置由红色照明灯(3)、绿色照明灯(4)及蓝色照明灯(5)分别组成，所发出的照明光线由红、绿、蓝三色混合而成，所述辅助照明装置根据水的吸收光的情况及当时的照明条件自动调整该红、绿、蓝三色照明灯的位置和光强，在摄像机摄取清晰的图像或视频信息后将获取的信息实时发送给水上控制中心并在存储器中保存；

所述水上控制中心包括中央处理器及存储器，在该存储器中预存有多组所述桥墩历史图像，当摄像机摄取所述桥墩相应部分的影像时，实时发送所述影像至水上控制中心，并将该影像与存储器中预存的历史影像相比对，选取一幅在光照、色度上最为接近的影像作为参考影像，从水上控制中心的存储器中调取与该影像对应的辅助照明装置的参数数据，依据该参数数据调整控制所述辅助照明装置发出适合的光强信号；

所述摄像装置还包括将水中获取的桥墩表面图像或视频，对其进行深度估计，通过计算像素的虚拟图，从像素的虚拟图中产生深度图，根据深度图进一步获取清晰的深度图；

通过计算原始图像和多尺度高斯滤波图像之间的差来确定虚拟图，估计像素虚拟图，以在相机或成像处理计算机的成像系统中实现检测所述桥墩中是否存在裂缝；

所述桥墩上设有图案和/或数字符号，根据已获取图像上显示的图案信息和/或数字符号信息识别故障图像位于所述桥墩所在的位置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述辅助照明装置的配合下摄像机摄取图像并将其实时发送给水上控制中心，水上控制中心对检测对象进行比对，当发现被检测图像中具有疑似裂纹、孔洞或大面积脱落时，立即发出的报警信息，操作人员可经遥控器手动分别调节该红、绿、蓝三色照明灯的位置和/或光强，并同时调整摄像装置的摄取角度、前后位置及聚焦参数，核对是否检出裂纹。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述辅助照明装置由led三色照明灯分别组成。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述led三色照明灯呈等边三角形或呈直线排列在一个平面上均匀设置。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述led三色照明灯在非同一平面上分别设置，且所述led三色照明灯中的每一个可分别调整前后行进距离及照度。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，经所述水上控制中心可将获取的所述桥墩图像、检测信息及与构件编码相关的数据上传至云端服务器。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述遥控器表面具有液晶显示屏，其上可分屏显示摄取的图像信息、设置参数及控制按钮，通过该控制按钮可控制水上、水下各设备的相关动作。

8.一种改善照明光源的桥墩裂纹检测方法，其特征在于，应用权利要求1-7任一项所述的桥墩裂纹检测系统进行相应检测。

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