TWI786802B - 三維透地雷達的影像解析輔助系統 - Google Patents
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Abstract
本發明係一種三維透地雷達的影像解析輔助系統，係包含依序進行的設置步驟、連結步驟、操控步驟。用以搭配三維透地雷達輔助影像解析功能。陣列像素掃描儀是隨著三維透地雷達的移動而同步移動，用以掃描拍攝影像，強化解析的目的及功效，適用於進行道路地下空洞、隧道襯砌背填不良空洞的探查工作，且在探查的過程中，除了盡可能的以最適合的掃描速度以獲取最佳品質的訊號頻譜，還可利用被掃描目標物的表面狀況的狀態，包含空洞表面的特徵或者是裂隙，並與隨後的三維透地雷達掃描的訊號頻譜資料結合，有助於判釋辨別三維透地雷達掃描的訊號。
Description
本發明係有關於一種三維透地雷達的影像解析輔助系統，尤其是利用依序進行的設置步驟、連結步驟、操控步驟而由陣列像素掃描儀搭配三維透地雷達以提供輔助強化解析攝影的功能，其中陣列像素掃描儀是隨著三維透地雷達的移動而同步移動，用以掃描拍攝影像，進而達到輔助及強化解析的目的及功效，適用於進行道路地下空洞、隧道襯砌背填不良空洞的探查工作，而且在探查的過程中，除了盡可能的以最適合的掃描速度以獲取最佳品質的訊號頻譜(Spectrum)，還可利用被掃描目標物的表面狀況的狀態，包含空洞表面的特徵(feature)或者是裂隙(Crack)，並與隨後的3D透地雷達掃描的訊號頻譜資料結合，有助於判釋辨別3D透地雷達掃描的訊號。
眾所周知，一般常運用三維(3D)透地雷達以進行道路地下空洞、隧道襯砌背填不良空洞的探查工作，而在探查的過程中，除了需要盡可能的以最適合的掃描速度以獲取最佳品質的訊號頻譜外，還要利用被掃描目標物表面狀況的狀態，與隨後的三維透地雷達掃描的訊號頻譜資料相結合，才能有助於判釋辨別三維透地雷達掃描的訊號。
不過在習用技術中，三維透地雷達檢測皆採用目視手繪記錄或採用目視記錄加拍照或區段錄影記錄的作法，其缺點在於不僅不能同步記錄而且常發生記錄不完整的情形，或是重要的特徵裂縫或缺損記錄位置發生記錄錯位的情況，因而導致誤判。
此外，在針對目標物有限的目視檢測中，初步進行可能的空洞所在位置預測，在正式掃描作業前，掃描路線、設備的掃描速度及可能必須加強掃描區段路線，都需要妥善準備規劃，相當耗費人力、物力以及時間，所以應用場地非常受限。
因此，很需要一種創新的三維透地雷達的影像解析輔助系統，利用依序進行的設置步驟、連結步驟、操控步驟而由陣列像素掃描儀搭配三維透地雷達以提供輔助強化解析攝影的功能，其中陣列像素掃描儀是隨著三維透地雷達的移動而同步移動，用以掃描拍攝影像，進而達到輔助及強化解析的目的及功效，適用於進行道路地下空洞、隧道襯砌背填不良空洞的探查工作，而且在探查的過程中，除了盡可能的以最適合的掃描速度以獲取最佳品質的訊號頻譜，還可利用被掃描目標物的表面狀況的狀態，包含空洞表面的特徵或者是裂隙，並與隨後的三維透地雷達掃描的訊號頻譜資料結合，有助於判釋辨別三維透地雷達掃描的訊號，藉以解決上述習知技術的問題。
本發明之主要目的在於提供一種三維透地雷達的影像解析輔助系統，係包含依序進行的設置步驟、連結步驟、操控步驟，用以輔助三維透地雷達而強化影像解析功能。
具體而言，首先是在設置步驟中備製陣列像素掃描儀、陣列像素處理機、電腦、電源供應器、多個插銷以及保險絲。接著在連結步驟中，經由控制線連接陣列像素處理機至陣列像素掃描儀，經由網路線連接電腦至陣列像素處理機，經由電源線連接電源供應器至陣列像素處理機，利用該等插銷將陣列像素掃描儀固定於移動支架、移動工具或移動載體，進一步將保險絲設置於陣列像素處理機。
在操控步驟中利用陣列像素掃描儀隨著三維透地雷達的移動而同步移動，用以發射光線而掃描並拍攝周圍環境而產生並傳送陣列像素掃描資料，再利用陣列像素處理機接收陣列像素掃描資料而進行陣列像素處理，並控制陣列像素掃描儀的運作而產生以及傳送陣列像素處理資料，接著利用電腦接收陣列像素處理資料而儲存以及顯示，並控制陣列像素處理機的運作，且進一步利用陣列像素處理機以調整由陣列像素掃描儀所發射光線之強弱，同時利用電源供應器產生電力以供應陣列像素處理機而運作，尤其，陣列像素處理機是經由控制線而供電給陣列像素掃描儀，並利用保險絲在陣列像素處理機發生電壓或電流瞬間過載時提供熔斷保護機制而保護陣列像素處理機。
因此，本發明可搭配三維透地雷達以提供輔助強化解析攝影的功能，並進行即時同步錄影，且在高速移動下仍能維持影像不模糊失真的能力，可快速確認欲尋找的標的，尤其可進一步利用專屬的軟體進行人工智慧(AI)判釋裂縫或特徵，並標定其位置，供後續參考、處理。
更進一步，陣列像素掃描儀是隨著三維透地雷達的移動而同步移動，用以發射光線而掃描並拍攝周圍環境而產生並傳送陣列像素掃描資料。陣列像素處理機經由控制線連接陣列像素掃描儀，用以接收陣列像素掃描資料而進行陣列像素處理，並控制陣列像素掃描儀的運作，進而產生以及傳送陣列像素處理資料。
此外，電腦經由網路線連接至陣列像素處理機，用以接收陣列像素處理資料而儲存以及顯示，並控制陣列像素處理機的運作，且利用陣列像素處理機以調整由陣列像素掃描儀所發射光線之強弱。電源供應器是經由電源線而連接至陣列像素處理機，並產生電力以供應陣列像素處理機而運作，陣列像素處理機是經由控制線而供電給陣列像素掃描儀。
插銷係用以將陣列像素掃描儀固定於移動支架、移動工具或移動載體，而保險絲係設置於陣列像素處理機，用以在陣列像素處理機發生電壓或電流瞬間過載時提供熔斷保護機制而保護陣列像素處理機。
尤其，陣列像素掃描儀具有三攝像鏡頭，是分別配置成朝向不同方向而拍攝而產生影像資料，而陣列像素掃描資料包含該三攝像鏡頭所產生的影像資料。
因此，本發明是利用陣列像素掃描儀搭配三維透地雷達以提供輔助強化解析攝影的功能，且陣列像素掃描儀是隨著三維透地雷達的移動而同步移動，用以掃描拍攝影像，進而達到輔助及強化解析的目的及功效，所以非常適合合用於進行道路地下空洞、隧道襯砌背填不良空洞的探查工作。
以下配合圖示及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。
請參考第一圖，本發明實施例三維透地雷達的影像解析輔助系統的操作流程示意圖。如第一圖所示，本發明實施例的三維透地雷達的影像解析輔助系統包含依序進行的設置步驟S10、連結步驟S20、操控步驟S30，且為方便說明，可同時參考第二圖，本發明實施例三維透地雷達的影像解析輔助系統的示意圖。
在設置步驟S10中，備製陣列像素掃描儀10、陣列像素處理機20、電腦30、電源供應器40、多個插銷50以及保險絲60。接著在連結步驟S20中，是經由控制線21連接陣列像素處理機20至陣列像素掃描儀10，並經由網路線31連接電腦30至陣列像素處理機20，另外，經由電源線41而連接電源供應器40至陣列像素處理機20，且利用該等插銷50用以將陣列像素掃描儀10固定於移動支架F、移動工具C或移動載體P，進一步將保險絲60設置於陣列像素處理機20。
在操控步驟S30中，是利用陣列像素掃描儀10隨著三維透地雷達的移動而同步移動，用以發射光線而掃描並拍攝周圍環境而產生並傳送陣列像素掃描資料，再利用陣列像素處理機20接收陣列像素掃描資料而進行陣列像素處理，並控制陣列像素掃描儀10的運作而產生以及傳送陣列像素處理資料，接著利用電腦30接收陣列像素處理資料而儲存以及顯示，並控制陣列像素處理機20的運作，且進一步利用陣列像素處理機20以調整由陣列像素掃描儀10所發射光線之強弱，同時利用電源供應器40產生電力以供應陣列像素處理機20而運作，尤其，陣列像素處理機20是經由控制線21而供電給陣列像素掃描儀10，並利用保險絲60在陣列像素處理機20發生電壓或電流瞬間過載時提供熔斷保護機制而保護陣列像素處理機20。
整體而言，本發明的三維透地雷達的影像解析輔助系統搭配三維透地雷達後可提供輔助強化解析攝影的功能，並進行即時同步錄影，且在高速移動下仍能維持影像不模糊失真的能力，可快速確認欲尋找的標的，尤其可進一步利用專屬的軟體進行人工智慧(AI)判釋裂縫或特徵，並標定其位置，供後續參考、處理。
同時參考第三圖至第九圖，藉以在下文中清楚說明本發明的計率特點。
具體而言，陣列像素掃描儀10是隨著三維透地雷達的移動而同步移動，用以發射光線而掃描並拍攝周圍環境而產生、傳送陣列像素掃描資料。陣列像素掃描儀10是進一步使用嵌入式(embedded)作業系統以進行操作，尤其是具有三顆攝像鏡頭12，每顆攝像鏡頭12的掃描更新頻率為180fps，傳輸頻寬可達300Mbps，且掃描區域大小為900mm x 600mm。
此外，上述的攝像鏡頭12可具有500萬畫像素的可調光圈、高精度全玻璃鏡片組以及6mm固定焦距，而且工作距離為0.2-2m。更進一步，攝像鏡頭12是內置六區高功率紅外線(Infra-Red LED)輔助發射感測單元14，而六區高功率紅外線輔助發射感測單元14都可發射中央光源及周圍光源，其中中央光源具有高功率150度的照射範圍，且包含72顆發光二極體(Light Emitting Diode，LED)16，而周圍光源也具有高功率150度的照射範圍，且包含24顆發光二極體18，特別的是，中央光源及周圍光源皆發射單一頻率為850nm的紅外光。
陣列像素處理機20經由控制線21連接陣列像素掃描儀10，用以接收陣列像素掃描資料而進行陣列像素處理，並控制陣列像素掃描儀10的運作，進而由陣列像素處理機20產生以及傳送陣列像素處理資料。
此外，電腦30經由網路線31連接至陣列像素處理機20，用以接收陣列像素處理資料而儲存以及顯示，並控制陣列像素處理機20的運作，包含利用陣列像素處理機20以調整由陣列像素掃描儀10所發射光線之強弱。舉例而言，電腦30可包含筆電或個人電腦。
電源供應器40主要是經由電源線41而連接至陣列像素處理機20，並產生電力以供應陣列像素處理機20而運作，再者，陣列像素處理機20是經由控制線21而供電給陣列像素掃描儀10。
如第三圖所示，該等插銷50是用以將陣列像素掃描儀10固定於移動支架F、移動工具C或移動載體P，其中移動支架F可包含滾輪支架，而移動工具C可包含汽車，且移動載體P可包含台車。
再者，保險絲60是設置於陣列像素處理機20，用以在陣列像素處理機20發生電壓或電流瞬間過載時，提供熔斷保護機制而保護陣列像素處理機20，避免毀損。
更進一步，陣列像素掃描儀10可為全機外殼白鐵烤漆的型式，而陣列像素處理機20也可為全機外殼白鐵烤漆的型式，並使用嵌入式作業系統而運作。尤其，陣列像素處理機20的影像處理能量可為4K通道(8M x 16 channel)，且頻寬為300Mbps，而且具有控制調整陣列像素掃描儀10發射光線的能力，並內建2T固態硬碟SSD做為儲存影像的媒體，比如整台機器尺寸為211 x 256 x 40.5mm。
參考第四圖，本發明影像解析輔助系統中攝像鏡頭的控制示意圖，其中攝像鏡頭12接收到曝光脈衝(Exposure Pluse)與紅外線感光晶體回授晶片(Infra-Red LED)所偵測的被測標的物的光源感測強度做回饋(Feedback)比較後，透過脈衝寬度調變(PWM)的機制，發射或減少紅外線發射光源的強度，調整所攝影像的背景光源到最佳化的狀態，以使記錄的影像呈現清晰可見的程度。當然，上述方式只是用以示範性顯示陣列像素掃描儀的元件工作原理之實例而已，並非用以限定本發明的範圍。
在如第五圖所示，攝像鏡頭12與紅外線感光晶體回授晶片(Infra-Red LED)兩者間透過感光晶體回授晶片內的感測器感測量測標的背景光源強度並參考來自像素攝影機的曝光脈衝訊號利用微處理器的計算比較，做出兩者間的差值回饋與即時同步的動作，利用脈衝寬度調變(PWM)以完成即時背景光源的最佳化。尤其是，可利用微控制器MCU而實現所需的控制功能。不過同樣的，上述方式只是用以示範性顯示陣列像素掃描儀的元件工作原理之實例而已，並非用以限定本發明的範圍。
另外，第六圖顯示在完成本發明整個系統的所有裝置之連結後，即可透過電腦30(比如筆電)顯示即時的影像，並可進行像素掃描背景光源的手動調整，而其原理是利用筆電控制陣列像素處理20，並利用程式透過陣列像素處理20調整對像素掃描機紅外線LED(Infra-Red LED)供電的電壓強度，使其調整並透過筆電即時影像的顯示，藉以調整背景光源到最適狀態，確保錄影品質達到清晰可見的程度。
參考第七圖，顯示在錄影記錄於陣列像素處理20的固態硬碟SSD時，可由網路線31的連結經電腦30的前處理運算，用以將每個影像截取的影像進行邊角運算及影像合併再行輸出成資料照片。
如第八圖所示，本發明影像解析輔助系統的實際試驗成果是以3D Ground-penetrating radar (3gpr)的某隧道襯砌掃描資料當作示範性實例，並由電腦30顯示以供參考。
請再進一步參考第九圖，本發明影像解析輔助系統中陣列像素掃描儀10的示範性實例示意圖，包含陣列像素掃描儀10朝向掃描方向的正面(圖中左上方小圖)，朝向連結或支撐面的背面(圖中左下方小圖)以及三視圖(圖中右側)，其中陣列像素掃描儀10的三攝像鏡頭12是相互間隔一段距離而排列在同一直線上，尤其是位於陣列像素掃描儀10中間的直線，而六區高功率紅外線輔助發射感測單元14是相互間隔一段距離而均等排列在上述直線的二側。當然，上述的配置方式只是用以清楚說明本發明特點的示範性實例而已，並非用以限定本發明的範圍。
綜上所述，本發明的特點在於利用陣列像素掃描儀搭配三維透地雷達以提供輔助強化解析攝影的功能，且陣列像素掃描儀是隨著三維透地雷達的移動而同步移動，用以掃描拍攝影像，進而達到輔助及強化解析的目的及功效。因此，本發明適用於進行道路地下空洞、隧道襯砌背填不良空洞的探查工作。
此外，在探查的過程中，除了盡可能的以最適合的掃描速度以獲取最佳品質的訊號頻譜(Spectrum)，還可利用被掃描目標物的表面狀況的狀態，包含空洞表面的特徵(feature)或者是裂隙(Crack)，並與隨後的3D透地雷達掃描的訊號頻譜資料結合，有助於判釋辨別3D透地雷達掃描的訊號。
以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。
1:三維透地雷達的影像解析輔助系統
10:陣列像素掃描儀
12:攝像鏡頭
14:區高功率紅外線輔助發射感測單元
16:發光二極體
18:發光二極體
20:陣列像素處理機
21:控制線
30:電腦
31:網路線
40:電源供應器
41:電源線
50:插銷
60:保險絲
C:移動工具
F:移動支架
MCU:微控制器
SSD:固態硬碟
P:移動載體
S10:設置步驟
S20:連結步驟
S30:操控步驟
第一圖本發明實施例三維透地雷達的影像解析輔助系統的操作流程示意圖。
第二圖顯示依據本發明實施例三維透地雷達的影像解析輔助系統的示意圖。
第三圖顯示本發明影像解析輔助系統的配置實例示意圖。
第四圖顯示依據本發明影像解析輔助系統中攝像鏡頭的控制示意圖。
第五圖顯示依據本發明影像解析輔助系統中攝像鏡頭的另一控制示意圖。
第六圖顯示依據本發明影像解析輔助系統中透過電腦顯示即時影像的示意圖。
第七圖顯示陣列像素處理20的前處理運算的示意圖。
第八圖顯示依據本發明影像解析輔助系統的實際試驗成果。
第九圖顯示依據本發明影像解析輔助系統中陣列像素掃描儀的示範性實例示意圖。
S10:設置步驟
S20:連結步驟
S30:操控步驟
Claims (6)
- 一種三維透地雷達的影像解析輔助系統，包括依序進行的步驟： 一設置步驟，係備製一陣列像素掃描儀、一陣列像素處理機、一電腦、一電源供應器、多個插銷以及一保險絲； 一連結步驟，經由一控制線連接該陣列像素處理機至該陣列像素掃描儀，經由一網路線連接該電腦至該陣列像素處理機，經由一電源線而連接該電源供應器至該陣列像素處理機，利用該等插銷用以將該陣列像素掃描儀固定於一移動支架、一移動工具或一移動載體，設置該保險絲於該陣列像素處理機；以及 一操控步驟，利用該陣列像素掃描儀隨著一三維透地雷達的移動而同步移動，用以發射光線而掃描並拍攝周圍環境而產生並傳送一陣列像素掃描資料，利用該陣列像素處理機接收該陣列像素掃描資料而進行陣列像素處理，並控制該陣列像素掃描儀的運作，進而產生以及傳送一陣列像素處理資料，利用該電腦接收該陣列像素處理資料而儲存以及顯示，並控制該陣列像素處理機的運作，且利用該陣列像素處理機以調整由該陣列像素掃描儀所發射光線之強弱，利用該電源供應器產生電力以供應該陣列像素處理機而運作，該陣列像素處理機是經由該控制線而供電給該陣列像素掃描儀，利用該保險絲在該陣列像素處理機發生電壓或電流瞬間過載時提供熔斷保護機制而保護該陣列像素處理機， 其中該陣列像素掃描儀具有三攝像鏡頭，是分別配置成朝向不同方向而拍攝而產生一影像資料，該陣列像素掃描資料包含該三攝像鏡頭所產生的影像資料。
- 如請求項1所述之三維透地雷達的影像解析輔助系統，其中該控制線包含一AWG24雙絞線。
- 如請求項1所述之三維透地雷達的影像解析輔助系統，其中該攝像鏡頭具有500萬畫像素的一可調光圈、一高精度全玻璃鏡片組以及一6mm固定焦距，且工作距離為0.2-2m，並進一步內置六區高功率紅外線(Infra-Red LED)輔助發射感測單元，該六區高功率紅外線(Infra-Red LED)輔助發射感測單元係用以發射一中央光源及一周圍光源，該中央光源具有高功率150度的照射範圍，且包含72顆發光二極體(Light Emitting Diode，LED)；該周圍光源具有高功率150度的照射範圍，且包含24顆LED，該中央光源及該周圍光源皆發射單一頻率為850nm的紅外光。
- 如請求項1所述之三維透地雷達的影像解析輔助系統，其中該陣列像素掃描儀是使用一嵌入式(embedded)作業系統而運作，該攝像鏡頭的掃描更新頻率為180fps，該攝像鏡頭的傳輸頻寬可達300Mbps，該攝像鏡頭的掃描區域大小為900mm x 600mm。
- 如請求項1所述之三維透地雷達的影像解析輔助系統，其中該移動支架包含一滾輪支架，該移動工具包含一汽車，該移動載體包含一台車。
- 如請求項1所述之三維透地雷達的影像解析輔助系統，其中該電源供應器產生並輸出12V/6V的直流電。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202311777A (zh) | 2023-03-16 |
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