隧道衬砌裂缝快速检测方法
【专利摘要】本发明涉及到一种隧道衬砌裂缝快速检测方法，用车载CCD相机对隧道表面进行扫描获取裂缝图像，并将图像实时传输图像采集卡；图像采集卡将裂缝图像数据传输给计算机；计算机对图像数据进行图像识别分析处理，从而得到隧道裂缝信息，包括裂缝的位置、长度、宽度及形状信息。本发明通过不同的车载平台，可适用于公路隧道，还可适用于铁路隧道，故适用面广。在速度为60km/h以上车载平台上进行检测，并得到理想的检测结果，因此检测不会干扰隧道内的正常交通。采用全自动化数据采集、处理，无需人为干预，检测速度快，精度高、成本低。在隧道裂缝检测【技术领域】具有很大的经济价值和社会价值，值得广泛推广应用。
【专利说明】隧道衬砌裂缝快速检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及道路、隧道的缺陷检测和图像识别技术，尤其涉及到一种隧道衬砌裂缝快速检测方法。
【背景技术】
[0002]目前，隧道裂缝检测方法是采用在隧道衬砌表面预埋导电涂层，通过电气方式检测电阻大小，来判断是否有裂缝。专利号为201220421638.9、名称为“隧道衬砌裂缝检测系统”的中国公开专利，提供了一个典型的技术方案，其原理图如图1所示，隧道衬砌I内表面沿圆周方向设有形成回路的导电涂料层2，所述导电涂层2沿隧道纵向布置。通过检测在隧道衬砌I内表面加设的导电涂层2的电阻值的大小，即可判断隧道衬砌I是否出现裂缝，如果检测出的电阻值大于常规值，则隧道衬砌I出现裂缝，反之则隧道衬砌良好。这种方法需要对每一个检测对象，进行预埋导电涂层，且隧道内属于阴暗潮湿的环境，预埋的导电涂层经过一段时间必将影像其检测性能，该方法使用不方便，也不易于普遍推广使用。
[0003]此外，这类隧道裂缝检测方法只能定性的识别出裂缝，不能定量的给出裂缝的位置、长度、宽度、形态等性能指标。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种隧道衬砌裂缝快速检测方法，克服现有技术需要预埋传感器，检测工作繁琐、不能定量测量的缺陷。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提出一种隧道衬砌裂缝快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0006]用车载CCD相机对隧道表面进行扫描获取裂缝图像，并将图像实时传输图像采集卡;
[0007]所述图像采集卡将裂缝图像数据传输给计算机；
[0008]计算机对图像数据进行图像识别分析处理，从而得到隧道裂缝信息，包括裂缝的位置、长度、宽度及形状信息。
[0009]优选的，所述图像采集卡首先将裂缝图像数据通过数据电缆传输给磁盘阵列，进行实时保存；由于采用磁盘阵列，大数据量的高分辨率图像数据的存储不会出现堵塞或丢帧现象。计算机再对磁盘阵列中保存的裂缝图像数据进行图像识别分析处理。
[0010]所述车载CCD相机用编码器的同步脉冲信号，来作为相机外部触发信号，使每次拍摄的图片包含位置信息，便于后期图像处理中的图片拼接处理。
[0011]所述裂缝图像通过网口或者CameraLink接口实时传输到所述图像采集卡。
[0012]所述车载(XD相机为工业面阵(XD相机。
[0013]考虑到系统应用环境在隧道内，照明条件非常差，以及CCD相机的低光敏性，因此，本发明还涉及到照明系统，在所述车载CCD相机扫描前，开启照明系统照射CCD相机的扫描区域。[0014]所述照明系统采用大功率的LED光源作为照明装置，光源具备高频稳定的特性。
[0015]本发明具有以下有益效果:
[0016](I)本发明的隧道裂缝检测方法，通过不同的车载平台，不仅可以适用于公路隧道，还可以适用于铁路隧道，故适用面广。
[0017](2)本发明适用于在速度为60km/h以上车载平台上进行检测，并得到理想的检测结果。因此采用本发明的检测方法进行检测，不会干扰隧道内的正常交通；
[0018](3)本发明采用全自动化数据采集、处理，不需要人为干预，识别、测量速度快，精度高、成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步具体说明。
[0020]图1为现有的衬砌裂缝检测结构示意图。
[0021]图2为本发明所涉及的裂缝检测系统的一种【具体实施方式】的构成图。
[0022]图3为本发明所涉裂缝检测系统的一种照明扫描装置的一种状态结构图。
[0023]图4为图3所示照明扫描装置的另一种状态结构图。
[0024]图5为图3所示照明扫描装置的主视图。
[0025]图6为图3所示照明扫描装置的后向立体图。
[0026]图7为图5所示照明扫描装置及其局部放大图。
[0027]图8为CXD相机调节局部图。
[0028]图9为《公路隧道设计规范》规定的双车道隧道三圆复合断面几何尺寸图。
[0029]图10为本发明的图像采集示意图。
【具体实施方式】
[0030]如图2所示，为实现本发明所描述的测量方法，本发明涉及的裂缝检测系统。包括照明系统、CCD相机、编码器、图像采集卡、磁盘阵列、计算机和电源系统。
[0031]照明系统对隧道表面照射，对车载CXD相机提供光源。车载CXD相机对隧道表面进行扫描获取裂缝图像，通过网口或者CameraLink接口传输给网口采集卡或图像采集卡，然后通过数据电缆输送给磁盘阵列中的硬盘，实时保存。由于采用磁盘阵列，大数据量的高分辨率图像数据的存储不会出现堵塞或丢帧现象。最后采用计算机对图像进行在线的处理分析，从而得到裂缝信息，包括裂缝的位置、长度、宽度以及形状。
[0032]车载CXD相机:采用工业面阵CXD相机。
[0033]照明系统:考虑到系统应用环境在隧道内，照明条件非常差，考虑到C⑶相机的低光敏性，照明系统应该采用大功率的照明装置，同时光源还要具备高频稳定的特性。最终选定LED光源。
[0034]编码器:由于检测系统是具有一定速度的车载装置，为了后期图片的拼接，必须保证每次拍摄的图片包含位置信息，故采用编码器的同步脉冲信号，来作为相机外部触发信号，且触发频率可根据需求通过上位机软件进行设置。
[0035]以小车作为设备承载平台，在实际应用中，可以选取小型轿车作为载车平台。
[0036]如图3、图4、图5、图6、图7所示为本发明所涉裂缝检测系统的一种照明扫描装置，包括测量小车、3台面阵CXD相机和6个LED照明灯。在实际应用过程中，可根据应用需求，对CCD相机和LED照明灯进行数量上的扩展，其系统检测原理不变。
[0037]测量小车上有3个扇叶结构，其中两个扇叶结构用来安装LED灯，一个用来安装相机，扇叶结构可以实现0°?90°翻转，如图3、图4所示。扇叶半径可以在一定范围内伸缩，其作用是粗调相机和LED灯在隧道横断面X方向上的相对位置关系，以满足LED灯提供最佳照明位置。
[0038]如图5、图6所示，三个扇叶结构在Y方向上也可以调节，起作用是粗调左右两边的扇叶，使其LED灯的照明投影能够达到最大化均匀的效果。
[0039]设备除了能够随同扇叶结构在X，Y两个方向上，大位移的调节，单个LED灯，单个相机在X，Y方向上，也能作细微的调节，其作用是满足相邻相机之间拍摄视场的物理拼接，满足LED灯组合照明，形成一条照明度均匀且满足相机拍摄视场长度和宽度的照明光带。结构实现如图7所示。设备通过圆形卡箍，安装在扇叶结构的轮毂上，由于轮毂是多个线段拼接而成，所以上下滑动的范围受到了限制，只能是在所安装线段的距离内调节。
[0040]系统选用面阵相机，面临着相邻相机之间视场范围重叠度的问题，由于隧道内壁的不规则性，以及相机景深的制约，所以相机的安装方位需要根据实验环境，其拍摄角度能够在一定范围内调节，如图8所示。
[0041]根据《公路隧道设计规范》可知，隧道断面几何尺寸大小是有标准的，图9为双车道隧道断面几何尺寸图。
[0042]小车上安装的三个工业相机，相邻相机采集的隧道影像数据，有重叠区域，如图10所示。由于被拍摄目标物的距离已知，所以选取合适焦距的镜头就可以计算得到单个相机拍摄区域的面积，通过标定就能够精确计算得到重叠区域的面积和位置信息。
[0043]最后所应说明的是，以上【具体实施方式】仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种隧道衬砌裂缝快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤: 用车载CCD相机对隧道表面进行扫描获取裂缝图像，并将图像实时传输图像采集卡； 所述图像采集卡将裂缝图像数据传输给计算机； 计算机对图像数据进行图像识别分析处理，从而得到隧道裂缝信息，包括裂缝的位置、长度、宽度及形状信息。
2.根据权利要求1所述的隧道衬砌裂缝快速检测方法，其特征在于，所述图像采集卡首先将裂缝图像数据通过数据电缆传输给磁盘阵列，进行实时保存；计算机再对磁盘阵列中保存的裂缝图像数据进行图像识别分析处理。
3.根据权利要求1或2所述的隧道衬砌裂缝快速检测方法，其特征在于，所述车载CCD相机用编码器的同步脉冲信号，作为相机外部触发信号，使每次拍摄的图片包含位置信息，图片位置信息用于后期图像处理中的图片拼接处理。
4.根据权利要求1所述的隧道衬砌裂缝快速检测方法，其特征在于，还涉及到照明系统，在所述车载CCD相机扫描前，开启照明系统照射CCD相机的扫描区域。
5.根据权利要求1所述的隧道衬砌裂缝快速检测方法，其特征在于，所述车载CCD相机为工业面阵CXD相机。
6.根据权利要求1所述的隧道衬砌裂缝快速检测方法，其特征在于，所述裂缝图像通过网口或者CameraLink接口实时传输到所述图像采集卡。
7.根据权利要求1所述的隧道衬砌裂缝快速检测方法，其特征在于，所述照明系统采用大功率的LED光源。
【文档编号】G01B11/00GK104019742SQ201410246478
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】李清泉, 曹民, 张志刚, 谢和礼, 章丽萍, 文艺, 李辉, 李庆坤 申请人:武汉武大卓越科技有限责任公司