隧道缺陷的高速检测系统与检测方法
【专利摘要】本发明提出了一种隧道缺陷的高速检测系统和方法，其包括主控单元、线状激光器、面阵CCD相机、图像压缩单元、位移传感器、同步控制器、图像存储单元、存储模块、校正模块以及惯性导航仪。本发明设计专用测量机车作为移动监测平台，特别适用于地铁隧道监测，能够有效地快速动态地测量地铁等隧道空间结构；利用实测数据与实际真实距离比较，进行误差分析，调整参数设置，很大程度上提高了测量的精度；惯性导航仪对移动监测平台XYZ轴向震动进行误差修正，避免移动测量引入测量误差。
【专利说明】隧道缺陷的高速检测系统与检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种隧道缺陷的高速检测系统与检测方法，其用于检测地铁等隧道的 变形与裂纹。
【背景技术】
[0002] 随着计算机技术的不断进步，人们生产生活需求的不断提高，实体三维建模得到 越来越多的关注与研究，三维建模技术可应用于运营仿真模拟，设备数据可视化，数据空间 分析等方面，如地理信息系统（3D-GIS)。在逆向工程领域，样品数字化技术对非接触式数字 化测量仪器有着广泛的需求，数字化测量方式分为接触式和非接触式。由此可以看出，非接 触式激光测距方法对逆向工程也有着十分重要的研究意义。现今，铁路公路建设、城市地下 交通建设空前发展，山洞隧道的挖掘与维护变得至关重要，尤其是后期对其的维护工作。由 于日常的使用以及内部的特殊环境，给维护工作带来了很大的麻烦。如何建立完善的山洞、 隧道的维护方案，保证因年久失修发生的险情及时发现显得尤为迫切。
[0003] 现有技术未提供隧道体缺陷检测的方案，但提供了 一些检测其他表面缺陷的专 利。201210234758. 2公开了一种基于结构光的表面缺陷高速检测系统，其包括高速相机、 结构光源、处理器，高速相机与结构光源相对位置固定不变，高速相机的成像视场完全覆盖 结构光源。该结构光源采用逐点测量的方式获得螺旋线状的影像，再拟合成三维影像，因此 盲点多、误差大。此外，该案通过固定光源与高速相机的位置来降低车辆震动带来的测量误 差，检测车高速移动过程中，该方式不能有效降低车辆震动带来的测量误差。
【发明内容】
[0004] 本发明提出了一种隧道缺陷的高速检测系统与检测方法，测量隧道体的三维结 构，并有效补偿测量过程中车体的震动，快速检测隧道变形等缺陷。
[0005] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0006] 一种隧道缺陷的高速检测系统，其特征在于包括：
[0007] 用于系统控制和图像计算的主控单元；
[0008] 用于发射激光线的线状激光器，该线状激光器安装安装在一检测平台上；
[0009] 用于接收反射的激光信号并成像的面阵CCD相机，该面阵CCD相机带有可见光截 止滤光片，相机安装在所述检测平台上；
[0010] 用于控制所述面阵c⑶相机抓取图像的图像压缩单元；
[0011] 用于记录所述检测平台的位移的位移传感器；
[0012] 用于根据所述位移传感器的位移值控制所述图像压缩单元的同步控制器；
[0013] 用于存储图像的图像存储单元；
[0014] 用于存储安装数据的存储模块；
[0015] 用于提供并记录校正参数的校正模块；以及
[0016] 用于测量所述检测平台震动的惯性导航仪，其中，
[0017] 该同步控制器的输入端连接至所述主控单元，输出端连接至所述图像压缩单元， 该图像压缩单元的输出端连接至所述面阵CCD相机，该图像压缩单元的输出端还连接至所 述图像存储单元，该图像存储单元的输出端连接至所述主控单元。
[0018] 在本发明中，位移传感器提供原始位移信号，依次通过主控单元、同步控制器、图 像压缩单元控制面阵CDD相机抓取图像数据，相机镜头上的可见光截止滤光片过滤可见 光，图像中只有线阵激光器发射出的激光线的成像，即一条亮线，面阵CDD相机将该图像数 据连同该时刻的位移信号提供给图像压缩单元，图像压缩单元将图像、位移数据压缩成流 媒体文件，再发送至图像存储单元。整个过程高速完成，保证位移和图像的对应，图像文件 存储速度快，所需空间小。
[0019] 在本发明的隧道缺陷的高速检测系统中，所述安装数据至少包括安装基线的长度 s、线性激光器的发射线与该安装基线的夹角β、面阵CCD相机的焦距f。
[0020] 在本发明的隧道缺陷的高速检测系统中，所述主控单元根据所述面阵CCD相机获 取的图像确定线状激光器的激光线的中点位置Pi，计算该中点位置与线性激光器的实际距 离D。
【权利要求】
1. 一种隧道缺陷的高速检测系统，其特征在于包括： 用于系统控制和图像计算的主控单元； 用于发射激光线的线状激光器，该线状激光器安装在一检测平台上； 用于接收反射的激光信号并成像的面阵CCD相机，该面阵CCD相机带有可见光截止滤 光片，相机安装在所述检测平台上； 用于控制所述面阵CCD相机抓取图像的图像压缩单元； 用于记录所述检测平台的位移的位移传感器； 用于根据所述位移传感器的位移值控制所述图像压缩单元的同步控制器； 用于存储图像的图像存储单元； 用于存储安装数据的存储模块； 用于提供并记录校正参数的校正模块；以及 用于测量所述检测平台的震动的惯性导航仪，其中， 该同步控制器的输入端连接至所述主控单元，输出端连接至所述图像压缩单元，该图 像压缩单元的输出端连接至所述面阵CCD相机，该图像压缩单元的输入端还连接至所述图 像存储单元，该图像存储单元的输出端连接至所述主控单元。
2. 根据权利要求1所述的隧道缺陷的高速检测系统，其特征在于，所述安装数据至少 包括安装基线的长度s、线性激光器的发射线与该安装基线的夹角β、面阵CCD相机的焦距
3. 根据权利要求1所述的隧道缺陷的高速检测系统，其特征在于，所述主控单元根据 所述面阵CCD相机的图像确定线状激光器的激光线的中点位置Pi，计算该中点位置与线性 激光器的实际距离D。
4. 根据权利要求3所述的隧道缺陷的高速检测系统，其特征在于，CCD相机的焦点在成 像元件上的投影作为坐标原点，X轴垂直于感光元件上激光线投影，该激光线的中点计算公
将线状激光器与面阵CCD相机安装固定在同一平台上，存储线状激光器与面阵CCD相 机的焦点限定的安装基线的长度s、线状激光器与该安装基线的夹角β以及面阵CCD相机 的焦距f ; 线状激光发射激光线，面阵CCD相机获取激光反射图像，识别出激光光线，以反射图像
【文档编号】G01N21/88GK104048970SQ201410275647
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】樊晓东, 孟俊华, 唐文平, 刘家宾, 樊晓莉, 惠艳萍, 冯欣, 冯宾, 田明 申请人:樊晓东