一种基于机载相机雷达桥梁裂缝检测系统的制作方法

本发明涉及桥梁检测领域，特别涉及一种基于机载相机雷达桥梁裂缝检测系统。

背景技术：

桥梁工程在我国的飞速发展中占据重要的地位。这些年来，大量的混凝土桥梁在全国各地兴建，所以桥梁工程的安全与否也直接关系到人民群众的生命安危。钢筋混凝土桥梁中最普遍的早期危害是出现可见裂缝，其他桥梁病害最终的不利表现也往往归结于出现不允许的裂缝，因此及时检测混凝土桥梁的裂缝是否发生、扩展，是有效减少桥梁病害状况及其影响的重要手段。按照《公路桥梁养护规范》要求，桥梁中大于0.1mm的裂缝必须进行封缝修补，否则将导致内部钢筋的锈蚀，严重危害桥梁安全。

由于桥梁距离地面普遍达到5m以上，传统的接触式检测手段，需要检测人员利用脚手架或桥梁检测车，在桥梁表面利用80倍读数显微镜进行人工读数计量，其危险性极高、劳动强度巨大、检测的客观性严重不足。人工检测方法有很多弊端：第一，成本高，桥梁检测车等大型机械造价高，消耗大。第二，效率低，利用人工寻找裂缝是一项复杂且低效的工作，往往一座大桥的检测要进行两三个月的时间。第三，人力安全问题，人工依靠大型机械在桥底操作，势必会有一定的危险。第四，精度低，桥梁裂缝的测量需要人工用桥梁观测仪等仪器去读取裂缝的尺寸，会带有一定的主观性与随机误差。而目前先进的无损检测方法如弹性波法、电磁波法及传感仪器检测法存在着仪器昂贵、测量范围小、无法完全实现非接触测量等缺点。在工程领域，无损检测技术尽管经历了长期应用，而且桥梁结构的安全问题日益突出，但是先进的无损检测技术却未引起高度重视。在与桥梁结构检测方面的专家探讨时发现，一些经常性的桥梁检测项目依然沿用桥梁常规检测中的基本技术，如利用读数显微镜近距离人工读数的方法，而且传统的无损检测技术也仅仅是外观检测的补充手段，几乎没有先进的技术含量。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于机载相机雷达桥梁裂缝检测系统，用以解决一方面人工用桥梁观测仪等仪器去读取裂缝的尺寸，会带有一定的主观性与随机误差的问题；另一方面先进的无损检测方法如弹性波法、电磁波法及传感仪器检测法存在着仪器昂贵、测量范围小、无法完全实现非接触测量等缺点的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种基于机载相机雷达桥梁裂缝检测系统，包括无人机搭载相机与雷达裂缝图像采集系统、相机标定与校正单元、以及像素标定与裂缝测量单元；

相机内外参数标定与校正单元，用于从相机坐标系到像平面坐标系的变换、优化，得到所有的相机内外参数；

无人机搭载相机与雷达裂缝图像采集系统，用于控制搭载相机与雷达裂缝图像采集；

像素标定与裂缝预处理单元，用于根据已知相机内外参数，通过图像处理的方式多的像素坐标，利用像素坐标计算出真实世界坐标，得到像素标定的真实尺寸，通过对图像处理的方法对裂缝图像进行灰度化，滤波和阈值提取等预处理，实现裂缝测量。

优选的，无人机搭载相机与雷达裂缝图像采集系统，包括激光测距仪与高清相机同步采集电路和双控制单元，双控制单元通过激光测距仪与高清相机同步采集电路控制激光测距仪和高清相机。

优选的，双控制单元包括机载控制单元和地面端控制单元，所述机载控制单元与地面端控制单元通过无线信号连接。

采用上述技术方案，高清相机和激光雷达以无人机为载体，通过控制挂载在无人机上的高清相机获取目标图像信息，运用地面端控制单元实时追踪无人机位置及监控无人机拍摄画面，无人机借助激光雷达设备和飞控系统实现对目标桥梁裂缝图像进行拍摄采集。图像采集完成后，通过高精度相机标定方法与图像处理技术实现对所获取的影像数据进行影像滤波、增强、融合、拼接、阈值提取，像素统计，最后完成桥梁裂缝基本参数测量。这样，不仅可以实现非接触测量，而且使得测量精度更高。

附图说明

图1为本发明提供的基于机载相机雷达桥梁裂缝检测系统的结构框图；

图2为本发明中无人机搭载相机与雷达裂缝图像采集系统的结构框图。

图中，1-相机内外参数标定与校正单元，2-无人机搭载相机与雷达裂缝图像采集系统，21-地面端控制单元，22-机载控制单元，23-激光测距仪与高清相机同步采集电路，24-高清相机，25-激光测距仪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

一种基于机载相机雷达桥梁裂缝检测系统，包括无人机搭载相机与雷达裂缝图像采集系统、相机标定与校正单元、以及像素标定与裂缝测量单元；

相机内外参数标定与校正单元，用于从相机坐标系到像平面坐标系的变换、优化，得到所有的相机内外参数；

无人机搭载相机与雷达裂缝图像采集系统，用于控制搭载相机与雷达裂缝图像采集；

像素标定与裂缝预处理单元，用于根据已知相机内外参数，通过图像处理的方式多的像素坐标，利用像素坐标计算出真实世界坐标，得到像素标定的真实尺寸，通过对图像处理的方法对裂缝图像进行灰度化，滤波和阈值提取等预处理，实现裂缝测量。

优选的，无人机搭载相机与雷达裂缝图像采集系统，包括激光测距仪与高清相机同步采集电路和双控制单元，双控制单元通过激光测距仪与高清相机同步采集电路控制激光测距仪和高清相机。

优选的，双控制单元包括机载控制单元和地面端控制单元，所述机载控制单元与地面端控制单元通过无线信号连接。

工作原理：高清相机和激光雷达以无人机为载体，通过控制挂载在无人机上的高清相机获取目标图像信息，运用地面端控制单元实时追踪无人机位置及监控无人机拍摄画面，无人机借助激光雷达设备和飞控系统实现对目标桥梁裂缝图像进行拍摄采集。图像采集完成后，通过高精度相机标定方法与图像处理技术实现对所获取的影像数据进行影像滤波、增强、融合、拼接、阈值提取，像素统计，最后完成桥梁裂缝基本参数测量。

一种基于机载相机雷达桥梁裂缝检测系统，利用光学相机标定与几何校正以及裂缝的鲁棒性提取的方法可以实现桥梁裂缝的高精度检测。本发明实施原理主要依据近景摄影测量基本原理、计算机视觉理论与方法、系统基本组成雷达测距和高分辨率成像相机。本发明配合无人机成像姿态参数，实现相机标定与0.1mm的高精度裂缝测量。本发明的无人机搭载相机与雷达裂缝检测技术消除了上述传统人工检测的弊端，利用远程控制或自动飞行的无人机加上数字图像处理技术进行桥梁检测，具有成本低、灵活性高的优势，可以有效提高桥梁检测的水平。

本发明利用无人机搭载的相机雷达系统对桥梁裂缝图像进行采集，利用高精度的高清相机标定对裂缝进行测量的方法。无人机搭载雷达相机的方式消除传统检测方式的低效率和高危险性；利用远程控制或自动飞行的无人机进行桥梁检测，具有成本低、灵活性高的优势，可以有效提高桥梁检测的水平。通过高精度的高清相机内外参标定，并且利用相关的图像处理技术可以实现高精度的裂缝检测与测量，精度可达0.1mm，有效地减小了传统检测方法中人工检测的主观性和测量误差。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。