一种用于实时采集拉索桥拉索表面图像的图像采集装置的制作方法

本发明涉及图像实时采集与传输领域，具体是一种用于实时采集拉索桥拉索表面图像的图像采集装置

背景技术：

拉索桥具有梁身高度小、桥下净空大、用料较省、便于施工以及美观等优点，在越来越多地被应用与桥梁设计中。拉索是拉索桥的主要受力部件，其质量以及使用寿命决定拉索桥的安危。拉索外层聚乙烯保护套作为拉索受力构件避免与复杂的自然环境直接接触的隔离保护装置，长期暴露于复杂的自然环境中，往往会发生不同程度的老化和开裂等病害现象。这些拉索保护套的病害会导致拉索内部受力构件直接与外部复杂的自然环境接触而产生锈蚀甚至断裂现象。另外，由于自然环境中的各种振动导致拉索内部受力构件产生摩擦，引起受力构件破损与断裂等问题。这些问题在一定程度上会引起外层保护套非正常化。因此对拉索外层保护套的检测与维护显得尤为重要。

至今对斜拉桥缆索的表面检测和维护方式还较落后，主要是通过一种升降设备将维护人员送到观测位置进行人工观测，这种检测方式不仅效率低、成本高，且给维护人员带来的安全隐患。这时就需要一种能够安装在拉索爬行机器人上的图像采集与传输装置实时地将采集到的图片传输回地面，给工作人员观看。同时通过图像处理技术将拉索保护套表面的病害识别出来。这样不仅可以避免人工观测而带来的安全隐患，而且提高了工作效率，降低了维护人员的工作负担。

目前出现的拉索桥拉索表面图像采集装置主要是将采集到的图像储存于图像采集装置上，使用这种装置，工作人员必须等待拉索爬行机器人将图像采集装置带到地面上，然后把图像采集装置中的图像取出来，放到电脑上观看。这种装置具有实时性差，检测效率低，无法满足实时定点观测的要求。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的不足，本发明公开了一种用于实时采集拉索桥拉索表面图像的图像采集装置，该装置使用模块化设计，性能可靠，整体结构简单，并且易于安装到拉索爬行机器人上。

为解决背景技术所存在的问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于实时采集拉索桥拉索表面图像的图像采集装置，包括图像采集/控制模块和与图像采集/控制模块连接的图像接收/处理模块。

所述图像采集/控制模块包括主控制器模块和与主控制器模块连接的USB摄像头、电源模块、光耦隔离模块、无线通信模块及存储模块。USB摄像头分别与设置在主控制器模块上不同的USB接口相连，电源模块为整个系统供电，光耦隔离模块连接到主控制器模块上的扩展IO端口，无线传输模块通过SPI接口与主控制器模块相连。图像采集/控制模块根据拉索爬行装置发出的信号触发拍照和无线传输动作。USB摄像头采集到的原始图像为彩色图像。彩色图像所含的信息比较灰度图像多，但是彩色图像需要的存储空间也比灰度图像大。根据实际经验，使用灰度图像已经满足识别拉索表面病害所需的图像质量要求。为了提高无线传输效率，故把彩色图像转换成灰度图像再进行传输。图像采集/控制模块通过接收拉索爬行机器人发出的行程信号计算出爬行距离，并将该距离标记到所采集的图像上，从而可以根据图像和所标注的距离信息确定病害在拉索上的大约位置。

所述图像接收/处理模块包括主控制器模块和与主控制器模块连接的无线通信模块、图像显示模块、指令输入模块、存储模块。图像接收与处理模块具有实时接收显示并处理图像信息和发送控制指令功能。图像接收/处理模块对接收的图像进行处理，如果识别出所接收的拉索表面图像有病害，那么通过光、声、电的方式提醒工作人员。工作人员如果确定该病害已经导致该拉索不能继续使用，不需要再检测剩下部分，那么工作人员将通过地图像接收/处理模块发送指令给图像采集与控制模块，停止图像采集工作，并且控制拉索爬行机器人返回地面，进行下一根拉索检测。

所述USB摄像头安装方式为通过摄像头支撑平台安装于摄像头安装平台上，USB摄像头至少包含3个，并且处于同一水平面，间隔120度呈圆形排列；当使用4个摄像头时，间隔90度呈圆形排列，依此类推。

本发明克服现有拉索表面图像采集装置成本高、小型化程度差、价格高、功耗高、实时性差、安装复杂等缺点，能够减轻桥梁维护人员的工作负担，提高工作效率。

附图说明

图1整个系统结构示意图

图2 摄像头安装示意图

图3 图像采集与控制模块示意图

图4 图像接收与处理模块示意图

图5图像采集与控制模块工作流程图

图6 图像接收与处理模块工作流程图

图中：1．底板定位孔；2.摄像头；3.摄像头支架；4.底板右半环；5连接环；6底板左半环。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图说明具体的实施方式。

实施例：

如图1所示，一种用于实时采集拉索桥拉索表面图像的图像采集装置，由用于安装USB摄像机的固定平台、设置在该固定平台上的图像采集/控制模块和图像接收/处理模块构成。图像采集/控制模块与图像接收/处理模块无线连接。

如图2所示，定位孔1用于将摄像头安装平台固定于拉索爬行机器人上，需要说明的是，定位孔1不限定于示意图2中的位置，也不限定定位孔的个数。定位孔1的位置和个数根据拉索爬行机器人具体的结构而定。摄像头2为高清摄像头，其接口为USB接口，安装于摄像头支撑平台3上。需要说明的是，摄像头个数不限定于示意图中的个数，需要根据实际使用情况而定，但其安装间隔的弧度相等。摄像头支撑平台3安装于底板上，其支撑杆的长度可以根据实际需要调整。底板分为，底板右半环4，底板左半环6，其中，底板右半环4与底板左半环6通过底板连接环5相连扣紧。当连接环不扣紧的情况下，底板左右半环可以开合。示意图2中的状态为打开状态。

如图3所示，图像采集/控制模块包含：一组USB摄像头、电源模块、光耦隔离模块、无线通信模块、存储模块、主控制器模块。一组USB摄像头安装于摄像头安装平台上，如图2所示。一组USB摄像头通过USB集线器连接到主控制模块的USB接口上，如图3所示。电源模块为整个图像采集/控制模块提供稳定的电源，需要说明的是，电源模块将拉索爬行机器人携带的电源转换为本系统所需的稳定的电源。光耦隔离模块接收拉索爬行机器人给出的爬向方向信号和行程信号，并将这些信号转换为本系统可接受的信号，从而保证系统的独立性，避免本系统直接受到外电信号干扰，有效提高系统的稳定性。无线通信模块负责发送和接收数据。存储模块备份所拍摄到的所有图片，防止无线通信受到外部环境干扰而丢失图像数据，可以提高系统的可靠性。主控制器模块控制整个图像采集/控制模块的工作。主控制器模块判断无线模块接收到的指令启动和停止摄像机工作。当无线模块接收到的指令为停止摄像指令，控制器则关闭摄像机，忽略光耦隔离模块接收的信号。当无线模块接收到的指令是启动摄像头机工作，主控制根据光耦隔离模块接收的信号控制一组USB摄像头进行一轮图像采集工作。

如图5所示，图像采集/控制模块工作流程如下：

S501：系统开始进入工作流程；

S502：初始化系统：在该步骤中完成USB摄像头初始化、光耦模块初始化、无线通信模块的初始化、存储模块的初始化、系统中断功能初始化；

S503：初始化完成之后，系统读取并保存无线通信模块收到的指令。需要说明的是：无线通信模块接收的指令会一直保存下去，供系统读取，直到被新接收的指令覆盖；

S504：在该步骤中对S503步骤中读取到的指令进行解读，如果所读取的指令为启动图像采集指令，则进入S505；如不是，则进入S503；

S505：系统读取到启动图像采集指令之后读取机器人行走方向信号和行程信号。需要说明的是：系统预设机器人行走方向为前进（向上）方向，并且达到预设的行程之后才进行图像采集；

S506：在该步骤中对所读取的机器人行走方向信号和行程信号进行判断：当机器人行走方向信号为前进（向上）方向，并且达到了预设的拍照行程，进入S507；图像采集条件不满足时，进入S505；

S507：在该步骤中，系统控制USB摄像头进行一轮图像采集；

S508：在该步骤中，将采集到的图像保存起来，并为图像添加图像采集的位置的信息；

S509：在该步骤中将新采集到的图像数据及其对应的图像采集的位置的信息通过无线通信模块发送出去。图像发送完毕后，进入S503。

如图4所示，图像接收/处理模块包含：存储模块、电源模块 、输入设备、显示模块、无线通信模块、主控制器模块。存储模块存储接收的图片，以及图片的附加信息。电源模块为图像接收/处理模块提供稳定的电源。工作人员通过输入设备输入启动和停止图像采集指令。显示模块用于显示接收到的图片。无线通信模块用于接收图片数据。主控制器模块控制图像接收和图像处理、以及指令的发出。

如图6所示，图像接收/处理模块工作流程如下：

S601：系统开始进入工作流程；

S602：初始化系统。在该步骤中完成无线通信模块的初始化、存储模块的初始化、显示器模块初始化、输入设备初始化、系统中断功能初始化。系统创建两个工作线程：线程1和线程2。其中：

线程1包含步骤S610、S611、S612；

线程2包含步骤S603、S604、S605、S606、S607、S608、S609；

S603：读取线程1发送过来的消息，并保存消息；

S604：在该步骤中判断消息是否为发送图像采集指令：如果不是，则进入S603，并清除图像采集指令发送标志位；如果是发送图像采集指令，则通过无线模块发送图像采集指令，并标记已经发送过图像采集指令。下一次可通过标志位决定是否再次发送图像采集指令。进入S605；

S605：在该步骤中判断无线通信模块是否收到新图像，如果是新图像，则进入S606，否则进入S603；

S606：在该步骤中对新接收的图像进行处理，进行损伤识别。如果在新接收的图像上识别出有损伤的地方，则在图像上标记出来，并进入S607；如果在新接收的图像上没有损伤的地方，则进入S608；

S607：在该步骤中发出信息，提醒工作人员发现损伤；

S608：保存新接收的图像；

S609：显示新接收的图像。进入S603；

S610：该步骤中读取用户输入的指令；

S611：在该步骤中对用户输入的指令进行解读：如果是无效指令，则进入S610；如果是有效指令，则进入S612；

S612：在该步骤中给线程2发送用户输入的指令，进入S610。