一种隧道巡检图像采集装置及隧道巡检系统的制作方法

本实用新型属于隧道探伤技术领域，尤其涉及一种隧道巡检图像采集装置及隧道巡检系统。

背景技术：

随着中国铁路及城市轨道交通的高速发展，隧道中的开裂、渗漏、漏缆等问题无可避免。而这些问题将会严重影响铁路及轨道交通的行驶安全，因此隧道巡检工作就显得尤其重要。

目前，国内隧道巡检工作主要依靠人工作业，这导致目前隧道巡检作业整体效率低下，准确率低，容易漏检，耗时长等问题。而目前自动智能巡检装置大多用于大型探伤车结构复杂、成本较高，检测范围最大仅有180°，特别地，目前的隧道巡检探伤车时效性不高，首先需要进行隧道图像采集，待收集完隧道的所有图像，再在后台平台进行隧道图像处理及病害点检测，在发现病害之后再去通知检修等部门去处理，如此导致隧道的巡检及后期处理的周期十分长。

技术实现要素：

本实用新型的技术目的是提供一种隧道巡检图像采集装置及隧道巡检系统，具有结构简单、检测范围大、时效性高的技术特点。

为解决上述问题，本实用新型的技术方案为：

一种隧道巡检图像采集装置，应用于隧道内衬面的图像采集，包括：多个ccd相机、多个用于ccd相机拍摄曝光的辅助光源、固定支架，ccd相机与辅助光源固定于固定支架上；其中，多个ccd相机的固定位置位于同一圆环上，工作状态下，圆环的中心位于隧道的圆心位置，以保证多个ccd相机与隧道内衬面的距离一致，并且多个ccd相机的整体拍摄角度覆盖隧道内衬面的范围。

进一步优选的，ccd相机与辅助光源依次间隔固定于固定支架上。

进一步优选的，相邻的ccd相机之间的拍摄角度部分重叠。

进一步优选的，固定支架包括底架、固定块、多个支撑杆，底架与固定块固定连接，支撑杆的一端与固定块固定连接，支撑杆的另一端与ccd相机或者辅助光源固定连接。

进一步优选的，辅助光源为led面阵光源。

本实用新型还提供了一种隧道巡检系统，包括用于钢轨上行进的探伤移动平台，还包括设置于探伤移动平台上的计算机、显示器、同步编码器、数据采集器、以及如上提供的隧道巡检图像采集装置；其中，固定支架设于探伤移动平台上，工作状态下，多个ccd相机所在的圆环中心位于隧道的圆心位置，以保证多个ccd相机与隧道内衬面的距离一致；同步编码器分别与ccd相机、辅助光源电连接，用以根据探伤移动平台的位移量，每隔固定距离发送同步脉冲信号触发多个ccd相机、多个辅助光源同步工作；数据采集器分别与多个ccd相机、同步编码器电连接，用以采集ccd相机拍摄的隧道内衬图像，并结合同步编码器对隧道内衬图像进行编号；计算机分别与数据采集器、显示器电连接，用以对隧道内衬图像进行图像识别及病害点标注，同时，对病害点标注之后的隧道内衬图像进行拼接并实时显示。

进一步优选的，还包括定位装置，定位装置与计算机电连接，计算机与辅助光源电连接，定位装置用以隧道内定位标签的读取与写入，其中，读取定位标签内的定位信息，并反馈给计算机进行探伤移动平台的里程校正；读取定位标签内的隧道结构信息，并反馈给计算机进行辅助光源的亮度与曝光参数调整，以改变图像景深效果从而获取清晰图像；将计算机反馈的病害点信息写入定位标签进行病害点位置打标。

进一步优选的，计算机、显示器、同步编码器、数据采集器、隧道巡检图像采集装置、定位装置分别可拆卸式设置于探伤移动平台上。

本实用新型与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本实用新型设置多个ccd相机，且多个ccd相机的固定位置位于同一圆环上，工作状态下，圆环的中心位于隧道的圆心位置，如此布置可以保证ccd工业相机镜头与隧道内衬面的距离保持一致，在拍摄过程中无需调整焦距等参数，采集图像不易发生变形，每个镜头拍摄的图像实际大小一致，大大减小了图像处理的难度，便于图像的实时处理，提高图像处理时效性，同时，由于采用同一圆环的设置方式，可大大提高检测范围，最大可达到360°，便于覆盖隧道内衬面的范围，可完成全线隧道断面(如圆形、矩形、马蹄形等)不同视距的清晰拍照，达到了图像易处理、检测范围大的技术效果；

2)本实用新型的ccd相机与辅助光源依次间隔设于固定支架上，每一辅助光源可供两个ccd相机的曝光，提高了辅助光源的利用率，降低了成本，同时在相同的拍摄要求下减小了ccd相机拍摄之间的曝光差异性，进一步提高了图像之间的一致性，提高图像处理时效性；

3)本实用新型相邻的ccd相机之间的拍摄角度部分重叠，不仅减小了出现漏检区域的可能性，而且利用图像重叠的部分，可降低图像拼接的难度，便于图像的实时处理，提高图像处理时效性；

4)本实用新型的固定支架结构简单轻量化，易于运输存储，而且降低了成本，同时采用led面阵光源，能够在隧道壁面形成亮度均匀的光带，在相同的拍摄要求下减小了ccd相机拍摄之间的曝光差异性，进一步提高了图像之间的一致性，提高图像处理时效性；

5)本实用新型的隧道巡检图像采集装置通过设置在探伤移动平台上，并配合计算机、显示器、同步编码器、数据采集器，进行隧道的同步拍摄、病害识别、实时拼接与显示，其中，基于隧道巡检图像采集装置采集的图像易处理性，提高了隧道巡检系统的识别速度与拼接速度，从而可实现现场的实时显示，用户可通过实时显示的内容进行巡检的现场处理或者及时通知有关部门进行处理，大大提高了隧道巡检时效性，达到了效率高、检测时间短、精确度高、不容易发生漏检的技术效果；

6)本实用新型的隧道巡检系统通过定位装置读取或写入定位标签，可进行病害点的标记、探伤移动平台的里程校正，方便了后期的复检，同时里程校正也提高了病害点定位的准确性，达到了巡检定位准的技术效果；

7)本实用新型的隧道巡检系统采用可拆卸式的模块化设计，便于可单独存储、运输，提高了系统的便捷性。

附图说明

图1为本实用新型的一种隧道巡检图像采集装置的立体结构图；

图2为本实用新型的一种隧道巡检图像采集装置的平面结构图；

图3为本实用新型的一种隧道巡检系统的整体结构示意图；

图4为本实用新型的一种隧道巡检系统的安装位置示意图；

图5为本实用新型的一种隧道巡检系统的架构框图；

图6为本实用新型的一种隧道巡检系统的同步触发流程图；

图7为本实用新型的一种隧道巡检系统的病害识别流程图。

附图标记说明：

1-隧道巡检图像采集装置；11-ccd相机；12-辅助光源；13-固定支架；131-支撑杆；132-固定块；133-底架；2-探伤移动平台；31-计算机；32-显示器；33-同步编码器；34-数据采集器；35-定位装置。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种隧道巡检图像采集装置1及隧道巡检系统作进一步详细说明。

实施例1

参看图1，本申请提供了一种隧道巡检图像采集装置，应用于隧道内衬面的图像采集，包括：多个ccd相机11、多个用于ccd相机11拍摄曝光的辅助光源12、固定支架13，ccd相机11与辅助光源12固定于固定支架13上；其中，多个ccd相机11的固定位置位于同一圆环上，工作状态下，圆环的中心位于隧道的圆心位置，以保证多个ccd相机11与隧道内衬面的距离一致，并且多个ccd相机11的整体拍摄角度覆盖隧道内衬面的范围。

现具体对本实施例进行详细说明：

本实施例的隧道巡检图像采集装置可以安装于任何平台上，通过固定支架13进行连接安装，以进行隧道巡检的图像采集。

参看图1和图2，本实施例采用了6台ccd相机11和7个辅助光源12，辅助光源12为频闪面阵光源，通过固定支架13在同一圆环上分布，该布局的优势在于辅助光源12与ccd相机11在同一支架上紧密排列，整体结构简单。其中，本实施例的每个辅助光源12与ccd相机11间隔22.5°，6个ccd相机11通道，每个ccd相机11环向拍摄角度为48°，以可完全覆盖270°隧道(有部分重叠区域)，辅助光源12采用led面阵光源，间隔45°排布，能够在隧道壁面形成亮度均匀的光带。上述角度设置、数量设置、设备选择仅是本申请一具体的技术方案，同样地，可以根据隧道的结构、相机的环向拍摄角度等调整上述设计，最大可实现360°的拍摄覆盖，进一步优选的，考虑钢轨的存在及成本，本申请最佳选择270°的整体拍摄角度，即可完成全线隧道断面(如圆形、矩形、马蹄形等)不同视距的清晰拍照。

本实施例设置多个ccd相机11，且多个ccd相机11的固定位置位于同一圆环上，工作状态下，圆环的中心位于隧道的圆心位置，如此布置可以保证ccd工业相机镜头与隧道内衬面的距离保持一致，在拍摄过程中无需调整焦距等参数，采集图像不易发生变形，每个镜头拍摄的图像实际大小一致，大大减小了图像处理的难度，便于图像的实时处理，提高图像处理时效性，同时，由于采用同一圆环的设置方式，可大大提高检测范围，最大可达到360°，便于覆盖隧道内衬面的范围，可完成全线隧道断面不同视距的清晰拍照，达到了图像易处理、检测范围大的技术效果。

具体地，参看图1，本实施例的固定支架13包括底架133、固定块132、多个支撑杆131，底架133与固定块132固定连接，支撑杆131的一端与固定块132固定连接，支撑杆131的另一端与ccd相机11或者辅助光源12固定连接。同样地，固定支架13还可以为圆环型支撑板，而ccd相机11与辅助光源12安装于支撑板上，再辅助的支架进行整体的固定支撑。本实施例的固定支架13结构简单轻量化，易于运输存储，而且降低了成本，同时采用led面阵光源，能够在隧道壁面形成亮度均匀的光带，在相同的拍摄要求下减小了ccd相机11拍摄之间的曝光差异性，进一步提高了图像之间的一致性，提高图像处理时效性。

较优地，参看图2，ccd相机11与辅助光源12依次间隔固定于固定支架13上。本实施例如此设置，每一辅助光源12可供两个ccd相机11的曝光，提高了辅助光源12的利用率，降低了成本，在相同的拍摄要求下，减小了ccd相机11拍摄之间的曝光差异性，提高了图像之间的一致性，从而提高图像处理时效性，同时采用led面阵光源能够在隧道壁面形成亮度均匀的光带，也是为了减小了ccd相机11拍摄之间的曝光差异性，进一步提高了图像之间的一致性，从而提高图像处理时效性。

较优地，本实施例的相邻的ccd相机11之间的拍摄角度部分重叠。本实用新型相邻的ccd相机11之间的拍摄角度部分重叠，不仅减小了出现漏检区域的可能性，而且利用图像重叠的部分，可降低图像拼接的难度，便于图像的实时处理，提高图像处理时效性。

实施例2

参看图3，本申请提供了一种基于实施例1的隧道巡检系统，包括用于钢轨上行进的探伤移动平台2，还包括设置于探伤移动平台2上的计算机31、显示器32、同步编码器33、数据采集器34、以及如实施例1的隧道巡检图像采集装置1；

其中，固定支架13设于探伤移动平台2上，工作状态下，多个ccd相机11所在的圆环中心位于隧道的圆心位置，以保证多个ccd相机11与隧道内衬面的距离一致；同步编码器33分别与ccd相机11、辅助光源12电连接，用以根据探伤移动平台2的位移量，每隔固定距离发送同步脉冲信号触发多个ccd相机11、多个辅助光源12同步工作；数据采集器34分别与多个ccd相机11、同步编码器33电连接，用以采集ccd相机11拍摄的隧道内衬图像，并结合同步编码器33对隧道内衬图像进行编号；计算机31分别与数据采集器34、显示器32电连接，用以对隧道内衬图像进行图像识别及病害点标注，同时，对病害点标注之后的隧道内衬图像进行拼接并实时显示。

现具体对本实施例进行详细说明：

参看图4和图5，本实施例的探伤移动平台2为双轨探伤车，可在钢轨上移动，其中，隧道巡检图像采集装置1固定安装于车体尾部并突出车体，安装好的隧道巡检图像采集装置1，多个ccd相机11所在的圆环中心位于隧道的圆心位置，此种布置方式可以保证ccd工业相机镜头与隧道内衬面的距离保持一致。双轨探伤车的前部设有计算机31和显示器32，以用于操控整个双轨探伤车以及隧道巡检系统，用户可以在现场实时调整隧道巡检系统的相关参数，以及可以现场实时查看隧道巡检系统拍摄的照片，以现场确认隧道是否有病害点，若有则可及时通知相关部门进行检修等操作。

本实施例的同步编码器33可安装于探伤移动平台2的移动轴承上，根据轴承的旋转产生具有方向和位移量的脉冲信号，以进行ccd相机11与光源的同步触发，可采用行驶固定的距离同步触发一次拍摄的方式，具体地，参看图6，根据车体的移动产生a+、b+、a-、b-信号,并将产生的信号传输至信号处理器，信号处理器对同步编码器33产生的脉冲信号进行整合及处理，判断当前搭载智能隧道巡检系统的双轨探伤车的行走方向以及脉冲数量，判断相应编码值并上传至计算机31以用于图片存储，并通过合适的多分频传输，触发ccd面阵相机及光源控制器同步工作，ccd面阵相机及光源控制器接收到相应脉冲信号，ccd面阵相机触发工作用于采集隧道内衬图像数据，光源控制器接受脉冲信号后控制光源的开关频率同步ccd面阵相机拍摄频率，保证ccd面阵相机拍摄时隧道内足够明亮。

本实施例的数据采集器34可为交换机，交换机可以为多路转一路的交换机，可实现数据汇总、简化相机到计算机31通讯连接线路。计算机31接收到数据采集器34传送的隧道内衬图像后，通过计算机31进行病害点图像识别，其中，通过前期大量现场采集隧道内部图像，大量分析统计人行站台、电气线缆管道、隧道管片接缝、消防通道指示灯、电器盒、消防紧急电话、列车站台、消防管道、楼梯等正常图像与问题图像内容形成的区域灰度差异，为隧道巡检各类智能识别做基础技术准备。

参看图7，病害点图像识别具体过程为：第一步：系统通过频闪面阵led光源和面阵ccd工业相机的配合，连续采集整个隧道270°隧道内衬图像，并保存下来，对图像重复区域进行图像剪裁；第二步：通过图像过滤将隧道管片、站台等的一些随机分布的杂质进行过滤，使得隧道管片、站台等表面更加平滑，有助于提高隧道智能算法的效率；第三步：图像增强是对拍摄到的普通隧道管片、站台等表面图像像素灰度值进行整体抑制，对类似裂纹、渗漏水等特殊点整体加强，有利于隧道病害识别算法快速筛选出疑似病害点；第四步：通过疑似伤损点与理论模型对比相似度，相似度符合理论模型的则进行异常报警，生成问题点报告。

参看图3，较优地，还包括定位装置35，定位装置35与计算机31电连接，计算机31与辅助光源12电连接，定位装置35用以隧道内定位标签的读取与写入，其中，读取定位标签内的定位信息，并反馈给计算机31进行探伤移动平台2的里程校正；读取定位标签内的隧道结构信息，并反馈给计算机31进行辅助光源12的亮度与曝光参数调整，以改变图像景深效果从而获取清晰图像；将计算机31反馈的病害点信息写入定位标签进行病害点位置打标。

具体地，定位装置35设有车载读写器，通过定位系统及时读取标签信息，用以太网、蓝牙、zigbee、wlan或者rs232、rs485等通讯方式将标签信息传入计算机31并在后台生成台账，优选地，如果该标签处是整公里里程标签、系统会自动触发里程校正，以减少里程校正频繁性，若该处经过智能识别有病害则计算机31会自动打标，即控制车载读写器在定位标签中写入病害信息，以便于后期复查。若行驶经过隧道结构尺寸变化地段，可以通过标签提前通知巡检系统，巡检系统到达该位置自动改变光源亮度、曝光参数，从而改变图像景深效果，拍摄清晰图像。优选地，车载读写器基于rfid技术。本实施例的隧道巡检系统通过定位装置35读取或写入定位标签，可进行病害点的标记、探伤移动平台2的里程校正，方便了后期的复检，同时里程校正也提高了病害点定位的准确性，达到了巡检定位准的技术效果。

较优地，计算机31、显示器32、同步编码器33、数据采集器34、隧道巡检图像采集装置1、定位装置35分别可拆卸式设置于探伤移动平台2上。本实施例的隧道巡检系统采用可拆卸式的模块化设计，便于可单独存储、运输，提高了系统的便捷性。

现对本实施例的工作过程进行说明：

隧道巡检系统整体工作流程如下：

s1：车辆行驶进入隧道区域，开始检测；

s2：同步编码器33随着双轨探伤车前进自触发同步脉冲周期信号，并同时将信号发送给ccd工业相机以及光源控制器，使其同步工作，并在行驶固定的距离后完成一次图像采集；

s3：双轨探伤车行驶过程中，通过rfid定位系统进行整公里打标，在隧道尺寸变化处通过rfid标签提前通知计算机31，隧道巡检系统到达该位置自动改变光源亮度、曝光参数，从而改变图像景深效果，拍摄清晰图像

s4：数据采集器34对图像实时进行采集，并结合同步编码器33对相应的图像进行编号处理后通过各种通讯方式：以太网、蓝牙、zigbee、wlan或者rs232、rs485等通讯方式上传给计算机31；

s5：在计算机31内智能识别系统通过局部图像灰度差异性特征实现渗漏水识别，通过线性灰度差异性特征实现管线脱落等自动识别功能。对于识别得到的病害点，通过rfid定位装置35在定位标签处写入相应信息，便于后期复查；

s6：计算机31将经过识别并标注病害点的隧道图像调用，并通过算法将同一时刻6个ccd相机11获取的图像进行拼接以更加直观的展示完整的隧道内衬图像。

本实施例的隧道巡检图像采集装置1通过设置在探伤移动平台2上，并配合计算机31、显示器32、同步编码器33、数据采集器34，进行隧道的同步拍摄、病害识别、实时拼接与显示，其中，基于实施例1的隧道巡检图像采集装置1采集的图像易处理性，提高了隧道巡检系统的识别速度与拼接速度，从而可实现现场的实时显示，用户可通过实时显示的内容进行巡检的现场处理或者及时通知有关部门进行处理，大大提高了隧道巡检时效性，达到了效率高、检测时间短、精确度高、不容易发生漏检的技术效果。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。即使对本实用新型作出各种变化，倘若这些变化属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本实用新型的保护范围之中。