CN104822026A - 用于核电站安全壳缺陷检测的相机姿态控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种用于核电站安全壳缺陷检测的相机姿态控制方法及装置，在相机吊装平台上安装测距传感器，所述距离传感器朝向安全壳；设置单片机，通过控制线连接相机，距离传感器连接到单片机。单片机确定相机为正确姿态后获取距离传感器的初始返回值；在相机处于当前预定的拍摄位置后，获取距离传感器的返回值；将当前所得返回值分别与初始返回值进行比较，判断差值的绝对值是否都小于预先设定的容忍度，如果满足则向相机发出曝光指令，然后返回针对相机的下一个预定的拍摄位置进行判断处理，否则返回针对当前预定的拍摄位置继续检测。本发明可以保证每张照片在拍摄的时候的相机姿态与初始设定姿态保持一致，确保核电站安全壳缺陷检测的准确性。

Description

用于核电站安全壳缺陷检测的相机姿态控制方法及装置

技术领域

本发明涉及相机姿态控制技术领域，特别是一种用于核电站安全壳缺陷检测近景摄影测量中相机姿态控制的方法及装置。

背景技术

在摄影测量中，相机的姿态控制非常重要。如果在摄影过程中，相机姿态无法保证，则会出现相片拼接困难的问题。过大的相机姿态偏差会导致相片畸变、相片之间没有重叠，最终导致数据缺失、无法拼接。

核电站的安全壳是保证反应堆不对外界造成污染的最后一道屏障。其最外层是预应力钢筋混凝土浇筑的，高大约51米，直径40米左右，外表面积大约7000平方米。为保证其强度，需要定期对其进行缺陷检测，其中最关注的缺陷是裂缝，这些裂缝宽度一般在0.1mm左右。

人工检查这些缺陷的工作量大而且周期很长，而采用近景摄影测量的方法，可以提高效率，并对照片存档备查。参见图3，对安全壳进行近景摄影测量的时候，为获取安全壳的完整图像，需要拍摄大约6000张照片，在垂直方向分割航带，自下而上移动。在安全壳顶部已经预先安装好轨道，拍摄完一个航带后，由轨道车拖动相机平台围绕安全壳水平运动，更换航带。相机平台采用钢索悬挂的形式，作业时，通常会有自身的摇晃和受到风力的影响而引起的摇晃，导致相机姿态不稳，最终拍摄的相片脱焦、畸变、重叠度不够，造成数据不可用，影响测量。常用的姿态控制方法，例如卫星定位定姿方案，在这里无法实施，因为环境限制，卫星信号遮挡比较严重，可用性无法满足要求。而电子罗盘和加速度计、陀螺仪组合方案由于误差累计问题，无法有效应用于整个测量过程。

发明内容

本发明中提出的方法可以有效解决上述相继姿态控制的问题，保证相机在容许的姿态时拍照，从而提高相片质量。

本发明的技术方案提供一种用于核电站安全壳缺陷检测的相机姿态控制方法，在相机吊装平台上安装两个测距传感器，所述距离传感器朝向安全壳，并对称安装在相机两侧；设置单片机，单片机通过控制线连接相机，距离传感器连接到单片机，向单片机输出测距结果；

所述单片机针对每条航带执行以下流程，

步骤1，确定相机为正确姿态后，获取此时两个距离传感器的初始返回值Di1和Di2；

步骤2，在相机处于当前预定的拍摄位置后，进入步骤3；

步骤3，获取两个距离传感器的返回值Ds1和Ds2；

步骤4，将当前所得返回值Ds1和Ds2分别与初始返回值Di1和Di2进行比较，计算Ds1-Di1和Ds2-Di2，判断Ds1-Di1和Ds2-Di2的绝对值是否都小于等于预先设定的容忍度T，如果满足，则向相机发出拍照指令，然后返回步骤2，针对相机的下一个预定的拍摄位置进行判断处理，否则返回步骤3针对当前预定的拍摄位置继续检测。

而且，在竖直方向上再加装一个距离传感器，使三个传感器呈三角分布，

所述单片机针对每条航带执行以下流程，

步骤1，确定相机为正确姿态后，获取此时三个距离传感器的初始返回值Di1、Di2和Di3；

步骤2，在相机处于当前预定的拍摄位置后，进入步骤3；

步骤3，获取三个距离传感器的返回值Ds1、Ds2和Ds3；

步骤4，将当前所得返回值Ds1、Ds2、Ds3分别与初始值Di1、Di2、Di3进行比较，即计算Ds1-Di1、Ds2-Di2和Ds3-Di3，判断Ds1-Di1和Ds2-Di2以及Ds3-Di3的绝对值是否都小于等于预先设定的容忍度T，如果满足，则向相机发出拍照指令，然后返回步骤2，针对相机的下一个预定的拍摄位置进行，否则返回步骤3针对当前预定的拍摄位置继续检测。

本发明相应提供一种用于核电站安全壳缺陷检测的相机姿态控制装置，在相机吊装平台上安装两个测距传感器，所述距离传感器朝向安全壳，并对称安装在相机两侧；设置单片机，单片机通过控制线连接相机，距离传感器连接到单片机，向单片机输出测距结果。

而且，在竖直方向上再加装一个距离传感器，使三个传感器呈三角分布。

本发明可以保证每张照片在拍摄的时候的相机姿态与初始设定姿态保持一致，确保核电站安全壳缺陷检测的准确性，所需装置结构简单，易于实现，成本低廉，适于推广使用。

附图说明

图1为本发明实施例单片机流程图。

图2为本发明实施例结构图。

图3 为现有技术中相机吊装平台作业时的示意图。

具体实施方式   

以下结合附图和实施例对本发明技术方案进行具体描述。

本发明提出设计专用装置，其中主要功能由一片单片机MCU实现，***设备是两个距离传感器和控制线。

基本的思路是，在相机吊装平台上，安装两个测距传感器，在一个航带开始的时候，记录两个测距传感器距离被摄物（安全壳）的距离作为初始值，并预先设定一个容忍度。当相机在该航带上运行的时候，每次曝光前，都不断地、快速地检测两个测距传感器距离安全壳的距离，并计算与初始值的差异是否超过容忍度，如果不超过，则向相机发出拍照指令（通常为曝光指令），否则继续检测距离传感器的测量值。这样就可以保证每张照片在拍摄的时候的相机姿态与初始设定姿态保持一致。

参见图2，本发明实施例提出用于核电站安全壳缺陷检测中相机姿态控制的方法，基于安装在相机旁边的单片机（MCU)、两个距离传感器、控制线实现。

距离传感器的选择需要注意采样速率问题。根据预先的实验，相机平台的摆晃速度约为2m/s，而曝光时间大部分在1/500s到1/50s之间，而根据所使用的相机和镜头以及物距，所选取的容忍度为20cm。因此从单片机获取到距离传感器的返回值到相机获取到照片总的延迟时间不能超过0.1s 。而所使用的相机快门延迟时间大约为43ms，所以距离传感器的数据获取周期必须小于57ms。激光测距仪虽然精度高，但是采样周期一般为数百毫秒，无法满足要求。而一部分超声测距模块的测距周期在目标距离2米以内的时候，可以在50ms以内，其精度也可以控制在1厘米以内，可以满足要求。因此本发明实施例中的距离传感器选用了超声波测距模块。

距离传感器朝向安全壳，对称安装在相机两侧，距离尽量远一些，较远的距离一方面可以取得更高的晃动角度灵敏度，另一方面，可以减少两个距离传感器之间的干扰，以便更好地控制姿态。距离传感器连接到单片机，向单片机输出测距结果。

单片机通过控制线连接相机，以便向相机发出拍照指令。

基于上述装置，在每个航带开始拍摄时，首先确定相机为正确姿态，然后开始运行。具体实施时，可通过手工调整的方式预先将相机姿态调整到正确的位置。单片机首先获取两个距离传感器的返回值，并将其存储为Di1和Di2作为初始值。而后相机平台开始运动，当相机到达预设的拍摄位置后，单片机的流程进入一个循环，在该循环内，单片机快速、连续地获取两个距离传感器的返回值Ds1和Ds2，并将其与初始值Di1和Di2进行比较，即计算Ds1-Di1和Ds2-Di2，一旦差值的绝对值小于预设的容忍度，单片机即通过控制线向相机发出拍照指令，保证相机在允许的姿态获取相片，然后跳出循环。否则继续循环。

参见图1，流程可设计为：

步骤1，在确定相机为正确姿态后，获取此时两个距离传感器的初始返回值Di1和Di2；

步骤2，在相机处于当前预定的拍摄位置后，进入步骤3；

步骤3，单片机获取两个距离传感器的返回值Ds1和Ds2；

步骤4，将当前所得返回值Ds1和Ds2分别与初始值Di1和Di2进行比较，即计算Ds1-Di1和Ds2-Di2，判断Ds1-Di1和Ds2-Di2的绝对值是否都小于等于预先设定的容忍度T（图中记为Abs(Ds1-Di1)<=T 且Abs(Ds2-Di2)<=T），如果满足，则向相机发出拍照指令，然后返回步骤2，针对相机的下一个预定的拍摄位置（在同一航道上水平移动到下一个位置）进行判断处理，否则返回步骤3针对当前预定的拍摄位置继续检测。

在实际应用中，距离传感器的数量可以根据需求增加。由于钢索吊装的相机平台的特点，存在的主要晃动是水平方向的运动，用两个水平安装的距离传感器即可以控制相机的水平运动姿态。如果还需要控制俯仰运动的姿态，则需要在竖直方向上再加装一个距离传感器，使三个传感器呈三角分布，三个距离传感器都设置在相机平台上并连接到单片机，向单片机输出测距结果。相应流程扩展为：

步骤1，在确定相机为正确姿态后，获取此时三个距离传感器的初始返回值Di1、Di2和Di3；

步骤2，在相机处于当前预定的拍摄位置后，进入步骤3；

步骤3，单片机获取三个距离传感器的返回值Ds1、Ds2和Ds3；

步骤4，将当前所得返回值Ds1、Ds2、Ds3分别与初始值Di1、Di2、Di3进行比较，即计算Ds1-Di1、Ds2-Di2和Ds3-Di3，判断Ds1-Di1和Ds2-Di2以及Ds3-Di3的绝对值是否都小于等于预先设定的容忍度T，如果满足，则向相机发出拍照指令，然后返回步骤2，针对相机的下一个预定的拍摄位置进行，否则返回步骤3针对当前预定的拍摄位置继续检测。

具体实施时，本发明技术人员可自行根据精度需要预先设定容忍度T的取值。

以上实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于核电站安全壳缺陷检测的相机姿态控制方法，其特征在于：在相机吊装平台上安装两个测距传感器，所述距离传感器朝向安全壳，并对称安装在相机两侧；设置单片机，单片机通过控制线连接相机，距离传感器连接到单片机，向单片机输出测距结果；

所述单片机针对每条航带执行以下流程，

步骤1，确定相机为正确姿态后，获取此时两个距离传感器的初始返回值Di1和Di2；

步骤2，在相机处于当前预定的拍摄位置后，进入步骤3；

步骤3，获取两个距离传感器的返回值Ds1和Ds2；

步骤4，将当前所得返回值Ds1和Ds2分别与初始返回值Di1和Di2进行比较，计算Ds1-Di1和Ds2-Di2，判断Ds1-Di1和Ds2-Di2的绝对值是否都小于等于预先设定的容忍度T，如果满足，则向相机发出拍照指令，然后返回步骤2，针对相机的下一个预定的拍摄位置进行判断处理，否则返回步骤3针对当前预定的拍摄位置继续检测。

2.根据权利要求1所述用于核电站安全壳缺陷检测的相机姿态控制方法，其特征在于：在竖直方向上再加装一个距离传感器，使三个传感器呈三角分布，

所述单片机针对每条航带执行以下流程，

步骤1，确定相机为正确姿态后，获取此时三个距离传感器的初始返回值Di1、Di2和Di3；

步骤2，在相机处于当前预定的拍摄位置后，进入步骤3；

步骤3，获取三个距离传感器的返回值Ds1、Ds2和Ds3；

步骤4，将当前所得返回值Ds1、Ds2、Ds3分别与初始值Di1、Di2、Di3进行比较，即计算Ds1-Di1、Ds2-Di2和Ds3-Di3，判断Ds1-Di1和Ds2-Di2以及Ds3-Di3的绝对值是否都小于等于预先设定的容忍度T，如果满足，则向相机发出拍照指令，然后返回步骤2，针对相机的下一个预定的拍摄位置进行，否则返回步骤3针对当前预定的拍摄位置继续检测。

3.一种用于核电站安全壳缺陷检测的相机姿态控制装置，其特征在于：在相机吊装平台上安装两个测距传感器，所述距离传感器朝向安全壳，并对称安装在相机两侧；设置单片机，单片机通过控制线连接相机，距离传感器连接到单片机，向单片机输出测距结果。

4.根据权利要求3所述用于核电站安全壳缺陷检测的相机姿态控制装置，其特征在于：在竖直方向上再加装一个距离传感器，使三个传感器呈三角分布。