CN107333046A - 数据采集方法及隧道检测车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数据采集方法及隧道检测车，属于成像检测技术领域。该数据采集方法应用于隧道检测车，隧道检测车包括控制装置和至少一组成像装置，至少一组成像装置均与控制装置电连接。方法包括：控制装置控制至少一组成像装置沿预设轨迹做往复运动；当成像装置的运动方向与隧道检测车的行进方向相反，且成像装置的运动速度大小与隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制装置控制成像装置采集隧道内壁的图像数据。本方案能够有效地避免所采集的隧道内壁的图像产生运动模糊，从而在提高隧道检测车的图像采集效率的同时提高所采集图像的质量。

Description

数据采集方法及隧道检测车

技术领域

本发明涉及成像检测技术领域，具体而言，涉及一种数据采集方法及隧道检测车。

背景技术

铁路、公路、地铁等交通工程有大量的隧道工程，隧道进入运营使用后，通常会出现渗漏、衬砌开裂、衬砌变形、路面裂损等质量问题，给车辆通行带来安全隐患。因此，隧道运营期需要定期对隧道进行检测和健康状态评估。隧道健康问题列入了公路、铁路、地铁维护的相关规范里。

现有的方法是在检测车上设置用于采集隧道图像的光学相机，当到达图像采集点时，检测车停下来，通过光学相机采集隧道图像，从而完全隧道图像数据的采集，进而实现隧道检测。然而，这种间歇运动成像方式工作效率低，无法实现对隧道衬砌质量的高效检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数据采集方法及隧道检测车，能够在提高检测车的图像采集效率的同时提高所采集图像的质量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种数据采集方法，应用于隧道检测车。所述隧道检测车包括控制装置和至少一组成像装置，所述至少一组成像装置均与所述控制装置电连接。所述方法包括：所述控制装置控制所述至少一组成像装置沿预设轨迹做往复运动；当所述成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，所述控制装置控制所述成像装置采集所述隧道内壁的图像数据。

进一步的，所述控制所述至少一组成像装置沿预设轨迹做往复运动，包括：控制所述至少一组成像装置按照预设时间周期沿所述预设轨迹做往复运动；判断所述成像装置的运动时间是否位于预设时间段内，若是，判定所述成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反且所述成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内。

进一步的，所述至少一组成像装置为两组成像装置，分别为第一成像装置和第二成像装置。所述控制所述至少一组成像装置沿预设轨迹做往复运动，当所述成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制所述成像装置采集所述隧道内壁的图像数据，包括：控制所述第一成像装置沿第一预设轨迹往复运动，控制所述第二成像装置沿第二预设轨迹往复运动，其中，所述第一成像装置和所述第二成像装置的运动相位相差180度；当所述第一成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述第一成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制所述第一成像装置采集所述隧道内壁的第一图像数据；当所述第二成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述第二成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制所述第二成像装置采集所述隧道内壁的第二图像数据。

第二方面，本发明实施例还提供了一种隧道检测车，包括车本体、至少一组成像装置以及控制装置。所述至少一组成像装置设置于所述车本体上，所述至少一组成像装置均与所述控制装置电连接。所述控制装置用于控制所述至少一组成像装置沿预设轨迹做往复运动，当所述成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反且运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，发送成像控制指令至所述成像装置。所述成像装置用于接收到所述成像控制指令后，采集所述隧道内壁的图像数据。

进一步的，所述车本体上设置有至少一组沿所述检测车的直线行进方向设置的轨道，每组所述成像装置对应于一组所述轨道。所述控制装置具体用于控制所述成像装置沿所述轨道做往复运动，当所述成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，发送成像控制指令至所述成像装置。

进一步的，所述至少一组成像装置为两组成像装置，分别为第一成像装置和第二成像装置，至少一组所述轨道包括第一轨道和第二轨道。所述第一成像装置对应于所述第一轨道，所述第二成像装置对应于所述第二轨道。所述控制装置具体用于：控制所述第一成像装置沿所述第一轨道做往复运动，控制所述第二成像装置沿所述第二轨道做往复运动，其中，所述第一成像装置和所述第二成像装置的运动相位相差180度；当所述第一成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述第一成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，发送第一成像控制指令至所述第一成像装置；当所述第二成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述第二成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，发送第二成像控制指令至所述第二成像装置。所述第一成像装置用于接收到所述第一成像指令后，采集所述隧道内壁的第一图像数据。所述第二成像装置用于接收到所述第二成像指令后，采集所述隧道内壁的第二图像数据。

进一步的，所述第一轨道和所述第二轨道相对于所述车本体成前后对称设置或左右对称设置。

进一步的，上述隧道检测车还包括激光测距装置，所述激光测距装置与所述控制装置电连接。所述激光测距装置与所述成像装置相连，以使得所述激光测距装置随着所述成像装置一起做往复运动，固化了成像装置与激光测距装置之间的空间几何关系。所述控制装置还用于：当所述成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，发送测距控制指令至所述激光测距装置。所述激光测距装置用于接收到所述测距控制指令后，沿预设方向发射激光束至所述隧道内壁，在所述隧道内壁上形成激光光斑，并采集该激光测距装置的坐标原点与隧道内壁之间的距离数据。所述成像装置用于接收到所述成像控制指令后，同步采集带有所述激光光斑的所述隧道内壁的图像。测距与图像采集同步，保证拍摄时获得激光测距装置投射到隧道内壁上的激光点，即使得成像装置所采集的隧道内壁的图像上记录有激光测距装置投射在隧道内壁上的激光点。进一步，就可以通过该距离数据以及成像装置采集的隧道内壁的图像数据可以计算得到隧道内壁的三维空间数据。

进一步的，上述隧道检测车还包括结构光投射装置，所述结构光投射装置与所述控制装置电连接。所述结构光投射装置与所述成像装置相连，以使得所述结构光投射装置随着所述成像装置一起做往复运动，固化了成像装置与结构光投射装置之间的空间几何关系。所述结构光投射装置用于发出结构光以预设角度投射到隧道内壁。所述成像装置用于接收到所述成像控制指令后，采集具有所述结构光的隧道内壁图像，即成像装置对隧道内壁成像的同时获得隧道壁上的结构光图像。进一步，就可以计算得到隧道内壁的三维轮廓数据。

进一步的，每组所述成像装置包括至少一个成像单元和安置成像单元的框架，框架能沿所设轨道运动。

相比于现有技术，本发明实施例提供的数据采集方法及隧道检测车，通过控制设置于隧道检测车上的至少一组成像装置沿预设轨迹做往复运动，在成像装置的运动方向与隧道检测车的行进方向相反，且成像装置的运动速度大小与隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制成像装置采集隧道内壁的图像数据，这样设置能够实现隧道检测车在不停歇、连续行走的情况下，成像装置每次采集隧道内壁的图像数据时均相对于隧道处于近似于静止状态，有效地避免所采集的隧道内壁的图像产生运动模糊，从而在提高隧道检测车的图像采集效率的同时提高所采集图像的质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种隧道检测车的第一视角下的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种隧道检测车的模块框图；

图3为本发明实施例提供的一种隧道检测车的成像装置的一种速度变化曲线图；

图4为本发明实施例提供的一种隧道检测车的成像装置的第二视角下的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种隧道检测车中成像装置的部分结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种隧道检测车的成像装置中成像单元与光路变换元件以及框架的几何原理图；

图7为本发明实施例提供的另一种隧道检测车在第二视角下的一种结构示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种隧道检测车在第二视角下的另一种结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种数据采集方法的一种方法流程图；

图10为本发明实施例提供的一种数据采集方法的成像判断步骤的流程图；

图11为本发明实施例提供的一种数据采集方法的另一种方法流程图；

图12为本发明实施例提供的一种数据采集装置的模块框图。

图中：1-隧道检测车；10-成像装置；110-框架；120-成像单元；121-镜头；130-光路变换元件；11-第一成像装置；12-第二成像装置；20-轨道；21-第一轨道；22-第二轨道；30-车本体；31-车轨；40-控制装置；50-激光测距装置；60-结构光投射装置；70-数据采集装置；71-运动控制模块；72-图像采集模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种隧道检测车1。如图1所示，该隧道检测车1包括车本体30、至少一组成像装置10以及控制装置。至少一组成像装置10和控制装置均设置于车本体30上。本实施例中，成像装置10可以为一组，也可以是两组、四组等偶数组。

如图2所示，上述至少一组成像装置10均与控制装置40电连接。控制装置40用于控制所述至少一组成像装置10沿预设轨迹做往复运动。当成像装置10的运动方向与隧道检测车1的行进方向相反且运动速度大小与隧道检测车1的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制所述成像装置10采集所述隧道内壁的图像数据。

其中，预设范围为一个较小的数值范围，可以根据用户对图像质量的具体要求设置。当成像装置10的运动方向与隧道检测车1的行进方向相反且运动速度大小与隧道检测车1的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，可以近似认为成像装置10相对于隧道处于静止状态，此时控制成像装置10采集隧道的图像可以有效地避免运动模糊。当然，在理想情况下，当成像装置10的运动方向与隧道检测车1的行进方向相反且运动速度与隧道检测车1的运动速度大小相同时，成像装置10相对于隧道处于静止状态。

本实施例中，上述预设轨迹可以根据需要设置。为了简便，可以设置为直线轨迹。当然，也可以设置为曲线轨迹。

此外，上述往复运动过程也可以根据需要设置。成像装置10的往复运动可以包括正向运动和反向运动。正向运动为从预设轨迹的第一端到第二端的运动，反向运动为从预设轨迹的第二端返回第一端的运动。具体的，正向运动过程可以为：从预设轨迹的第一端开始先做加速运动，当加速至预设速度时再保持该速度做匀速运动，然后再做减速运动直至到达该预设轨迹的第二端。反向运动过程可以为：从第二端先做加速运动再做减速运动回到第一端。或者，反向运动过程也可以与正向运动过程相似，即从预设轨迹的第二端开始先做加速运动，当加速至预设速度时再保持该速度做匀速运动，然后再做减速运动直至到达该预设轨迹的第一端。需要说明的是，为了简化控制，如图3示出的速度变化曲线所示，反向运动时，成像装置10的速度可以与正向运动时的速度大小相同，方向相反。

例如，如图1所示，当隧道检测车1在车轨31上沿第一方向L运动，且隧道检测车1上的成像装置10的正向运动方向为P1方向，反向运动方向为P2方向，其中，P1方向与第一方向L一致。此时，当成像装置10处于反向运动状态即沿P2方向运动时，与隧道检测车1的运动方向相反。当成像装置10反向运动的速度与隧道检测车1的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，成像装置10与隧道处于近似相对静止状态，此时，控制成像装置10对隧道进行成像，以采集隧道内壁的图像数据。由于成像装置10具有一定的响应时间，因此，成像装置10与隧道处于近似相对静止状态的时间应大于成像装置10的感光时间。也就是说，成像装置10反向运动的速度与隧道检测车1的运动速度大小之间的差值在预设范围内的持续时间应大于成像装置10的感光时间。完成图像采集后，继续控制成像装置10沿P2方向朝预设轨迹的第二端运动，到达第二端后，再控制成像装置10正向运动即沿P1方向从直线轨迹的第二端向第一端运动，待成像装置10到达第一端后开始下一次往复运动。

本发明较佳的实施例中，成像装置10做周期性的往复运动，每做一次往复运动，采集一次隧道的图像，且相邻两次采集到的图像之间存在重叠区域，以便于得到隧道的三维形貌。成像装置10的往复周期即为隧道成像数据的采集周期。采集周期可以根据用户的需要设置。具体的，需要考虑成像装置10所能达到的往复频率、相邻两次采集到的图像的重叠率以及成像装置10的响应时间，设置预设轨道的路程、隧道检测车1的运动速度以及成像装置10的运动速度。例如，当成像装置10所能达到的重复频率最大为每秒往复5次时，往复周期即采集周期最小为0.2秒，相邻两次采集到的图像的重叠率为50％，沿隧道检测车1行进方向，相邻两次成像的成像区域的中心点之间的间隔为成像区域的宽度的一半。

需要说明的是，为了简化隧道检测车1和成像装置10的运动控制，隧道检测车1在进行隧道检测工作时可以优选沿隧道延伸方向做匀速直线运动。

具体的，可以通过在隧道检测车1设置轨道使得成像装置10沿预设轨迹运动。上述轨道可以是滑轨、滚珠丝杆、磁条线或光学导引线等。需要说明的是，当轨道为磁条线或光学导引线时，成像装置10可以安装于自动导引车(Automated Guided Vehicle，AGV)上，自动导引车能够沿设置于车本体30上的磁条线或光学导引线等运动。

当然，为了避免预设轨迹的设置对图像的采集造成遮挡，本实施例中，轨道可以为滑轨或滚珠丝杆，这样可以方便成像装置10采集隧道底部的轨道或路基或公路路面的图像。如图4所示，所述车本体30上设置有至少一组轨道20，每组所述成像装置10与一组所述轨道20连接，以使得成像装置10可以在轨道20的第一端和第二端之间做往复运动。轨道20具有约束成像装置10运动轨迹的作用，轨道20的布置方向可以根据具体情况设置。本实施例中，轨道20的延伸方向沿隧道检测车1的直线行进方向设置。优选的，轨道20的延伸方向与隧道检测车1的直线行进方向均垂直于同一个线路横断面。控制装置40具体用于控制所述至少一组成像装置10沿所述轨道20做往复运动；当成像装置10的运动方向与隧道检测车1的行进方向相反，且成像装置10的运动速度大小与隧道检测车1的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制成像装置10采集隧道内壁的图像数据。当然，轨道20除了采用滑轨或滚珠丝杆20以外，也可以采用其他结构。

本实施例中，如图5所示，每组成像装置10包括至少一个具有预设拍摄方向的成像单元120和安置成像单元120的框架110，所述框架110与轨道20连接，框架110能沿所设轨道20运动。为了实现对隧道的全面检测，每组成像装置10可以设置多个成像单元120。在本发明的较佳实施例中，框架110的形状可以为棱柱、圆柱体或球体，多个成像单元120均匀的分布于框架110的侧壁。多个成像单元120均与控制装置40电连接，当需要采集隧道内壁的图像时，控制装置40能够控制多个成像单元120对隧道进行成像。需要说明的是，隧道的成像区域由多个成像单元120的分布决定。例如，可以根据需要设置所需数量的成像单元120并调节成像单元120的镜头121朝向，完成对隧道内壁和底面路基或检测车行驶轨道的成像。需要说明的是，当需要对隧道底面路基或检测车行驶轨道进行成像时，车本体30的底部还设置有开口，或者成像单元120延伸至车本体30的下部。本实施例中，成像单元120可以为相机或者其他拍摄装置。

此外，为了尽量避免多个成像单元120采集的图像在后续拼接时产生错位，影响所得到的隧道全景图像的效果，如图5所示，成像装置10还可以包括光路变换元件130。光路变换元件130设置于框架110上，每个成像单元120对应于一个光路变换元件130，且每个成像单元120的镜头光心到对应的光路变换元件130的光程等于该光路变换元件130至框架110的几何中心或轴线的距离。本实施例中所述光路变换元件130为反射镜，在其他具体实施方式中，光路变换元件130还可以为其他，如三棱镜或三棱镜和反射镜的组合。如图6所示，每个成像单元120都具有光心A，通过反射镜可以将光路进行折转，得到与上述光心对应的虚拟光心B，光心A至对应于该成像单元120的反射镜的距离可以与所述虚拟光心B至反射镜的距离相等。当上述多个成像单元120的光心分别与其对应的反射镜之间的距离相等，使得多个成像单元120的虚拟光心重合，能够有效地避免后期拼接全景图像时隧道的成像区域中同一目标“成双”出现的失真问题。

本实施例中，为了避免单独一组成像装置10的运动对隧道检测车1的动量和冲量带来改变，从而引起隧道检测车1的不稳定运动，如图7所示，上述至少一组成像装置10可以具体为两组，分别为第一成像装置11和第二成像装置12。这样有利于抵消两组成像装置的运动过程带来的冲量和动量，有效地保证了隧道检测车1运动的稳定性。此时，上述至少一组轨道20也包括第一轨道21和第二轨道22。第一成像装置11对应于第一轨道21，第二成像装置12对应于第二轨道22。

此时，控制装置40具体用于：控制所述第一成像装置11沿第一轨道21做往复运动，控制第二成像装置12沿第二轨道22做往复运动。为了降低或避免由于成像装置10运动导致的隧道检测车1的动量和的变化，影响隧道检测车1的平稳运动，第一成像装置11和第二成像装置12的运动相位相差180度。也就是说，当第一成像装置11正向运动(沿P21方向运动)时，第二成像装置12反向运动(沿P22方向运动)，当第一成像装置11反向运动(沿P11方向运动)时，第二成像装置12正向运动(沿P12方向运动)，二者运动方向相反，运动速度大小相同，在两组成像装置的质量也相同的情况下，使得第一成像装置11和第二成像装置12的动量和接近于零，有利于隧道检测车1的平稳前进。

当第一成像装置11的运动方向与隧道检测车1的行进方向相反，且第一成像装置11的运动速度大小与隧道检测车1的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制所述第一成像装置11采集隧道的第一图像数据。当第二成像装置12的运动方向与隧道检测车1的行进方向相反，且第二成像装置12的运动速度大小与隧道检测车1的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制第二成像装置12采集隧道的第二图像数据。

作为一种实施方式，如图7所示，上述第一轨道21和第二轨道22可以相对于所述车本体30成前后对称设置。例如，第一轨道21和第二轨道22可以沿着车本体30的中心线前后设置。

作为另一种实施方式，如图8所示，第一轨道21和第二轨道22也可以相对于所述车本体30成左右对称设置。此时，若第一轨道21设置于车本体30的左侧，第二轨道22设置于车本体30的右侧，相应地，与第一轨道21滑动连接的第一成像装置11则用于采集隧道左侧内壁的图像数据，与第二轨道22滑动连接的第二成像装置12则用于采集隧道右侧内壁的图像数据。当然，于本发明的其他实施例中，在能实现本发明提供的数据采集方法的前提下，第一轨道21和第二轨道22也可以采用除上述前后对称设置和左右对称设置以外的其他设置方式。

为了进一步得到隧道的全景三维图像，除了得到隧道内壁的图像数据外，还需要获得成像装置10与隧道内壁之间的距离数据。因此，如图2所示，上述隧道检测车1还可以包括激光测距装置50，激光测距装置50与控制装置40电连接。考虑到激光测距装置50的响应时间，为了提高检测结果的准确性，本实施例中，激光测距装置50可以与成像装置10相连，以使得激光测距装置50随着成像装置10一起做往复运动，固化了成像装置10与激光测距装置50之间的空间几何关系。可以理解的是，激光测距装置50的坐标原点与激光束空间指向角与成像装置10之间的空间关系是经过预先设置的。

此时，上述控制装置40还用于当成像装置10的运动方向与隧道检测车1的行进方向相反，且成像装置10的运动速度大小与隧道检测车1的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，同步发送测距控制指令至所述激光测距装置50，发送成像控制指令至成像装置10。激光测距装置50用于接收到所述测距控制指令后，沿预设方向发射激光束至所述隧道内壁，在所述隧道内壁上形成激光光斑，并采集该激光测距装置50的坐标原点与隧道内壁之间的距离数据。成像装置10用于接收到所述成像控制指令后，同步采集带有所述激光光斑的所述隧道内壁的图像。本实施例中，测距与图像采集同步，保证拍摄时获得激光测距装置50投射到隧道内壁上的激光点，即使得成像装置10所采集的隧道内壁的图像上记录有激光测距装置50投射在隧道内壁上的激光点。进一步，就可以通过该距离数据以及成像装置采集的隧道内壁的图像数据可以计算得到隧道内壁的三维空间数据。

具体的，激光测距装置50可以包括多个激光测距单元，每组成像装置10的每个成像单元处可以对应设置一个激光测距单元。激光测距单元发出的激光信号的发射方向可以与其对应的成像单元的镜头朝向一致，从而得到该成像单元采集到图像对应的成像区域与成像单元之间的距离数据，以便于进一步根据成像装置10采集的图像数据以及激光测距装置50采集的距离数据计算隧道的三维空间数据。

另外，本实施例提供的隧道检测车1还包括结构光投射装置60。结构光投射装置60与控制装置电连接。结构光投射装置60与成像装置10相连，以使得结构光投射装置60随着成像装置10一起做往复运动，固化了成像装置10与结构光投射装置60之间的空间几何关系。可以理解的是，结构光投射装置60的坐标原点及其空间指向角与成像装置10的成像参数之间的空间关系是经过预先设置的。此时，隧道检测车1可以通过结构光量测方法获得隧道内壁的三维空间点云数据。具体的，控制装置控制至少一组成像装置10沿预设轨迹做往复运动。结构光投射装置60也随着成像装置10一起做往复运动，并且发出结构光以预设角度投射到隧道内壁。本实施例中，所述结构光可以为线状激光、网格状激光等，预设角度可以根据具体量测需要设置。

此时，当成像装置10的运动方向与隧道检测车1的行进方向相反且运动速度大小与隧道检测车1的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制装置发送成像控制指令至成像装置10。当成像装置10接收到成像控制指令后，采集具有所述结构光的隧道内壁图像，即成像装置10对隧道内壁成像的同时获得隧道壁上的结构光图像。以便于进一步根据激光测距装置50所采集到的距离数据以及成像装置10采集到的结构光图像得到隧道内壁的三维轮廓数据。

需要说明的是，本实施例中的控制装置40可以包括单片机、DSP、ARM或FPGA等具有数据处理功能的芯片。此外，本实施例中，该控制装置40可以独立于控制隧道检测车1行走的车辆控制***，也可以与控制隧道检测车1行走的车辆控制***一体设置。

另外，在本实施例的一种具体实施方式中，控制装置40除了包括上述的具体数据处理功能的芯片外，还可以包括用于带动每组成像装置10运动的电机和传动机构。具体的，电机通过传动机构带动成像装置10运动，通过控制电机的正转和反转以及转速，控制成像装置10做周期性的往复运动。具体的传动机构可以根据所需要的速度变化曲线设计。例如，上述传动机构可以为凸轮传动机构，通过设计凸轮传动机构可以使得成像装置10从预设轨迹的第一端开始先做加速运动，当加速至预设速度时再保持该速度做匀速运动，然后再做减速运动直至到达该预设轨迹的第二端。

另外，如图9所示，本发明实施例还提供了一种数据采集方法，应用于上述隧道检测车1。隧道检测车1包括控制装置40和至少一组成像装置10，至少一组成像装置10均与控制装置40电连接。所述方法包括：

步骤S101，所述控制装置控制所述至少一组成像装置沿预设轨迹做往复运动；

于本步骤中，预设轨迹可以根据需要设置。为了简便，可以设置为直线轨迹。当然，也可以设置为曲线轨迹。往复运动可以包括正向运动和反向运动，正向运动的速率控制可以与反向运动的速率控制一致，也可以不一致。

作为一种实施方式，成像装置10沿预设轨迹做周期性地往复运动，此时，上述控制所述至少一组成像装置10沿预设轨迹做往复运动可以具体包括：控制至少一组成像装置10按照预设时间周期沿所述预设轨迹做往复运动。

另外，需要说明的是，作业过程中，隧道检测车1沿隧道延伸方向连续行走。为了简化隧道检测车1以及成像装置10的速度控制，在本实施例的较佳实施方式中，控制隧道检测车1匀速直线行走。也就是说，控制所述至少一组成像装置10沿预设轨迹做往复运动的步骤之前，本实施例提供的数据采集方法还包括：控制装置40控制所述隧道检测车1匀速直线行走。当然，在本实施例的其他实施方式中，控制装置40控制所述隧道检测车1匀速行走的步骤也可以发生在控制至少一组成像装置10沿预设轨迹做往复运动的步骤之后，或基本同步发生。

步骤S102，当所述成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，所述控制装置控制所述成像装置采集所述隧道内壁的图像数据。

每组成像装置10的每一次往复运动中，当判定所述成像装置10的运动方向与所述隧道检测车1的行进方向相反，且所述成像装置10的运动速度大小与所述隧道检测车1的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制所述成像装置10采集所述隧道内壁的图像数据。

当至少一组成像装置10按照预设时间周期沿所述预设轨迹做往复运动时，作为一种实施方式，如图10所示，所述方法还包括成像判断步骤。成像判断步骤可以包括以下步骤S201至步骤S203。成像判断步骤发生在执行步骤S102之前。

步骤S201，获取所述成像装置的运动时间；

步骤S202，判断所述成像装置的运动时间是否位于预设时间段内；

预先对成像装置10往复运动以及隧道检测车1的运动速度进行设置。成像装置10的每做一次往复运动即每个往复周期内均能在一个特定时间段内保证成像装置10的运动方向与隧道检测车1的行进方向相反且运动速度大小与隧道检测车1的运动速度大小之间的差值在预设范围内。因此，预设时间段为多个特定时间段，每个特定时间段对应于成像装置10的一个往复周期。例如，成像装置10的往复周期为100ms，特定时间段的持续时间为5ms，假设从0开始计时，第20ms至25ms为第一个往复周期内的特定时间段，第120ms至125ms为第二个往复周期内的特定时间段，第220ms至225ms为第三个往复周期内的特定时间段，依次类推。成像装置10从预设轨迹的第一端开始做反向运动，并且运动时间从0开始计时，当成像装置10的运动时间大于或等于(100k+20)且小于或等于(100k+25)时，则表示成像装置10的运动时间位于预设时间段内。其中，k为0或正整数。

若成像装置10的运动时间位于预设时间段内，则执行步骤S203。若成像装置10的运动时间不位于预设时间段内，则返回步骤S201重新获取成像装置10的运动时间，重复执行步骤S202，成像装置10的运动时间位于预设时间段内，执行步骤S203。

步骤S203，判定所述成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反且所述成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内。

作为另一种实施方式，执行步骤S102之前，还可以：判断所述成像装置10的运动时间是否等于预设时间点，若成像装置10的运动时间等于预设时间点；判定所述成像装置10的运动方向与所述隧道检测车1的行进方向相反且所述成像装置10的运动速度大小与所述隧道检测车1的运动速度大小之间的差值在预设范围内。例如，预设时间点可以设置为上述特定时间段的起始时间点。当第20ms至25ms为第一个往复周期内的特定时间段，第120ms至125ms为第二个往复周期内的特定时间段，第220ms至225ms为第三个往复周期内的特定时间段时，预设时间点可以设置为20ms、120ms、220ms…，依次类推。

另外，作为又一种实施方式，隧道检测车1的车本体30上设置有第一速度传感器，每组成像装置10上设置有第二速度传感器。第一速度传感器可以采集隧道检测车1相对于隧道的行进速度大小和方向。第二速度传感器可以采集成像装置10相对于隧道的运动速度大小和方向。例如，第二速度传感器可以设置于上述传动机构中的特定位置，以采集成像装置10相对于隧道的运动速度大小和方向。此时，判断成像装置10的运动方向与隧道检测车1的行进方向相反，且成像装置10的运动速度大小与隧道检测车1的运动速度大小之间的差值在预设范围内的方法还可以为：获取隧道检测车1相对于隧道的行进速度大小和方向；获取成像装置10相对于隧道的运动速度大小和方向；判断隧道检测车1的行进方向是否与成像装置10的运动速度相反，当隧道检测车1的行进方向与成像装置10的运动速度相反时，判断成像装置10的运动速度大小与隧道检测车1的运动速度大小之间的差值是否在预设范围内，若该差值在预设范围内，则判定成像装置10的运动方向与隧道检测车1的行进方向相反，且,成像装置10的运动速度大小与隧道检测车1的运动速度大小之间的差值在预设范围内，执行步骤S102。

本实施例中，对上述至少一组成像装置10的具体数量不做限定。例如，成像装置10可以为一组、两组、四组等。当至少一组成像装置10包括第一成像装置11和第二成像装置12时，上述的步骤S101和步骤S102具体可以为：控制所述第一成像装置11沿第一预设轨迹往复运动，控制所述第二成像装置12沿第二预设轨迹往复运动，其中，所述第一成像装置11和所述第二成像装置12的运动相位相差180度；当所述第一成像装置11的运动方向与所述隧道检测车1的行进方向相反，且所述第一成像装置11的运动速度大小与所述隧道检测车1的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制所述第一成像装置11采集所述隧道内壁的第一图像数据；当所述第二成像装置12的运动方向与所述隧道检测车1的行进方向相反，且所述第二成像装置12的运动速度大小与所述隧道检测车1的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制所述第二成像装置12采集所述隧道内壁的第二图像数据。

隧道检测车1上还设置有激光测距装置50时，激光测距装置50与控制装置40电连接。激光测距装置50与成像装置10相连以使得所述激光测距装置50随着所述成像装置10一起做往复运动。此时，如图11所示，本实施例提供的数据采集方法还包括步骤S103。

步骤S103，当所述成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制所述激光测距装置采集该激光测距装置的坐标原点与隧道内壁之间的距离数据。

另外，当本实施例提供的隧道检测车1还包括上述结构光投射装置60时，结构光投射装置60也随着成像装置10一起做往复运动，并且发出结构光以预设角度投射到隧道内壁。当成像装置10的运动方向与隧道检测车1的行进方向相反且运动速度大小与隧道检测车1的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制装置控制成像装置10采集具有所述结构光的隧道内壁图像，以便于进一步根据激光测距装置50所采集到的距离数据以及成像装置10采集到的结构光图像得到隧道内壁的三维轮廓数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述装置、***实施例中的对应过程，在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供的数据采集方法及隧道检测车1，通过控制设置于隧道检测车1上的至少一组成像装置10沿预设轨迹做往复运动，在成像装置10的运动方向与隧道检测车1的行进方向相反，且成像装置10的运动速度大小与隧道检测车1的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制成像装置10采集隧道内壁的图像数据，这样设置能够实现隧道检测车1在不停歇、连续行走的情况下，成像装置10每次采集隧道内壁的图像数据时均相对于隧道处于近似于静止状态，有效地避免所采集的隧道内壁的图像产生运动模糊，从而在提高隧道检测车1的图像采集效率的同时提高所采集图像的质量。

另外，如图12所示，本发明实施例还提供了一种数据采集装置，应用于上述隧道检测车1。该数据采集装置70至少包括：运动控制模块71和图像采集模块72。

其中，运动控制模块71用于控制所述至少一组成像装置沿预设轨迹做往复运动。

图像采集模块72用于当所述成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，所述控制装置控制所述成像装置采集所述隧道内壁的图像数据。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数据采集方法，应用于隧道检测车，其特征在于，所述隧道检测车包括控制装置和至少一组成像装置，所述至少一组成像装置均与所述控制装置电连接，所述方法包括：

所述控制装置控制所述至少一组成像装置沿预设轨迹做往复运动；

当所述成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，所述控制装置控制所述成像装置采集所述隧道内壁的图像数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的控制所述至少一组成像装置沿预设轨迹做往复运动的步骤，包括：

控制所述至少一组成像装置按照预设时间周期沿所述预设轨迹做往复运动；

判断所述成像装置的运动时间是否位于预设时间段内，若是，判定所述成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反且所述成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一组成像装置为两组成像装置，分别为第一成像装置和第二成像装置，所述的控制所述至少一组成像装置沿预设轨迹做往复运动，当所述成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制所述成像装置采集所述隧道内壁的图像数据的步骤，包括：

控制所述第一成像装置沿第一预设轨迹往复运动，控制所述第二成像装置沿第二预设轨迹往复运动，其中，所述第一成像装置和所述第二成像装置的运动相位相差180度；

当所述第一成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述第一成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制所述第一成像装置采集所述隧道内壁的第一图像数据；

当所述第二成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述第二成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，控制所述第二成像装置采集所述隧道内壁的第二图像数据。

4.一种隧道检测车，其特征在于，包括车本体、至少一组成像装置以及控制装置，所述至少一组成像装置设置于所述车本体上，所述至少一组成像装置均与所述控制装置电连接；

所述控制装置用于控制所述至少一组成像装置沿预设轨迹做往复运动，当所述成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反且运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，发送成像控制指令至所述成像装置；

所述成像装置用于接收到所述成像控制指令后，采集所述隧道内壁的图像数据。

5.根据权利要求4所述的隧道检测车，其特征在于，所述车本体上设置有至少一组沿所述检测车的直线行进方向设置的轨道，每组所述成像装置对应于一组所述轨道；

所述控制装置具体用于控制所述成像装置沿所述轨道做往复运动，当所述成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，发送成像控制指令至所述成像装置。

6.根据权利要求5所述的隧道检测车，其特征在于，所述至少一组成像装置为两组成像装置，分别为第一成像装置和第二成像装置，至少一组所述轨道包括第一轨道和第二轨道，所述第一成像装置对应于所述第一轨道，所述第二成像装置对应于所述第二轨道；

所述控制装置具体用于：控制所述第一成像装置沿所述第一轨道做往复运动，控制所述第二成像装置沿所述第二轨道做往复运动，其中，所述第一成像装置和所述第二成像装置的运动相位相差180度，当所述第一成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述第一成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，发送第一成像控制指令至所述第一成像装置，当所述第二成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述第二成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，发送第二成像控制指令至所述第二成像装置；

所述第一成像装置用于接收到所述第一成像指令后，采集所述隧道内壁的第一图像数据；

所述第二成像装置用于接收到所述第二成像指令后，采集所述隧道内壁的第二图像数据。

7.根据权利要求6所述的隧道检测车，其特征在于，所述第一轨道和所述第二轨道相对于所述车本体成前后对称设置或左右对称设置。

8.根据权利要求4所述的隧道检测车，其特征在于，还包括激光测距装置，所述激光测距装置与所述控制装置电连接，所述激光测距装置与所述成像装置相连，以使得所述激光测距装置随着所述成像装置一起做往复运动；

所述控制装置还用于：当所述成像装置的运动方向与所述隧道检测车的行进方向相反，且所述成像装置的运动速度大小与所述隧道检测车的运动速度大小之间的差值在预设范围内时，发送测距控制指令至所述激光测距装置；

所述激光测距装置用于接收到所述测距控制指令后，沿预设方向发射激光束至所述隧道内壁，在所述隧道内壁上形成激光光斑，并采集该激光测距装置的坐标原点与隧道内壁之间的距离数据；

所述成像装置用于接收到所述成像控制指令后，同步采集带有所述激光光斑的所述隧道内壁的图像。

9.根据权利要求4所述的隧道检测车，其特征在于，还包括结构光投射装置，所述结构光投射装置与所述控制装置电连接，所述结构光投射装置与所述成像装置相连，以使得所述结构光投射装置随着所述成像装置一起做往复运动；

所述结构光投射装置用于发出结构光以预设角度投射到隧道内壁；

所述成像装置用于接收到所述成像控制指令后，采集具有所述结构光的隧道内壁图像。

10.根据权利要求4-9中任一项所述的隧道检测车，其特征在于，每组所述成像装置包括至少一个成像单元和安置所述成像单元的框架。