CN107677372A - 一种基于双目视觉的隧道检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无损检测技术领域，并公开了一种基于双目视觉的隧道检测方法，包括以下步骤：1)输入高温报警阈值温度，和建立正常未渗漏水墙面的红外热像和可见光数据模型；2)拍摄隧道墙面红外热像图和可见光热像图；3)红外热像图温度统计判断是否存在高温区，进行高温报警；4)降噪并分别提取红外热像图和可见光热像图中的渗漏水区域；5)合成红外热像图和可见光热像图的渗漏水区域提取图为最终的渗漏水区域提取图；6)根据渗漏水区域提取图计算渗漏水面积。本发明利用基于红外热成像技术和可见光成像技术的双目视觉技术可以结合两者的优点，达到更好地渗漏水区提取效果。

Description

一种基于双目视觉的隧道检测方法

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，更具体地，涉及一种隧道检测方法。

背景技术

在公路隧道、铁路隧道和电缆隧道中，由于隧道处于地下或者山体内，隧道管壁容易出现渗漏水的情况，同时在隧道中铺设的电缆也会出现高温过热的情况，这些情况都会对隧道的正常运行造成严重的影响。目前主要的检测方式是人工定期巡检，但是人工巡检无法准确判断电缆的运行状态，同时也难以分析和提取隧道渗漏水区域的特征和面积，并且人工检测的速度较慢难以实现快速检测。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于双目视觉的隧道检测方法，采用可见光成像和红外热成像的混合双目视觉技术，以更好地实现隧道检测的需要。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于双目视觉的隧道检测方法，所述双目视觉为红外热成像和可见光成像的结合,其特征在于，包括以下步骤：

1)设定高温报警阈值温度，建立正常未渗漏水墙面的红外热像图基准数据库和可见光热像图基准数据库，以获得隧道墙面的背景温度阈值T_b和隧道墙面的灰度阈值G_b；

2)采用红外热像仪和可见光摄像头拍摄隧道墙面，从而获得红外热像图和可见光热像图；

3)对步骤2)获得的红外热像图和可见光热像图分别进行降噪，对降噪后的红外热像图进行温度统计，获得降噪后红外热像图中的最大温度值，并将该最大温度值与所述高温报警阈值温度进行比较以判断是否存在高温区，如果存在，则进行高温报警后进入步骤4)；如果不存在，则直接进入步骤4)；

4)基于背景温度阈值T_b对降噪处理后的红外热像图进行阈值化处理，然后再对降噪处理后的红外热像图进行区域分割，以获得红外热像图中的渗漏水区域；基于灰度阈值G_b对降噪处理后的可见光热像图进行阈值化处理，然后再对降噪处理后的可见光热像图进行区域分割，以获得可见光热像图中的渗漏水区域；

5)对红外热像图中的渗漏水区域提取图和可见光热像图中的渗漏水区域提取图求交集从而获得交集图，将该交集图作为最终的渗漏水区域提取图；

6)根据渗漏水区域提取图获得隧道墙面实际渗漏水面积。

优选地，步骤1)的具体过程如下：

1.1)根据隧道的实际运行状态设置电缆正常运行的温度阈值T_t，并将其设定为高温报警阈值温度；

1.2)多次拍摄隧道墙面正常情况下的红外热像图建立红外热像图基准数据库，并根据红外热像图基准数据库统计隧道墙面的温度变化范围，从而获得隧道墙面的背景温度阈值T_b，其中T_b取统计的隧道墙面的温度变化范围的最低温度；

1.3)用光照射需要拍摄的隧道墙面，多次拍摄隧道墙面的可见光数据建立可见光热像图基准数据库，并根据可见光热像图基准数据库统计隧道墙面的灰度值范围，从而获得隧道墙面的灰度阈值G_b，其中G_b取统计的墙面灰度范围的最小值。

优选地，步骤2)的具体过程如下：

2.1)保证红外热像仪和可见光摄像头距离墙面的距离一致，利用距离传感器测量墙面与红外热像仪的水平距离d_l；

2.2)红外热像仪和可见光摄像头对准隧道墙面的同一区域，获得隧道墙面的红外热像图I_t，并用光照射需要拍摄的隧道墙面，以获得可见光热像图I_v；

优选地，步骤3)的具体过程如下：

3.1)对拍摄的红外热像图I_t和可见光热像图I_v进行降噪处理得到降噪后的红外热像图D_nt和可见光热像图D_nv；

3.2)提取出降噪后红外热像图D_nt中的最大温度值T_max，若T_max＞T_t则判断隧道中的电缆温度过高并发出警报。

优选地，步骤4)的具体过程如下：

4.1)对降噪后的红外热像图D_nt进行阈值化处理得到红外热像图的阈值化图D_tt，并且

4.2)对红外热像图阈值化图D_tt进行区域分割，并去除区域面积过小的区域，最后合成红外热像渗漏水区提取图A_t；

4.3)对降噪后的可见光热像图D_nv进行阈值化处理得到可见光热像图的阈值化图D_vt并且

4.4)对可见光阈值化图D_vt进行区域分割，并去除区域面积过小的区域，最后合成可见光渗漏水区提取图A_v。

优选地，步骤6)中隧道墙面实际渗漏水面积其中，S_a为交集图I_a的面积，S_r为拍摄的红外热像图中隧道墙面的面积，d_l为隧道墙面与红外热像仪的水平距离，α为红外热像仪的水平视场角，β为红外热像仪的竖直视场角。

优选地，还包括步骤7)：将每次拍摄红外热像图、可见光热像图和分析得到的电缆温度状态结果以及分析得到的渗漏水区提取图打包发送给上位机，以建立隧道运行状态数据库。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明利用基于红外热成像技术和可见光成像技术的双目视觉技术可以结合两者的优点，达到更好地渗漏水区提取效果，同时由于红外热成像的测温特性可以很好地检测电缆的温度状态，并且得到的可见光热像图为人为的后期检查提供了形象具体的数据；建立的隧道运行状态数据库可以为隧道的运行提供直观完整的状态信息，为分析隧道随时间推移的运行状态变化提供很好的数据基础。

2)本发明的双目视觉技术可以用来对隧道的运行状态进行评估，包括隧道的电缆温度状态，隧道管壁的渗漏水状态，同时建立的隧道运行状态数据库可以用于隧道运行状态的回溯以及进行隧道随时间变化的运行状态的对比。

附图说明

图1是本发明的拍摄示意图；

图2是渗漏水区面积计算示意图；

图3是本发明的原理流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1～图3，一种基于双目视觉的隧道检测方法，所述双目视觉为红外热成像和可见光成像的结合,包括以下步骤：

1)输入高温报警阈值温度，和建立正常未渗漏水墙面的红外热像和可见光数据模型，具体过程如下：

1.1)根据隧道的实际运行状态设置电缆正常运行的温度阈值T_t，并以此温度作为高温报警阈值温度；

1.2)多次拍摄隧道墙面正常情况下的红外热像图建立红外热像图基准数据库，并统计拍摄的红外数据中的隧道墙面的温度变化范围，计算隧道的背景温度阈值T_b，T_b的值取统计的隧道墙面的温度变化范围的最低温度；

1.3)用光照射需要拍摄的隧道墙面，并多次拍摄隧道墙面的可见光数据建立可见光热像图基准数据库，拍摄完毕后统计墙面的灰度值范围，计算隧道墙面的灰度阈值G_b，G_b的值取统计的墙面灰度范围的最小值；

2)拍摄隧道墙面红外热像图和可见光热像图，具体过程如下：

2.1)保证红外热像仪1和可见光摄像头2距离墙面的距离一致，利用距离传感器测量墙面与红外热像仪1的水平距离d_l；

2.2)红外热像仪1和可见光摄像头2对准隧道的同一区域，拍摄隧道墙面和电缆的红外热像图I_t，并用光照射需要拍摄的隧道墙面，以拍摄可见光热像图I_v；

3)红外热像图温度统计判断是否存在高温区，进行高温报警，具体过程如下：

3.1)对拍摄的红外热像图I_t和可见光热像图I_v进行降噪处理得到降噪后的红外热像图D_nt和可见光热像图D_nv；

3.2)提取出降噪后红外热像图D_nt中的最大温度值T_max，若T_max＞T_t则判断隧道中的电缆温度过高并发出警报；

4)降噪并分别提取红外热像图和可见光热像图中的渗漏水区域，具体过程如下：

4.1)对降噪处理后的红外热像图D_nt进行阈值化处理得到红外热像图的阈值化图D_tt，并且

4.2)对红外热像图阈值化图D_tt进行区域分割，并与设定的面积阈值S_t进行比较，将小于该设定的面积阈值S_t的、区域面积过小的区域去除，最后合成红外热像渗漏水区提取图A_t；

4.3)对降噪处理的可见光热像图D_nv进行阈值化处理得到可见光热像图的阈值化图D_vt并且

4.4)对可见光阈值化图D_vt进行区域分割，并与设定的面积阈值S_v进行比较，将小于该设定的面积阈值S_v的、区域面积过小的区域去除，最后合成可见光渗漏水区提取图A_v；

5)合成红外热像图和可见光热像图的渗漏水区域提取图为最终的渗漏水区域提取图，其中，通过对可见光渗漏水区提取图A_v和红外热像渗漏水区提取图A_t求交集，得到交集图I_a作为渗漏水区提取图；

6)根据渗漏水区域提取图计算隧道墙面实际渗漏水面积，其中，隧道墙面实际渗漏水面积其中S_a为交集图I_a的面积，S_r为拍摄的红外热像图中隧道墙面的面积，d_l为隧道墙面与红外热像仪的水平距离，α为红外热像仪的水平视场角，β为红外热像仪的竖直视场角。

优选地，还包括步骤7)：将每次拍摄红外热像图I_t、可见光热像图I_v和分析得到的电缆温度状态结果以及分析得到的渗漏水区提取图I_a打包建立隧道运行状态数据库。

本发明采用红外热成像技术和可见光成像技术组成的双目视觉对隧道墙面的渗漏水和电缆的温度进行检测。

由于物体处于绝对温度(-273℃)以上时均会向外界发射不同波长的电磁辐射能量，包括紫外、可见光、红外光，其中主要形式为红外光，并且红外光的能量与温度有着密切的关系，其关系可以用斯蒂芬-波茨曼定律给出，其公式为W＝εδT⁴(δ是斯蒂芬-波茨曼常数，ε是物体表面发射率，T是热力学温度)。因此红外热成像技术可以用于测量物体表面的温度，利用该特性可以对电缆的温度进行检测，同时由于隧道墙壁在渗漏水的过程中会由于水分蒸发以及水与墙壁表面发射率区别的原因使得渗漏水区域与无渗漏水区域测量得到的温度会出现温度差，利用该温度差可以提取出渗漏水区域。

由于渗漏水区域相较于未渗漏水的墙面在可见光热像图中会出现灰度差，利用灰度阈值分割可以提取出渗漏水区域。

由于温度的渐变性，利用红外热像法提取出的渗漏水区域的边缘会出现较大误差。但是由于隧道内部温度较为恒定，利用红外热像法提取的红外渗漏水区域可以很好地排除电缆等其他设备的影响。由于可见光提取渗漏水区域利用的是灰度差，但是在隧道中电缆等其他设备也呈现较大的灰度，利用灰度阈值分割无法排除这些设备的干扰，但是由于灰度没有平缓的渐变性具有清晰的边缘，因此利用可见光方法得到的渗漏水区域具有较高的边缘精度。因此合成可见光和红外提取得到的渗漏水区域可以利用可见光和红外的优势从而得到较高精度的渗漏水区域。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于双目视觉的隧道检测方法，所述双目视觉为红外热成像和可见光成像的结合,其特征在于，包括以下步骤：

1)设定高温报警阈值温度，建立正常未渗漏水墙面的红外热像图基准数据库和可见光热像图基准数据库，以获得隧道墙面的背景温度阈值T_b和隧道墙面的灰度阈值G_b；

2)采用红外热像仪和可见光摄像头拍摄隧道墙面，从而获得红外热像图和可见光热像图；

3)对步骤2)获得的红外热像图和可见光热像图分别进行降噪，对降噪后的红外热像图进行温度统计，获得降噪后红外热像图中的最大温度值，并将该最大温度值与所述高温报警阈值温度进行比较以判断是否存在高温区，如果存在，则进行高温报警后进入步骤4)；如果不存在，则直接进入步骤4)；

4)基于背景温度阈值T_b对降噪处理后的红外热像图进行阈值化处理，然后再对降噪处理后的红外热像图进行区域分割，以获得红外热像图中的渗漏水区域；基于灰度阈值G_b对降噪处理后的可见光热像图进行阈值化处理，然后再对降噪处理后的可见光热像图进行区域分割，以获得可见光热像图中的渗漏水区域；

5)对红外热像图中的渗漏水区域提取图和可见光热像图中的渗漏水区域提取图求交集从而获得交集图，将该交集图作为最终的渗漏水区域提取图；

6)根据渗漏水区域提取图获得隧道墙面实际渗漏水面积。

2.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的隧道检测方法，其特征在于，步骤1)的具体过程如下：

1.1)根据隧道的实际运行状态设置电缆正常运行的温度阈值T_t，并将其设定为高温报警阈值温度；

1.2)多次拍摄隧道墙面正常情况下的红外热像图建立红外热像图基准数据库，并根据红外热像图基准数据库统计隧道墙面的温度变化范围，从而获得隧道墙面的背景温度阈值T_b，其中T_b取统计的隧道墙面的温度变化范围的最低温度；

1.3)用光照射需要拍摄的隧道墙面，多次拍摄隧道墙面的可见光数据建立可见光热像图基准数据库，并根据可见光热像图基准数据库统计隧道墙面的灰度值范围，从而获得隧道墙面的灰度阈值G_b，其中G_b取统计的墙面灰度范围的最小值。

3.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的隧道检测方法，其特征在于，步骤2)的具体过程如下：

2.1)保证红外热像仪和可见光摄像头距离墙面的距离一致，利用距离传感器测量墙面与红外热像仪的水平距离d_l；

2.2)红外热像仪和可见光摄像头对准隧道墙面的同一区域，获得隧道墙面的红外热像图I_t，并用光照射需要拍摄的隧道墙面，以获得可见光热像图I_v。

4.根据权利要求3所述的一种基于双目视觉的隧道检测方法，其特征在于，步骤3)的具体过程如下：

3.1)对拍摄的红外热像图I_t和可见光热像图I_v进行降噪处理得到降噪后的红外热像图D_nt和可见光热像图D_nv；

3.2)提取出降噪后红外热像图D_nt中的最大温度值T_max，若T_max＞T_t则判断隧道中的电缆温度过高并发出警报。

5.根据权利要求4所述的一种基于双目视觉的隧道检测方法，其特征在于：步骤4)的具体过程如下：

4.1)对降噪后的红外热像图D_nt进行阈值化处理得到红外热像图的阈值化图D_tt，并且

4.2)对红外热像图阈值化图D_tt进行区域分割，并去除区域面积过小的区域，最后合成红外热像渗漏水区提取图A_t；

4.3)对降噪后的可见光热像图D_nv进行阈值化处理得到可见光热像图的阈值化图D_vt并且

4.4)对可见光阈值化图D_vt进行区域分割，并去除区域面积过小的区域，最后合成可见光渗漏水区提取图A_v。

6.根据权利要求5所述的一种基于双目视觉的隧道检测方法，其特征在于：步骤6)中隧道墙面实际渗漏水面积其中，S_a为交集图I_a的面积，S_r为拍摄的红外热像图中隧道墙面的面积，d_l为隧道墙面与红外热像仪的水平距离，α为红外热像仪的水平视场角，β为红外热像仪的竖直视场角。

7.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的隧道检测方法，其特征在于：还包括步骤7)：将每次拍摄红外热像图、可见光热像图和分析得到的电缆温度状态结果以及分析得到的渗漏水区提取图打包发送给上位机，以建立隧道运行状态数据库。