CN110009636A - 一种集成式的公路隧道可变焦视觉检测*** - Google Patents

一种集成式的公路隧道可变焦视觉检测*** Download PDF

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李文锋
李科
程亮
江星宏
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Abstract

本发明涉及一种集成式的公路隧道可变焦视觉检测***，属于隧道病害检测技术领域，包括变焦控制***、图像采集***、通讯模块、镜头控制单元、光学可变焦镜头，光学可变焦镜头用来采集公路隧道的图像，公路隧道的图像通过通讯模块传递至图像采集***，图像采集***将接收过来的公路隧道图像传递变焦控制***中，变焦控制***对图像采集***传递过来的图像进行检测，根据图像的对比度和清晰度的检测结果发出变焦信号，变焦控制***将变焦信号通过通讯模块传递至镜头控制单元。本发明可以通过变焦***来解决隧道图像检测过程中图像对比度低、成像不清晰的问题，并利用变焦***在详判的后能够进行粗判，提高了病害自动识别的精度。

Description

一种集成式的公路隧道可变焦视觉检测***
技术领域
本发明属于隧道病害检测技术领域，涉及一种集成式的公路隧道可变焦视觉检测***。
背景技术
隧道在进行检测的过程中，需要巡检机器人移动进行检测，然而目前的巡检机器人上的检测镜头没有变焦效果，如果检测镜头过大，容易导致降低机器人的巡检效率，如果检测镜头过小，容易导致检测画面不清晰，影响病害自动识别的精度，裂缝判断的准确程度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种集成式的公路隧道可变焦视觉检测***。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种集成式的公路隧道可变焦视觉检测***，包括变焦控制***、图像采集***、通讯模块、镜头控制单元、光学可变焦镜头，所述光学可变焦镜头用来采集公路隧道的图像，所述公路隧道的图像通过通讯模块传递至图像采集***，所述图像采集***将接收过来的公路隧道图像传递变焦控制***中，所述变焦控制***对图像采集***传递过来的图像进行检测，根据图像的对比度和清晰度的检测结果发出变焦信号，所述变焦控制***将变焦信号通过通讯模块传递至镜头控制单元，所述镜头控制单元根据接收到的变焦信号控制光学可变焦镜头进行自动变焦。
作为本发明的一种优选技术方案，所述镜头控制单元包括可编程控制器件和步进电机，所述可编程控制器件根据接收到变焦信号驱动步进电机，所述步进电机在可编程控制器件的控制下带动光学可变焦镜头进行自动变焦。
作为本发明的一种优选技术方案，所述变焦控制***对图像采集***传递过来的图像进行分割，分别得到目标区域与背景区域，计算目标区域的像素面积So，并与标准像素面积阈值Sth进行比较，如果So＞Sth，则发送广角指令，市场中目标像素面积将减少，反之则发送长焦指令，视场中目标像素面积将增大。
作为本发明的一种优选技术方案，所述在进行分割图像时，需要对图像像素区域进行检索，其公式为：
其中，s是局部最优阈值，δ是微小变化，f(x，y)，g(x，y)均表示像素坐标点。
当一个像素的灰度级及其领域灰度均值都小于s-δ时，则该像素属于目标区域Ro，反之则属于背景区域Rb。
作为本发明的一种优选技术方案，所述像素面积So的计算表达式为：So＝∑(T(x,y)＝L-1)，所述So与阈值Sth进行比较后，转化为变焦步数和变焦方向，从而驱动步进电机对可调焦镜头进行自动变焦。
本发明的有益效果在于：
本发明可以通过变焦***来解决隧道图像检测过程中图像对比度低、成像不清晰的问题，并利用变焦***在详判的后能够进行粗判，提高了病害自动识别的精度，可以增加裂缝等病害的判断准确度。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
请参阅图1，为一种集成式的公路隧道可变焦视觉检测***，包括变焦控制***、图像采集***、通讯模块、镜头控制单元、光学可变焦镜头，所述光学可变焦镜头用来采集公路隧道的图像，所述公路隧道的图像通过通讯模块传递至图像采集***，所述图像采集***将接收过来的公路隧道图像传递变焦控制***中，所述变焦控制***对图像采集***传递过来的图像进行检测，根据图像的对比度和清晰度的检测结果发出变焦信号，所述变焦控制***将变焦信号通过通讯模块传递至镜头控制单元，所述镜头控制单元根据接收到的变焦信号控制光学可变焦镜头进行自动变焦。
变焦控制***：
针对隧道大型复杂场景下图像检测成像对比度低、成像不清晰等问题，提出基于尺度不变性的自动调焦算法，利用改进二维OTSU分割自动变焦，并利用二维图像熵自动聚焦，计算目标像素面积和清晰度评价值，转化为可调变焦步数和对焦步数后通过FPGA发送调教指令完成自动调焦动作。具体地描述如下：
在隧道检测***得到含有目标的区域图像后，改进的二维OTSU算法对区域图像进行分割，分别得到目标区域与背景区域，计算目标区域的像素面积So，并与标准像素面积阈值Sth进行比较，如果So＞Sth，FPGA将发送广角(W)指令，市场中目标像素面积将减少，反之FPGA发送长焦(T)指令，视场中目标像素面积将增大。
利用下列公式检测像素所在区域，s是局部最优阈值，δ是微小变化：
当一个像素的灰度级及其领域灰度均值都小于s-δ时，则该像素属于目标区域Ro，反之则属于背景区域Rb。
经过基于改进型的二维OTSU算法对含有目标的区域进行分割后，得到目标所在像素区域，利用So＝∑(T(x,y)＝L-1)求取目标像素面积。So与阈值Sth进行比较进行比较后，转化为变焦步数和变焦方向，从而驱动步进电机对可调焦镜头进行自动变焦。
在变焦算法中对图像的像素灰度值及其邻域灰度均值做了联合概率密度的计算,引入联合概率密度可以反映灰度分布空间特性的二维图像信息熵评价函数，评价目标区域的清晰度并得到对焦步长后,通过PCI-e协议发送至FPGA,驱动可调焦镜头完成对焦动作,并最终增强目标的清晰度。
针对衬砌的裂缝病害，采用粗判加详判的方法，首先利用相机的变焦镜头，以三倍于详判时所获取的视场范围，获取隧道衬砌的图像，通过图像处理测量发现是否有满足该表的裂缝长度和宽度的衬砌裂缝病害。通过粗判可以发现值得检测的病害信息、病害的位置、病害的类型判断等。
详判则是在粗判后，已经明确病害类型、信息、位置的条件下，控制变焦镜头放大焦距至最大值，获取病害最小视场范围。以此得到更为精细的和分辨率更高的衬砌图像。进而对病害进行更精细和准确的测量。
通过粗判，1)由于增大了拍摄视场，提高了机器人巡检的效率；2)减少了存储的数据量，提高了传输和处理效率；3)提高了病害自动识别的精度。由于在进行病害识别时，结合了大尺度的长度等形态信息，可以增加裂缝等病害的判断准确度。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种集成式的公路隧道可变焦视觉检测***，其特征在于：包括变焦控制***、图像采集***、通讯模块、镜头控制单元、光学可变焦镜头，所述光学可变焦镜头用来采集公路隧道的图像，所述公路隧道的图像通过通讯模块传递至图像采集***，所述图像采集***将接收过来的公路隧道图像传递变焦控制***中，所述变焦控制***对图像采集***传递过来的图像进行检测，根据图像的对比度和清晰度的检测结果发出变焦信号，所述变焦控制***将变焦信号通过通讯模块传递至镜头控制单元，所述镜头控制单元根据接收到的变焦信号控制光学可变焦镜头进行自动变焦。
2.根据权利要求1所述的一种集成式的公路隧道可变焦视觉检测***，其特征在于：所述镜头控制单元包括可编程控制器件和步进电机，所述可编程控制器件根据接收到变焦信号驱动步进电机，所述步进电机在可编程控制器件的控制下带动光学可变焦镜头进行自动变焦。
3.根据权利要求1所述的一种集成式的公路隧道可变焦视觉检测***，其特征在于：所述变焦控制***对图像采集***传递过来的图像进行分割，分别得到目标区域与背景区域，计算目标区域的像素面积So，并与标准像素面积阈值Sth进行比较，如果So＞Sth，则发送广角指令，市场中目标像素面积将减少，反之则发送长焦指令，视场中目标像素面积将增大。
4.根据权利要求3所述的一种集成式的公路隧道可变焦视觉检测***，其特征在于：所述在进行分割图像时，需要对图像像素区域进行检索，其公式为：
其中，s是局部最优阈值，δ是微小变化，f(x，y)，g(x，y)均表示像素坐标点。
当一个像素的灰度级及其领域灰度均值都小于s-δ时，则该像素属于目标区域Ro，反之则属于背景区域Rb。
5.根据权利要求4所述的一种集成式的公路隧道可变焦视觉检测***，其特征在于：所述像素面积So的计算表达式为：So＝∑(T(x,y)＝L-1)，所述So与阈值Sth进行比较后，转化为变焦步数和变焦方向，从而驱动步进电机对可调焦镜头进行自动变焦。
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