CN115604550A - 一种高速下的精准定距拍照装置以及方法 - Google Patents

一种高速下的精准定距拍照装置以及方法 Download PDF

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张晓明
许强
何宗华
严京旗
邵茜
黄前华
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Abstract

本发明涉及一种高速下的精准定距拍照装置以及方法，其中高速下的精准定距拍照装置包括巡查车辆，巡查车辆上安装有编码器、工业相机以及边缘计算盒子，编码器通过螺杆与巡查车辆的车轮轮毂相连接，工业相机固定在巡查车辆的后顶部用于抓拍获取巡查车辆后方道路图像；编码器与工业相机统一连接于边缘计算盒子，边缘计算盒子置于巡查车辆顶部用于接收编码器输出数值并解析计算，精确获取车辆行驶距离。其能够解决根据GPS点计算距离不够准确、确定固定距离大小数值合适范围、相机性能受限导致抓图频率不够、高速运动下成像不够清晰拖影的问题。

Description

一种高速下的精准定距拍照装置以及方法
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，尤其是涉及一种高速下的精准定距拍照装置以及方法。
背景技术
随着机器视觉的推广应用和硬件设备性能的提升，新型的道路轻量化检测***也部分替代了人工、传统设备，这也极大提升了道路管养的高效性、即时性。大多数道路病害，包括裂缝、坑槽、网状裂缝等均可通过机器视觉加图像算法识别的方式获取。
道路日常巡查养护以及道路检测过程通常包括道路数据采集和数据算法病害识别。将高清相机固定放置于巡查车辆顶部，巡查车辆按照既定的巡查道路进行巡查，高清相机连续拍照获取道路图像数据。
为高效地、全面地获取一条道路的病害信息，必须使用可靠便捷的图像采集方式，目前有定时抓图、基于GPS定位计算距离的定距拍照以及基于车辆速度大小改变图像采集频率的抓图方式。以上图像采集方式使得巡查车辆在巡查路段巡查一次便能够获取到大量的图像数据，相较于人工巡查，确实极大提高了检测效率，同时极大节省了人力物力。但是，由于巡查过程中车况、路况较为复杂导致采集的图像数据并不可靠，会存在一些路段数据重复，另一些数据无法完全覆盖的情况。
现有的技术中，定时拍照所采集的图像数量并不可控，同样的路段当巡查车辆以不同车速通过时，采集到的图像数据量会有百分之一百甚至更高的差距。根据车速分成不同级别的采集频率则有所优化，但是车速无法做到极致的层级划分，并未从根本上解决图像采集不均匀的问题，并且同GPS定距拍照一样，会受限于GPS定位模块自身的精度以及不同地域GPS卫星信号的强弱不同导致的准确度相差较大的问题。
采集图像数据过少，则会造成病害数据缺失，养护单位无法及时修补，甚至危及行车安全；采集数据过多则会产生大量相同的重复病害，同时还需要进行人工判断去重，否则会影响施工计划和施工进度。大大降低了智慧管养***的运作效率。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高速下的精准定距拍照装置以及方法，其能够解决根据GPS点计算距离不够准确、确定固定距离大小数值合适范围、相机性能受限导致抓图频率不够、高速运动下成像不够清晰拖影的问题。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高速下的精准定距拍照装置，包括巡查车辆，所述巡查车辆上安装有编码器、工业相机以及边缘计算盒子，所述编码器通过螺杆与巡查车辆的车轮轮毂相连接，所述工业相机固定在所述巡查车辆的后顶部用于抓拍获取巡查车辆后方道路图像；
所述编码器与所述工业相机统一连接于所述边缘计算盒子，所述边缘计算盒子置于所述巡查车辆顶部用于接收所述编码器输出数值并解析计算，精确获取车辆行驶距离。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述编码器的输出频率设置为50hz，每帧数据9个字节，5-7个字节为编码器值，所述编码器为绝对值编码器。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述编码器与所述工业相机均连接有控制终端，所述编码器和所述工业相机均由所述控制终端供电，并提供数据接口连接进行数据通信。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述边缘计算盒子通过车载电瓶供电。
一种高速下的精准定距拍照的方法，包括以下步骤：
步骤1、设备启动前对巡查车辆的车轮周长以及工业相机进行俯视变换外参标定；
步骤2、启动设备，解析编码器串口输出数据，得到巡查车辆行驶距离；
步骤3、巡查车辆行驶过程中，巡查车辆每行驶固定距离，触发工业相机拍摄一张图片；
步骤4、边缘计算盒子实时对采集的图像数据进行算法分析，若图像中包含病害数据，则将该图片以及相关病害数据实时上传至云服务器，并推送到可视化平台呈现给相关养护单位通过上述技术方案，。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在步骤2中，边缘计算盒子的智能终端通过RS232串口接收编码器输出数值并解析计算，精确获取巡查车辆行驶距离：
对巡查车辆外参进行标定，获取到车轮周长C（米）；
编码器与车轮同轴转动，车轮转动一周带动编码器转动一周，所述编码器采用12位编码器，将一圈360度分为2的12次方，即单圈分辨率4096P/R，可以得出每米所对应的编码器值m_encoderPerMeter = 1 / C * 4096；
编码器输出频率设置为50hz，每帧数据9个字节，5-7个字节为编码器值，解析每帧数据：tmp_receive[4]<<16|tmp_receive[5]<<8| tmp_receive[6]；
得到此刻编码器的值，不断解析数据，并累加同上一帧数据的差值得到sum_value，当sum_value>m_encoderPerMeter时，车辆行驶距离loop_value+=1（米）。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在步骤1中进行工业相机标定时，在巡查前利用已知尺寸m1*m1的棋盘格对车载工业相机的外参进行标定，棋盘格应位于相机视角中间部分，且下边界与相机水平视角保持平行；调整相机的拍摄角度，使相机拍摄画面左右可以覆盖整个车道，相机拍摄画面底部至顶部的实际距离M（米）可由棋盘格的尺寸按比例计算得出；拍摄的道路图像经俯视变换，得到视觉算法最佳识别的图像部分长度m2（米），则相机定距拍照设置为m2（米）。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在步骤3中，在工业相机抓图线程中，记录上次抓图时巡查车辆行驶里程值history_distance;
则与上一次抓图时的巡查车辆行驶里程的差值temp_distance = loop_value –history_distance;
循环判断是否temp_distance> = m2，是则拍摄一张图片；
所得图像经过算法识别处理获取病害信息并实时上传至云服务器，推送到可视化平台或者业务***。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在步骤4中，编码器和工业相机连接于边缘计算盒子，记录车辆最初位置时编码器的值m_oldEncoderValue，车辆高速行驶过程中，不断解析编码器输出数据，得到编码器此刻的值m_curEncoderValue，记录编码器相邻两帧数据差值m_tempEncoderValue，则总差值sum_value += m_tempEncoderValue；
循环判断如果sum_value>= m_encoderPerMeter，则车辆前进距离loop_value +=1，sum_value = sum_value - m_encoderPerMeter。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
本发明提到的拍照装置和方法，基于车载智能巡查设备，利用绝对值编码器和高速工业相机能够满足高速公路场景车速快、抓图频率高、定距精度高等需求。解决了根据GPS点计算距离不够准确、确定固定距离大小数值合适范围、相机性能受限导致抓图频率不够、高速运动下成像不够清晰拖影的问题。
在执行效率上，相较于现有的日常巡查和人工检测是否覆盖，本专利提到的方法和***使巡查车辆只需巡查一次便可以覆盖该路段所有病害，不会造成少拍、漏拍以致车辆或者人工复巡、增加人力物力的情况。
另一方面，该***精准的定距拍照，不会造成大量的重复病害数据，不需后期再投入到繁琐的病害数据去重工作中，同时也可以极大的减轻工作量和减少人员投入。从发现病害，算法处理、上传病害，到展示、推送病害给养护单位，最终完成病害修补的整个闭环流程中所耗费的时间大大缩短，极大提高了养护效率。
附图说明
图1为本发明展示拍照装置的整体结构示意图。
图2为本发明展示工业相机拍摄画面示意图。
图3为本发明展示拍照方法的流程图。
附图标记：1、巡查车辆；2、编码器；3、工业相机；4、边缘计算盒子。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一：
参照图1，为本发明公开的一种高速下的精准定距拍照装置，包括巡查车辆1，巡查车辆1上安装有编码器2、工业相机3以及边缘计算盒子4，编码器2通过螺杆与巡查车辆1的车轮轮毂相连接，工业相机3固定在巡查车辆1的后顶部用于抓拍获取巡查车辆1后方道路图像。
编码器2与工业相机3统一连接于边缘计算盒子4，边缘计算盒子4置于巡查车辆1顶部用于接收编码器2输出数值并解析计算，精确获取车辆行驶距离。编码器2的输出频率设置为50hz，每帧数据9个字节，5-7个字节为编码器2值，编码器2为绝对值编码器2。编码器2与工业相机3均连接有控制终端，编码器2和工业相机3均由控制终端供电，并提供数据接口连接进行数据通信。边缘计算盒子4通过车载电瓶供电。
实施例二：
一种高速下的精准定距拍照的方法，包括以下步骤：
步骤1、设备启动前对巡查车辆1的车轮周长以及工业相机3进行俯视变换外参标定；
步骤2、启动设备，解析编码器2串口输出数据，得到巡查车辆1行驶距离；
步骤3、巡查车辆1行驶过程中，巡查车辆1每行驶固定距离，触发工业相机3拍摄一张图片；
步骤4、边缘计算盒子4实时对采集的图像数据进行算法分析，若图像中包含病害数据，则将该图片以及相关病害数据实时上传至云服务器，并推送到可视化平台呈现给相关养护单位。
在步骤1中进行工业相机3标定时，在巡查前利用已知尺寸m1*m1的棋盘格对车载工业相机3的外参进行标定，棋盘格应位于相机视角中间部分，且下边界与相机水平视角保持平行；调整相机的拍摄角度，使相机拍摄画面左右可以覆盖整个车道，相机拍摄画面底部至顶部的实际距离M（米）可由棋盘格的尺寸按比例计算得出；拍摄的道路图像经俯视变换，得到视觉算法最佳识别的图像部分长度m2（米），则相机定距拍照设置为m2（米）。
工业相机3相比于传统的相机而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力。工业相机3的快门时间非常短，可以清晰地抓拍高速运动的物体。此外工业相机3的帧率要远远高于普通相机，工业相机3每秒可以拍摄十几幅到上百幅图片，而普通相机只能拍摄3-4幅图像。针对高速公路巡查场景，工业相机3十分适合。
在步骤2中，边缘计算盒子4的智能终端通过RS232串口接收编码器2输出数值并解析计算，精确获取巡查车辆1行驶距离：
对巡查车辆1外参进行标定，获取到车轮周长C（米）；
编码器2与车轮同轴转动，车轮转动一周带动编码器2转动一周，编码器2采用12位编码器2，将一圈360度分为2的12次方，即单圈分辨率4096P/R，可以得出每米所对应的编码器2值m_encoderPerMeter = 1 / C * 4096；
编码器2输出频率设置为50hz，每帧数据9个字节，5-7个字节为编码器2值，解析每帧数据：tmp_receive[4]<<16|tmp_receive[5]<<8| tmp_receive[6]；
得到此刻编码器2的值，不断解析数据，并累加同上一帧数据的差值得到sum_value，当sum_value>m_encoderPerMeter时，车辆行驶距离loop_value+=1（米）。
在步骤3中，在工业相机3抓图线程中，记录上次抓图时巡查车辆1行驶里程值history_distance;
则与上一次抓图时的巡查车辆1行驶里程的差值temp_distance = loop_value –history_distance;
循环判断是否temp_distance> = m2，是则拍摄一张图片；
所得图像经过算法识别处理获取病害信息并实时上传至云服务器，推送到可视化平台或者业务***。
在步骤4中，12位绝对值编码器2和高速工业相机3连接于边缘计算盒子4，记录车辆最初位置时编码器2的值m_oldEncoderValue，车辆高速行驶过程中，不断解析编码器2输出数据，得到编码器2此刻的值m_curEncoderValue，记录编码器2相邻两帧数据差值m_tempEncoderValue，则总差值sum_value += m_tempEncoderValue；
循环判断如果sum_value>= m_encoderPerMeter，则车辆前进距离loop_value +=1，sum_value = sum_value - m_encoderPerMeter。
本发明的实施原理为：本发明提到的拍照装置和方法，基于车载智能巡查设备，利用绝对值编码器2和高速工业相机3能够满足高速公路场景车速快、抓图频率高、定距精度高等需求。解决了根据GPS点计算距离不够准确、确定固定距离大小数值合适范围、相机性能受限导致抓图频率不够、高速运动下成像不够清晰拖影的问题。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高速下的精准定距拍照装置，包括巡查车辆(1)，其特征在于：所述巡查车辆(1)上安装有编码器(2)、工业相机(3)以及边缘计算盒子(4)，所述编码器(2)通过螺杆与巡查车辆(1)的车轮轮毂相连接，所述工业相机(3)固定在所述巡查车辆(1)的后顶部用于抓拍获取巡查车辆(1)后方道路图像；
所述编码器(2)与所述工业相机(3)统一连接于所述边缘计算盒子(4)，所述边缘计算盒子(4)置于所述巡查车辆(1)顶部用于接收所述编码器(2)输出数值并解析计算，精确获取车辆行驶距离。
2.根据权利要求1所述的一种高速下的精准定距拍照装置，其特征在于：所述编码器(2)的输出频率设置为50hz，每帧数据9个字节，5-7个字节为编码器(2)值，所述编码器(2)为绝对值编码器(2)。
3.根据权利要求1所述的一种高速下的精准定距拍照装置，其特征在于：所述编码器(2)与所述工业相机(3)均连接有控制终端，所述编码器(2)和所述工业相机(3)均由所述控制终端供电，并提供数据接口连接进行数据通信。
4.根据权利要求1所述的一种高速下的精准定距拍照装置，其特征在于：所述边缘计算盒子(4)通过车载电瓶供电。
5.一种基于上述权利要求1-4任一项所述的高速下的精准定距拍照装置的拍照方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、设备启动前对巡查车辆(1)的车轮周长以及工业相机(3)进行俯视变换外参标定；
步骤2、启动设备，解析编码器(2)串口输出数据，得到巡查车辆(1)行驶距离；
步骤3、巡查车辆(1)行驶过程中，巡查车辆(1)每行驶固定距离，触发工业相机(3)拍摄一张图片；
步骤4、边缘计算盒子(4)实时对采集的图像数据进行算法分析，若图像中包含病害数据，则将该图片以及相关病害数据实时上传至云服务器，并推送到可视化平台呈现给相关养护单位。
6.根据权利要求5所述的一种高速下的精准定距拍照的方法，其特征在于：在步骤2中，边缘计算盒子(4)的智能终端通过RS232串口接收编码器(2)输出数值并解析计算，精确获取巡查车辆(1)行驶距离：
对巡查车辆(1)外参进行标定，获取到车轮周长C（米）；
编码器(2)与车轮同轴转动，车轮转动一周带动编码器(2)转动一周，所述编码器(2)采用12位编码器(2)，将一圈360度分为2的12次方，即单圈分辨率4096P/R，可以得出每米所对应的编码器(2)值m_encoderPerMeter = 1 / C * 4096；
编码器(2)输出频率设置为50hz，每帧数据9个字节，5-7个字节为编码器(2)值，解析每帧数据：tmp_receive[4]<<16|tmp_receive[5]<<8| tmp_receive[6]；
得到此刻编码器(2)的值，不断解析数据，并累加同上一帧数据的差值得到sum_value，当sum_value>m_encoderPerMeter时，车辆行驶距离loop_value+=1（米）。
7.根据权利要求5所述的一种高速下的精准定距拍照的方法，其特征在于：在步骤1中进行工业相机(3)标定时，在巡查前利用已知尺寸m1*m1的棋盘格对车载工业相机(3)的外参进行标定，棋盘格应位于相机视角中间部分，且下边界与相机水平视角保持平行；调整相机的拍摄角度，使相机拍摄画面左右可以覆盖整个车道，相机拍摄画面底部至顶部的实际距离M（米）可由棋盘格的尺寸按比例计算得出；拍摄的道路图像经俯视变换，得到视觉算法最佳识别的图像部分长度m2（米），则相机定距拍照设置为m2（米）。
8.根据权利要求5所述的一种高速下的精准定距拍照的方法，其特征在于：在步骤3中，在工业相机(3)抓图线程中，记录上次抓图时巡查车辆(1)行驶里程值history_distance;
则与上一次抓图时的巡查车辆(1)行驶里程的差值temp_distance = loop_value –history_distance;
循环判断是否temp_distance> = m2，是则拍摄一张图片；
所得图像经过算法识别处理获取病害信息并实时上传至云服务器，推送到可视化平台或者业务***。
9.根据权利要求5所述的一种高速下的精准定距拍照的方法，其特征在于：在步骤4中，编码器(2)和工业相机(3)连接于边缘计算盒子(4)，记录车辆最初位置时编码器(2)的值m_oldEncoderValue，车辆高速行驶过程中，不断解析编码器(2)输出数据，得到编码器(2)此刻的值m_curEncoderValue，记录编码器(2)相邻两帧数据差值m_tempEncoderValue，则总差值sum_value += m_tempEncoderValue；
循环判断如果sum_value>= m_encoderPerMeter，则车辆前进距离loop_value += 1，sum_value = sum_value - m_encoderPerMeter。
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