[發明專利]基于激光掃描成像原理的隧道外觀病害檢測機器人

在審

• 申請號: 201810373102.6
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108592876A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 李科;丁浩;劉秋卓;韓自強;李文鋒;郭鴻雁;江星宏
• 申請（專利權）人: 招商局重慶交通科研設計院有限公司
• 主分類號: G01C7/06
• 分類號: G01C7/06;E21F17/18
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.基于激光掃描成像原理的隧道外觀病害檢測機器人，其特征在于：包括激光掃描儀和車載系統；

所述激光掃描儀設置在車載系統上；激光掃描儀在車載系統行進過程中沿隧道360°旋轉，激光測距儀在掃描頭的掃描過程中自發自收脈沖信號，獲得螺旋形的點云數據，量測隧道橫斷面輪廓；

在獲得點云數據后，采用E.Level閥值濾波對激光成像中灰度值圖像中的噪聲點進行消除；

在經過噪聲點消除之后，進行幾何校正；

通過人工介入病害標識的方法，依次在檢測成果平面圖像上完成對整個隧道病害的標記，完成檢測報告，形成斷面檢測報告。

2.根據權利要求1所述的基于激光掃描成像原理的隧道外觀病害檢測機器人，其特征在于：所述激光測距儀在掃描頭的掃描過程中自發自收脈沖信號，獲得螺旋形的點云數據具體為：

激光束對目標進行照射，目標的反射回波經光電成像探測器接收，通過信號處理獲取目標的反射強度信息、目標至探測器的距離和速度信息，進而獲得區別于背景的目標強度圖像、距離圖像和多普勒速度；

激光成像原理所采集得到的數據本質是激光反射點的反射強度信息，是以電子信號的形式返回到信號采集裝置中；然后，通過設置ViS-divisor閥值通過計算將電子信號轉化為計算機程序可識別灰度值；灰度值是指在灰度圖像中每個像素點的數值，用以表示黑白圖像中點的顏色深度，范圍一般從0到255，白色為255，黑色為0，中間的數字從小到大表示由黑到白的過渡色，其數據類型為8位無符號整數的int8，放大后的圖像為矩陣排列的不同灰度顏色的“小方塊”，通過這些“小方塊”的矩陣排列來成圖；

通過VIS-divisor閥值的設置，以求在計算后濾除結果數據在[0,255]以外的灰度值，剔除數據異常點，保留有效數值，在結合數據采集時得到的每個像素的的位置信息，得到灰度圖像矩陣，從而完成表觀圖像。

3.根據權利要求1所述的基于激光掃描成像原理的隧道外觀病害檢測機器人，其特征在于：所述采用E.Level閥值濾波對激光成像中灰度值圖像中的噪聲點進行消除具體為：灰度值為0到255范圍內的數值，TS3使用中通濾波器的方式，分別定義高閥值A與低閥值B，將每個像素點的灰度值使用于該中通濾波器中，如若灰度值在A與B之間，則視之為有效點將其保留，反之則剔除。

4.根據權利要求1所述的基于激光掃描成像原理的隧道外觀病害檢測機器人，其特征在于：所述幾何校正具體為：

1)車載系統速度校正

當車載系統行進速度過快時，造成同樣距離內采集得到測線數量減少，如若需要在同樣單位距離內通過后處理獲得相同數量的測線，則需要采用插值算法對其進行插值計算；

插值法是利用函數f(x)在某區間中已知的若干點的函數值，作出適當的特定函數，在區間的其他點上用這特定函數的值作為函數f(x)的近似值；

2)車載系統前進線位校正

當車載系統行駛于某一直線時，激光掃描儀與邊墻的距離固定不變，掃描區域為一個扇形，與邊墻的距離為扇形直徑，在直徑恒定的情況下，扇形圓弧的長度與角度成正比，而角度等于角速度乘以時間，激光掃描頭的角速度為300Hz，在同一時間內，如果距離不變，探頭掃過的測線長度保持不變，表示該段距離內像素點密度恒定；

當行駛過程為非直線時，會改變掃描探頭與邊墻的距離，當距離增大時，掃描時間不變也就是角度不變的情況下，探頭掃過的測線長度會增大，但像素點數量因為正比于掃描時間，像素點數量并沒有增加，用相同數量的像素點去覆蓋更長的測線，造成像素點密度的增大，為消除影響，則預先選取以標準剖面，用其套用所有測線所得斷面的各位置像素點密度，使得結果標準化歸一化。

5.根據權利要求1所述的基于激光掃描成像原理的隧道外觀病害檢測機器人，其特征在于：所述形成斷面檢測報告具體為：

檢測成果以平面圖像的形式顯示隧道內部表面的情況，該圖像為激光點云的形式獲得，每個像素點的大小固定，圖像能放大縮小并觀察細部細節情況，通過人工介入病害標識的方法，依次在平面圖像上完成對整個隧道病害的標記，完成檢測報告。