專利名稱：識別隧道已鋪設(shè)段防水板孔洞的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防水板孔洞的檢測設(shè)備，具體涉及一種識別隧道已鋪設(shè)段防水板孔洞的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
隧道工程防水問題一直是技術(shù)難題。滲漏水是隧道的常見病害之一。隧道滲漏水的長期作用將極大的降低隧道內(nèi)各種設(shè)施的使用壽命和功能，惡化隧道的運(yùn)營條件。我國隧道現(xiàn)在的防排水結(jié)構(gòu)多采用復(fù)合式襯砌防排水結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在開挖后，采用錨噴網(wǎng)支護(hù)體系，完成一次支護(hù)，在一次支護(hù)上鋪設(shè)防水板，在防水板表面再澆注二次襯砌結(jié)構(gòu)。完成了將防水板夾在一次支護(hù)和二次襯砌中間，成為復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。其中防水板在結(jié)構(gòu)防水方面起了非常重要的作用，由于一次支護(hù)一般不具有防水性能，所以地下水主要靠防水板來隔離到二次襯砌之外。但是現(xiàn)有的防水板施工工藝和方法存在以下幾個(gè)問題
1、已鋪設(shè)好的防水板很容易被后續(xù)施工用的鋼筋頭刺穿，而出現(xiàn)孔洞；
2、已鋪設(shè)好的防水板檢查全靠人工識別，但是人工識別方法的勞動強(qiáng)度大、安全性低、工作效率低和識別結(jié)果精確度較低；
3、一些沒有被發(fā)現(xiàn)的孔洞成為地下水從一次支護(hù)到二次襯砌的滲水通道，給隧道防排水系統(tǒng)造成了隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述不足，提供一種識別隧道已鋪設(shè)段防水板孔洞的系統(tǒng)和方法，從而實(shí)現(xiàn)對隧道已鋪設(shè)段防水板孔洞的自動識別和標(biāo)記，識別結(jié)果精度高。本發(fā)明的技術(shù)方案一種識別隧道已鋪設(shè)段防水板孔洞的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括小車101，小車101上面集成有供電模塊102、測距模塊103、圖像采集模塊104、圖像處理模塊105、孔洞識別模塊106、孔洞標(biāo)記模塊107和小車轉(zhuǎn)向模塊108 ;其中
所述的小車101能吸附到已掛設(shè)的隧道防水板表面，并沿隧道防水板做環(huán)向移動、縱向移動或停止的動作；
所述的供電模塊102用于對系統(tǒng)中小車101、測距模塊103、圖像采集模塊104、圖像處理模塊105、孔洞識別模塊106、孔洞標(biāo)記模塊107和小車轉(zhuǎn)向模塊108進(jìn)行供電；
所述的測距模塊103用于記錄小車101的車輪轉(zhuǎn)數(shù)，根據(jù)車輪轉(zhuǎn)數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算小車行駛距離，并且在承載車每行駛一個(gè)設(shè)定的路程單元長度和小車行駛到防水板邊緣時(shí)，向圖像采集模塊104輸出距離觸發(fā)信號；
所述的圖像采集模塊104用于接收測距模塊103發(fā)來的觸發(fā)信號，對防水板表面進(jìn)行圖像拍攝，并將拍攝的圖像輸出到圖像處理模塊105 ；所述的圖像處理模塊105用于將拍攝到的彩色圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，把數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖，并使用邊緣檢測算子對轉(zhuǎn)換后的灰度圖進(jìn)行圖像增強(qiáng)，通過灰度圖來判斷圖像是否有孔洞；
所述的孔洞識別模塊106用于接收圖像處理模塊105處理后的圖像，并對處理后圖像進(jìn)行識別，并對孔洞進(jìn)行定位，根據(jù)定位結(jié)果進(jìn)行分類；
所述的孔洞標(biāo)記模塊107用于對孔洞的坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)記并存儲標(biāo)記結(jié)果，也洞的標(biāo)記是根據(jù)圖像處理模塊106定位的的孔洞坐標(biāo)進(jìn)行的；
所述的小車轉(zhuǎn)向模塊108用于改變小車101的行駛方向以及圖像采集模塊104和孔洞標(biāo)記模塊107的相對位置。所述的路程單元長度為所述圖像采集模塊104拍攝出的一幀圖片所覆蓋的路程長度。 上述識別隧道已鋪設(shè)段防水板孔洞的方法，包括以下步驟
(1)先使小車沿隧道環(huán)向防水板表面行駛，并實(shí)時(shí)判斷計(jì)算出小車行駛距離是否等于設(shè)定的路程單元長度，如果是，則執(zhí)行步驟(2)，否則，返回步驟(I)；
(2)當(dāng)測距模塊103中測量的小車101所行駛的路程長度等于系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的路程單元長度時(shí)，向圖像采集模塊104發(fā)出距離觸發(fā)信號，圖像采集模塊104對防水板表面圖像進(jìn)行拍攝，并將拍攝的圖像傳輸給圖像處理模塊105 ；
(3)圖像處理模塊105將彩色圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，將數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖，并使用邊緣檢測算子對轉(zhuǎn)換后的灰度圖進(jìn)行圖像增強(qiáng)，通過對灰度圖中每個(gè)像素的灰度值進(jìn)行歸一化運(yùn)算，通過判斷灰度值是否有突變，和突變點(diǎn)的分布范圍和連續(xù)分布大小來判斷圖像是否有孔洞，如果圖像區(qū)域內(nèi)無孔洞，則小車正常行駛，其他模塊無響應(yīng)，如果圖像區(qū)域內(nèi)有孔洞，則執(zhí)行步驟(4)；
(4)孔洞識別模塊106接收到圖像處理模塊105發(fā)來的處理后的圖像后，對圖像進(jìn)行識另IJ，并對孔洞進(jìn)行定位，根據(jù)定位結(jié)果進(jìn)行分類；分類為正常的孔洞，則執(zhí)行步驟(5);分類為小車行駛至防水板縱向邊緣，則執(zhí)行步驟(6);分類為小車行駛至防水板環(huán)向邊緣，則執(zhí)行步驟⑵；
(5)孔洞標(biāo)記模塊107根據(jù)圖像處理模塊105的孔洞坐標(biāo)完成定位并標(biāo)記，同時(shí)將孔洞在單幀圖像中以圖像左下角點(diǎn)為原點(diǎn)，小車前進(jìn)方向拍攝圖片長度為X軸長度，垂直于小車前進(jìn)方向拍攝圖片寬度為y軸長度的局部坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，轉(zhuǎn)換到以檢測小車起點(diǎn)為原點(diǎn)，防水板縱向長度為Y軸長度，防水板環(huán)向長度為X軸長度的整體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，存儲到孔洞標(biāo)記模塊107中，待一幅防水板檢測完畢后進(jìn)行導(dǎo)出；
(6)觸發(fā)小車轉(zhuǎn)向模塊108，改變小車101行駛方向以及圖像采集模塊104和孔洞標(biāo)記模塊107的相對位置；
(7)孔洞標(biāo)記模塊107完成當(dāng)前所檢測防水板孔洞的檢測，并對所檢測防水板的整幅孔洞坐標(biāo)儲存，觸發(fā)小車供電模塊102，停止供電，識別過程結(jié)束。步驟⑷中孔洞的識別過程為先將灰度圖像二值化，去除圖像中面積過小的，可以肯定不是孔洞的區(qū)域，如為定位孔洞，將背景區(qū)域膨脹，腐蝕去無關(guān)的小顆粒，查找連通域邊界，并用傅立葉變換通過孔洞模板與待處理白色連通區(qū)域圖像匹配的思想來找出所有連通域中最可能是孔洞的那一個(gè)。
步驟⑷中對圖像中的孔洞進(jìn)行定位的過程為將圖像的掃描方向即與小101行駛方向作為X軸，與X軸正交方向上存在的圖像的灰度值總和作為縱軸y軸，確定出一個(gè)坐標(biāo)區(qū)域，孔洞識別模塊106將二值圖中的裂縫區(qū)域在該坐標(biāo)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行投影，在X軸上投影為曲線A’B’所確定的區(qū)域，在y軸上投影為曲線C’D’所確定的區(qū)域；至此，界定一個(gè)矩形區(qū)域abcd，從而確定了孔洞在原二值圖中的大致位置，也就確定了在原始圖像中的位置。步驟(4)中所述對孔洞信息進(jìn)行分類的過程為判定投影分布在X軸和y軸的投影分布形狀相差不大的為正?？锥辞闆r；投影分布在I軸長度遠(yuǎn)大于X軸長度的為小車行駛至防水板縱向邊緣附近情況；投影分布在X軸長度遠(yuǎn)大于y軸長度的為小車行駛至防水板環(huán)向邊緣附近情況。步驟(5)中所述根據(jù)投影圖初步定位孔洞在圖像中的位置包括將圖像的掃描方向作為橫軸，與橫軸正交方向上存在的圖像的灰度值總和作為縱軸，確定出一個(gè)坐標(biāo)區(qū)域，將二值圖中的孔洞區(qū)域分別投影在該坐標(biāo)區(qū)域內(nèi)的橫軸和縱軸上，得到兩條一維曲線，從橫軸上一維曲線投影圖的左右兩個(gè)端點(diǎn)分別作垂直于橫軸的直線，從縱軸上一維曲線的投影圖的上下兩個(gè)端點(diǎn)分別作垂直于縱軸的直線，將該4條直線所界定的矩形區(qū)域abed中a點(diǎn)坐標(biāo)作為孔洞在原二值圖中的位置。步驟(6)中所述小車轉(zhuǎn)向模塊108觸發(fā)時(shí)將關(guān)閉小車前進(jìn)電機(jī)M1，開啟驅(qū)動小車沿前進(jìn)垂直方向移動電機(jī)M2，移動小車原前進(jìn)方向拍攝圖片寬度距離，并關(guān)閉該電機(jī)M2 ；同時(shí)，開啟小車頂部控制圖像采集Al與孔洞標(biāo)記BI前后位置的電機(jī)M3旋轉(zhuǎn)180度；重啟電機(jī)Ml，并使小車沿原前進(jìn)方向的反方向移動。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果1、實(shí)現(xiàn)了全自動檢測和識別標(biāo)記已鋪設(shè)段防水板孔洞，整個(gè)識別標(biāo)記過程不需要人工參與，從而克服了人工識別方法具有的勞動強(qiáng)度大、安全性低、識別精度低和工作效率低的缺點(diǎn)；
2、可以將采集到的防水板孔洞圖像進(jìn)行處理，大大提高了檢測工作效率。3、可以對整個(gè)隧道防水板孔洞信息進(jìn)行系統(tǒng)化儲存，為將來隧道運(yùn)營過程中滲漏水處置提供依據(jù)。使處置有源可尋，大大降低隧道滲漏水處置費(fèi)用。4、可以為我國的智能交通系統(tǒng)提供一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，有助于提高我國的交通信息技術(shù)水平。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中實(shí)施例的流程圖3是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例中利用投影技術(shù)對孔洞進(jìn)行定位的示意圖4是本發(fā)明實(shí)施例中判別小車轉(zhuǎn)向的示意圖。
具體實(shí)施例方式一種識別隧道已鋪設(shè)段防水板孔洞的系統(tǒng)，如圖I所示，該系統(tǒng)包括小車101，小車101上面集成有供電模塊102、測距模塊103、圖像采集模塊104、圖像處理模塊105、孔洞識別模塊106、孔洞標(biāo)記模塊107和小車轉(zhuǎn)向模塊108 ;其中
所述的小車101能吸附到已掛設(shè)的隧道防水板表面，并沿隧道防水板做環(huán)向移動、縱向移動或停止的動作；
所述的供電模塊102用于對系統(tǒng)中小車101、測距模塊103、圖像采集模塊104、圖像處理模塊105、孔洞識別模塊106、孔洞標(biāo)記模塊107和小車轉(zhuǎn)向模塊108進(jìn)行供電；
所述的測距模塊103用于記錄小車101的車輪轉(zhuǎn)數(shù)，根據(jù)車輪轉(zhuǎn)數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算小車行駛距離，并且在承載車每行駛一個(gè)設(shè)定的路程單元長度和小車行駛到防水板邊緣時(shí)，向圖像采集模塊104輸出距離觸發(fā)信號；
所述的圖像采集模塊104用于接收測距模塊103發(fā)來的觸發(fā)信號，對防水板表面進(jìn)行圖像拍攝，并將拍攝的圖像輸出到圖像處理模塊105 ；
所述的圖像處理模塊105用于將拍攝到的彩色圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，把數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖，并使用邊緣檢測算子對轉(zhuǎn)換后的灰度圖進(jìn)行圖像增強(qiáng)，通過灰度圖來判斷圖像是否有孔洞；
所述的孔洞識別模塊106用于接收圖像處理模塊105處理后的圖像，并對處理后圖像進(jìn)行識別，并對孔洞進(jìn)行定位，根據(jù)定位結(jié)果進(jìn)行分類；
所述的孔洞標(biāo)記模塊107用于對孔洞的坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)記并存儲標(biāo)記結(jié)果，也洞的標(biāo)記是根據(jù)圖像處理模塊106定位的的孔洞坐標(biāo)進(jìn)行的；
所述的小車轉(zhuǎn)向模塊108用于改變小車101的行駛方向以及圖像采集模塊104和孔洞標(biāo)記模塊107的相對位置。一種識別隧道已鋪設(shè)段防水板孔洞的方法，包括以下步驟
(1)開啟小車101，并使用供電模塊102向系統(tǒng)中的其它各個(gè)模塊供電。承載小車101能吸附到已掛設(shè)的隧道防水板表面，并且能提供穩(wěn)定的行駛速度，實(shí)時(shí)判斷計(jì)算出小車行駛距離是否等于設(shè)定的路程單元長度，如果是，則執(zhí)行步驟(2)，否則，返回步驟(I)；
(2)當(dāng)測距模塊103測量的小車101所行駛的路程長度等于系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的路程單元長度時(shí)，向圖像采集模塊104發(fā)出距離觸發(fā)信號，圖像采集模塊104對防水板表面圖像進(jìn)行拍攝，并將拍攝的圖像傳輸給圖像處理模塊105 ；
測距模塊103根據(jù)其記錄的小車101行駛時(shí)的車輪轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算小車101行駛的距離。系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的路程單元長度則是根據(jù)圖像采集模塊104采集到的每幅圖像所能覆蓋的路程長度確定的。(3)圖像處理模塊105將彩色圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，將數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖，并使用邊緣檢測算子對轉(zhuǎn)換后的灰度圖進(jìn)行圖像增強(qiáng)，通過對灰度圖中每個(gè)像素的灰度值進(jìn)行歸一化運(yùn)算，通過判斷灰度值是否有突變，和突變點(diǎn)的分布范圍和連續(xù)分布大小來判斷圖像是否有孔洞，如果圖像區(qū)域內(nèi)無孔洞，則小車正常行駛，其他模塊無響應(yīng)，如果圖像區(qū)域內(nèi)有孔洞，則執(zhí)行步驟⑷；
圖像采集模塊104包括高速電荷耦合器件(CCD)攝像機(jī)和輔助照明設(shè)備。其中，高速CCD攝像機(jī)具有較高的分辮率，以及速度極高的快門，每當(dāng)接收到測距模塊103發(fā)來的距離觸發(fā)信號后，高速CCD攝像機(jī)則對路面進(jìn)行圖像拍攝，然后將拍攝出的24位彩色圖像輸出到圖像處理模塊105。輔助照明設(shè)備為高速CCD攝像機(jī)提供充足且均勻的光照條件，保證高速CCD攝像機(jī)拍攝的圖像質(zhì)量。圖像處理模塊105對接收到的彩色圖像進(jìn)行圖像處理，這里，圖像處理模塊105內(nèi)部可包括一個(gè)視頻采集卡，因?yàn)楦咚貱CD攝像機(jī)拍攝出的圖像為視頻信號，使用內(nèi)部的視、頻采集卡將視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從而使本發(fā)明的系統(tǒng)可對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字圖像進(jìn)行圖像處理。將數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖，并使用邊緣檢測算子對轉(zhuǎn)換后的灰度圖進(jìn)行圖像增強(qiáng)，通過對灰度圖中每個(gè)像素的灰度值進(jìn)行歸一化運(yùn)算，通過判斷灰度值是否有突變，和突變點(diǎn)的分布范圍和連續(xù)分布大小來判斷當(dāng)前圖像有無孔洞，如果有連續(xù)分布的灰度值突變，說明圖像區(qū)域內(nèi)有孔洞，則執(zhí)行步驟205。(4)孔洞識別模塊106接收到圖像處理模塊105發(fā)來的處理后的圖像后，對圖像進(jìn)行識別，并對孔洞進(jìn)行定位，根據(jù)定位結(jié)果進(jìn)行分類；分類為正常的孔洞，則執(zhí)行步驟5 ;分類為小車行駛至防水板縱向邊緣，則執(zhí)行步驟6;分類為小車行駛至防水板環(huán)向邊緣，則執(zhí)行步驟⑵；
孔洞識別模塊106接收到圖像處理模塊105發(fā)來的處理后的圖像后，先將灰度圖像二值化，去除圖像中面積過小的，可以肯定不是孔洞的區(qū)域。為定位孔洞，將背景區(qū)域膨脹，腐蝕去無關(guān)的小顆粒，查找連通域邊界，并用傅立葉變換通過孔洞模板與待處理白色連通區(qū) 域圖像匹配的思想來找出所有連通域中最可能是孔洞的那一個(gè)。并對處理后的孔洞進(jìn)行定位，根據(jù)定位結(jié)果進(jìn)行分類。第一類為正常的孔洞，孔洞識別模塊106將激發(fā)孔洞標(biāo)記模塊107，孔洞標(biāo)記模塊記錄下孔洞的坐標(biāo)位置，并進(jìn)行標(biāo)記。第二類為小車行駛至防水板縱向邊緣附近時(shí)拍攝圖片，孔洞識別模塊106將激發(fā)小車轉(zhuǎn)向模塊108，使小車改變形式方向以及圖像采集模塊和孔洞標(biāo)記模塊的相對位置。第三類為小車行駛至防水板環(huán)向邊緣附近時(shí)拍攝圖片，孔洞識別模塊106將激發(fā)小車供電模塊102，停止供電，識別結(jié)束?？锥吹淖R別過程為先將灰度圖像二值化，去除圖像中面積過小的，可以肯定不是孔洞的區(qū)域，如為定位孔洞，將背景區(qū)域膨脹，腐蝕去無關(guān)的小顆粒，查找連通域邊界，并用傅立葉變換通過孔洞模板與待處理白色連通區(qū)域圖像匹配的思想來找出所有連通域中最可能是孔洞的那一個(gè)。對圖像中的孔洞進(jìn)行定位的過程為將圖像的掃描方向即與小車101行駛方向作為橫軸(X軸)，與X軸正交方向上存在的圖像的灰度值總和作為縱軸(y軸)，確定出一個(gè)坐標(biāo)區(qū)域?？锥醋R別模塊106將二值圖中的裂縫區(qū)域(曲線ABCD所確定的區(qū)域)在該坐標(biāo)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行投影，在X軸上投影為曲線A’ B’所確定的區(qū)域，在y軸上投影為曲線C’ D’所確定的區(qū)域。至此，界定一個(gè)矩形區(qū)域abcd，從而確定了孔洞在原二值圖中的大致位置，也就確定了在原始圖像中的位置。對孔洞信息進(jìn)行分類的過程為判定投影分布在X軸和y軸的投影分布形狀相差不大的為正?？锥辞闆r；投影分布在I軸長度遠(yuǎn)大于X軸長度的為小車行駛至防水板縱向邊緣附近情況；投影分布在X軸長度遠(yuǎn)大于y軸長度的為小車行駛至防水板環(huán)向邊緣附近情況。(5)孔洞標(biāo)記模塊107根據(jù)圖像處理模塊105的孔洞坐標(biāo)完成定位并標(biāo)記，同時(shí)將孔洞在單幀圖像中以圖像左下角點(diǎn)為原點(diǎn)，小車前進(jìn)方向拍攝圖片長度為X軸長度，垂直于小車前進(jìn)方向拍攝圖片寬度為y軸長度的局部坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，轉(zhuǎn)換到以檢測小車起點(diǎn)為原點(diǎn)，防水板縱向長度為Y軸長度，防水板環(huán)向長度為X軸長度的整體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，存儲到孔洞標(biāo)記模塊107中，待一幅防水板檢測完畢后進(jìn)行導(dǎo)出；
孔洞標(biāo)記模塊107在步驟205中孔洞識別模塊106將圖像判定為第一類時(shí)觸發(fā)。并將孔洞識別模塊確定的孔洞矩形區(qū)域abcd四個(gè)點(diǎn)中的a點(diǎn)坐標(biāo)(xO，y0)進(jìn)行存儲，同時(shí)驅(qū)動標(biāo)記噴頭沿小車表面的運(yùn)動軌跡，y方向即小車前進(jìn)的法線方向，先移動dy, dy=yOo x方向即小車前進(jìn)方向，移動dx，dx=xO,由于小車移動速度遠(yuǎn)小于噴頭移動速度，故X方向由于小車移動導(dǎo)致的誤差不計(jì)。同時(shí)將孔洞在單幀圖像中以圖像左下角點(diǎn)為原點(diǎn)，小車前進(jìn)方向拍攝圖片長度為X軸長度，垂直于為小車前進(jìn)方向拍攝圖片寬度為y軸長度的局部坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換到以檢測小車起點(diǎn)(已鋪設(shè)防水板左下角)為原點(diǎn)，防水板縱向長度為Y軸長度，防水板環(huán)向長度為X軸長度的整體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。存儲到孔洞標(biāo)記模塊中，待一幅防水板檢測完畢后進(jìn)行導(dǎo)出，如圖3所示。(6)觸發(fā)小車轉(zhuǎn)向模塊108，改變小車101行駛方向以及圖像采集模塊104和孔洞標(biāo)記模塊107的相對位置；所述小車轉(zhuǎn)向模塊108觸發(fā)時(shí)將關(guān)閉小車前進(jìn)電機(jī)M1，開啟驅(qū)動小車沿前進(jìn)垂直方向移動電機(jī)M2，移動小車原前進(jìn)方向拍攝圖片寬度距離，并關(guān)閉該電機(jī)M2 ;同時(shí)，開啟小車頂部控制圖像采集Al與孔洞標(biāo)記BI前后位置的電機(jī)M3旋轉(zhuǎn)180度；重啟電機(jī)Ml,并使小車沿原前進(jìn)方向的反方向移動,如圖4所示。(7)孔洞標(biāo)記模塊107完成當(dāng)前所檢測防水板孔洞的檢測，并對所檢測防水 板的整幅孔洞坐標(biāo)儲存，觸發(fā)小車供電模塊102，停止供電，識別過程結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種識別隧道已鋪設(shè)段防水板孔洞的系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)包括小車(101)，小車(101)上面集成有供電模塊(102)、測距模塊(103)、圖像采集模塊(104)、圖像處理模塊(105)、孔洞識別模塊(106)、孔洞標(biāo)記模塊(107)和小車轉(zhuǎn)向模塊(108);其中 所述的小車(101)能吸附到已掛設(shè)的隧道防水板表面，并沿隧道防水板做環(huán)向移動、縱向移動或停止的動作； 所述的供電模塊(102)用于對系統(tǒng)中小車(101)、測距模塊(103)、圖像采集模塊(104)、圖像處理模塊(105)、孔洞識別模塊(106)、孔洞標(biāo)記模塊(107)和小車轉(zhuǎn)向模塊(108)進(jìn)行供電； 所述的測距模塊(103)用于記錄小車(101)的車輪轉(zhuǎn)數(shù)，根據(jù)車輪轉(zhuǎn)數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算小車行駛距離，并且在承載車每行駛一個(gè)設(shè)定的路程單元長度和小車行駛到防水板邊緣時(shí)，向圖像采集模塊(104)輸出距離觸發(fā)信號； 所述的圖像采集模塊(104)用于接收測距模塊(103)發(fā)來的觸發(fā)信號，對防水板表面進(jìn)行圖像拍攝，并將拍攝的圖像輸出到圖像處理模塊(105); 所述的圖像處理模塊(105)用于將拍攝到的彩色圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，把數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖，并使用邊緣檢測算子對轉(zhuǎn)換后的灰度圖進(jìn)行圖像增強(qiáng)，通過灰度圖來判斷圖像是否有孔洞； 所述的孔洞識別模塊(106)用于接收圖像處理模塊(105)處理后的圖像，并對處理后圖像進(jìn)行識別，并對孔洞進(jìn)行定位，根據(jù)定位結(jié)果進(jìn)行分類； 所述的孔洞標(biāo)記模塊(107)用于對孔洞的坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)記并存儲標(biāo)記結(jié)果，也洞的標(biāo)記是根據(jù)圖像處理模塊(106)定位的的孔洞坐標(biāo)進(jìn)行的； 所述的小車轉(zhuǎn)向模塊(108)用于改變小車(101)的行駛方向以及圖像采集模塊(104)和孔洞標(biāo)記模塊(107)的相對位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的識別隧道已鋪設(shè)段防水板孔洞的系統(tǒng)，其特征是所述的路程單元長度為所述圖像采集模塊(104)拍攝出的一幀圖片所覆蓋的路程長度。
3.一種識別隧道已鋪設(shè)段防水板孔洞的方法，其特征是它包括以下步驟 (1)先使小車沿隧道環(huán)向防水板表面行駛，并實(shí)時(shí)判斷計(jì)算出小車行駛距離是否等于設(shè)定的路程單元長度，如果是，則執(zhí)行步驟(2)，否則，返回步驟(I)；(2)當(dāng)測距模塊103中測量的小車101所行駛的路程長度等于系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的路程單元長度時(shí)，向圖像采集模塊104發(fā)出距離觸發(fā)信號，圖像采集模塊(104)對防水板表面圖像進(jìn)行拍攝，并將拍攝的圖像傳輸給圖像處理模塊(105)；(3)圖像處理模塊(105)將彩色圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，將數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖，并使用邊緣檢測算子對轉(zhuǎn)換后的灰度圖進(jìn)行圖像增強(qiáng)，通過對灰度圖中每個(gè)像素的灰度值進(jìn)行歸一化運(yùn)算，通過判斷灰度值是否有突變，和突變點(diǎn)的分布范圍和連續(xù)分布大小來判斷圖像是否有孔洞，如果圖像區(qū)域內(nèi)無孔洞，則小車正常行駛，其他模塊無響應(yīng)，如果圖像區(qū)域內(nèi)有孔洞，則執(zhí)行步驟⑷；(4)孔洞識別模塊(106)接收到圖像處理模塊(105)發(fā)來的處理后的圖像后，對圖像進(jìn)行識別，并對孔洞進(jìn)行定位，根據(jù)定位結(jié)果進(jìn)行分類；分類為正常的孔洞，則執(zhí)行步驟(5);分類為小車行駛至防水板縱向邊緣，則執(zhí)行步驟(6);分類為小車行駛至防水板環(huán)向邊緣，則執(zhí)行步驟(7)；(5)孔洞標(biāo)記模塊(107)根據(jù)圖像處理模塊(105)的孔洞坐標(biāo)完成定位并標(biāo)記，同時(shí)將孔洞在單幀圖像中以圖像左下角點(diǎn)為原點(diǎn)，小車前進(jìn)方向拍攝圖片長度為X軸長度，垂直于小車前進(jìn)方向拍攝圖片寬度為y軸長度的局部坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，轉(zhuǎn)換到以檢測小車起點(diǎn)為原點(diǎn)，防水板縱向長度為Y軸長度，防水板環(huán)向長度為X軸長度的整體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，存儲到孔洞標(biāo)記模塊(107)中，待一幅防水板檢測完畢后進(jìn)行導(dǎo)出；(6)觸發(fā)小車轉(zhuǎn)向模塊(108)，改變小車(101)行駛方向以及圖像采集模塊(104)和孔洞標(biāo)記模塊(107)的相對位置；(7)孔洞標(biāo)記模塊(107)完成當(dāng)前所檢測防水板孔洞的檢測，并對所檢測防水板的整幅孔洞坐標(biāo)儲存，觸發(fā)小車供電模塊(102)，停止供電，識別過程結(jié)束。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的識別隧道已鋪設(shè)段防水板孔洞的方法，其特征是步驟(4)中孔洞的識別過程為先將灰度圖像二值化，去除圖像中面積過小的，可以肯定不是孔洞的區(qū)域，如為定位孔洞，將背景區(qū)域膨脹，腐蝕去無關(guān)的小顆粒，查找連通域邊界，并用傅立葉變換通過孔洞模板與待處理白色連通區(qū)域圖像匹配的思想來找出所有連通域中最可能是孔洞的那一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的識別隧道已鋪設(shè)段防水板孔洞的方法，其特征是步驟(4)中對圖像中的孔洞進(jìn)行定位的過程為將圖像的掃描方向即與小(101)行駛方向作為X軸，與X軸正交方向上存在的圖像的灰度值總和作為縱軸y軸，確定出一個(gè)坐標(biāo)區(qū)域，孔洞識別模塊(106)將二值圖中的裂縫區(qū)域在該坐標(biāo)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行投影，在X軸上投影為曲線A’B’所確定的區(qū)域，在I軸上投影為曲線C’ D’所確定的區(qū)域；至此，界定一個(gè)矩形區(qū)域abcd，從而確定了孔洞在原二值圖中的大致位置，也就確定了在原始圖像中的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的識別隧道已鋪設(shè)段防水板孔洞的方法，其特征是步驟(4)中所述對孔洞信息進(jìn)行分類的過程為判定投影分布在X軸和y軸的投影分布形狀相差不大的為正?？锥辞闆r；投影分布在I軸長度遠(yuǎn)大于X軸長度的為小車行駛至防水板縱向邊緣附近情況；投影分布在X軸長度遠(yuǎn)大于y軸長度的為小車行駛至防水板環(huán)向邊緣附近情況。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的識別隧道已鋪設(shè)段防水板孔洞的方法，其特征是步驟(5)中所述根據(jù)投影圖初步定位孔洞在圖像中的位置包括將圖像的掃描方向作為橫軸，與橫軸正交方向上存在的圖像的灰度值總和作為縱軸，確定出一個(gè)坐標(biāo)區(qū)域，將二值圖中的孔洞區(qū)域分別投影在該坐標(biāo)區(qū)域內(nèi)的橫軸和縱軸上，得到兩條一維曲線，從橫軸上一維曲線投影圖的左右兩個(gè)端點(diǎn)分別作垂直于橫軸的直線，從縱軸上一維曲線的投影圖的上下兩個(gè)端點(diǎn)分別作垂直于縱軸的直線，將該4條直線所界定的矩形區(qū)域abed中a點(diǎn)坐標(biāo)作為孔洞在原二值圖中的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的識別隧道已鋪設(shè)段防水板孔洞的方法，其特征是步驟(6)中所述小車轉(zhuǎn)向模塊(108)觸發(fā)時(shí)將關(guān)閉小車前進(jìn)電機(jī)Ml，開啟驅(qū)動小車沿前進(jìn)垂直方向移動電機(jī)M2，移動小車原前進(jìn)方向拍攝圖片寬度距離，并關(guān)閉該電機(jī)M2 ;同時(shí)，開啟小車頂部控制圖像采集Al與孔洞標(biāo)記BI前后位置的電機(jī)M3旋轉(zhuǎn)180度；重啟電機(jī)M1，并使小車沿原前進(jìn)方向的反方向移動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種識別隧道已鋪設(shè)段防水板表面孔洞的系統(tǒng)和方法，利用數(shù)字成像技術(shù)獲取已鋪設(shè)段防水板表面數(shù)據(jù)信息，通過數(shù)字圖像處理及模式識別技術(shù)對防水板表面孔洞進(jìn)行精確定位，同時(shí)進(jìn)行標(biāo)記。本發(fā)明提出的系統(tǒng)和方法實(shí)現(xiàn)了全自動檢測和識別并標(biāo)記已鋪設(shè)段防水板表面孔洞，從而克服了人工識別方法的勞動強(qiáng)度大、安全性低、工作效率低和識別結(jié)果精確度較低的缺點(diǎn)，同時(shí)，大大提高了工作效率。從而大大提高了防水板的防水性能。
文檔編號G01N21/88GK102706883SQ20121013654
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月6日
發(fā)明者劉海, 孫志杰, 宿鐘鳴, 張翛, 申俊敏, 董立山 申請人:山西交科公路勘察設(shè)計(jì)院, 山西省交通科學(xué)研究院