一种基于机器视觉的隧道超欠挖检测方法及检测仪技术

本发明专利技术涉及一种隧道超欠挖检测方法及装置。一种基于机器视觉的隧道超欠挖检测方法，在施工隧道待检测区域前方采用圆形激光器向隧道壁上打出圆形激光标记线，采用线性激光器在隧道壁的一侧打出线性激光线，并使所述线性激光线与圆形标记线保持垂直；然后保持线性激光线与圆形标记线垂直，使线性激光线沿隧道壁从一侧移动至另一侧，使用摄像头记录线性激光线的轨迹，并根据这些线性激光线绘制隧道壁的3D轮廓图；再将待检测区域隧道壁的3D结构数据与隧道设计图中的数据进行比对，得出隧道超欠挖情况。一种基于机器视觉的隧道超欠挖检测仪，包括圆形激光器、线性激光器、摄像头以及处理器。本发明专利技术实现过程简单、经济，效果好，能够有效降低施工成本。

A Detection Method and Instrument for Tunnel Overbreak and Underbreak Based on Machine Vision

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的隧道超欠挖检测方法及检测仪
本专利技术涉及一种隧道超欠挖检测方法及装置。
技术介绍
隧道超欠挖检测在隧道施工过程中至关重要。目前施工现场主要采用国外进口的3D激光扫描仪对隧道施工超欠挖进行测量。然而3D激光扫描仪价格昂贵，效率不高。因此，为了更好地降低施工成本，并保证工程质量，有必要提出一种经济、简单且行之有效的隧道超欠挖检测方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术不足，提出一种基于机器视觉的隧道超欠挖检测方法，并提出一种基于机器视觉的隧道超欠挖检测仪，该检测方法及检测仪具有效率高、成本低等优点。本专利技术采用的技术方案：一种基于机器视觉的隧道超欠挖检测方法，包括步骤如下：步骤S1：在施工隧道待检测区域前方，采用圆形激光器向待检测区域的隧道壁上打出圆形激光线，作为标记线3；步骤S2：通过摄像头（与上述圆形激光器安装在一起）观测上述标记线3的形状，调整摄像头位置和姿态，使摄像头的位置位于隧道横截面的垂直中心线上；步骤S3：采用线性激光器在隧道壁的一侧打出线性激光线2，使所述线性激光线2与标记线3之间保持垂直状态；步骤S4：采用手动或者自动的方式，使线性激光线2沿隧道壁从一侧移动至另一侧，并使线性激光线2与标记线3之间保持垂直；步骤S5：在线性激光线2移动的过程中，使用摄像头记录线性激光线2的轨迹，并根据这些线性激光线2绘制隧道壁的3D轮廓图；步骤S6：将待检测区域隧道壁的3D结构数据与隧道设计图中的数据进行比对，得出隧道超欠挖情况，并采用不同色彩的标记向用户展示。所述的基于机器视觉的隧道超欠挖检测方法，步骤S2中，对摄像头位置和姿态进行判断和调整的过程如下述：如果该标记线3的形状为左右对称的圆弧形，则说明摄像头的位置位于隧道横截面的垂直中心线上，否则需要采用人工或者自动的方式调节摄像头（和圆形激光器一起）的位置，直到圆形激光器在隧道壁上打出的标记线3呈左右对称的圆弧形。所述的基于机器视觉的隧道超欠挖检测方法，步骤S3中，如果所述线性激光线2与标记线3之间不呈垂直状态，则通过手动或者自动的方式调整线性激光器的角度，使线性激光线2与标记线3之间保持垂直状态。一种实现所述隧道超欠挖检测方法的基于机器视觉的隧道超欠挖检测仪，包括圆形激光器14、线性激光器18、摄像头13、处理器以及外围控制电路，所述处理器通过I/O口控制连接圆形激光器14和线性激光器18，并通过并行接口与摄像头13交互通讯连接；所述圆形激光器14、线性激光器18和摄像头13安装于设置于仪器底座10上的旋转载台7上，所述仪器底座10下部设有支架11。所述线性激光器18通过微调电机17以及扫描电机16安装于旋转载台7上，所述旋转载台7设置于旋转驱动机构8上，所述微调电机17、扫描电机16以及转驱动机构8受控连接于所述处理器。所述旋转载台7通过其旋转驱动机构8固定在平移载台9上，所述平移载台9通过平移机构12实现在仪器底座10上的平移微调；平移机构的平移电机控制电路的控制信号由处理器给出。所述的基于机器视觉的隧道超欠挖检测仪，仪器底座10下部设有支架11，所述支架11采用自调节支架，检测仪的倾斜姿态通过自调节支架的三个线性电机进行调节，各个电机控制电路的控制信号由处理器给出。专利技术有益效果：1、本专利技术基于机器视觉的隧道超欠挖检测方法，实现过程简单、经济，且效果好，能够有效降低施工成本。采用两个光线垂直交叉的线性激光器，使用摄像头记录移动线性激光线的轨迹，并根据这些线性激光线绘制隧道壁的3D轮廓图；然后将待检测区域隧道壁的3D结构数据与隧道设计图中的数据进行比对，得出隧道超欠挖情况，并采用不同色彩的标记向用户展示。生动、直观。2、本专利技术基于机器视觉的隧道超欠挖检测仪，结构设计合理，安装、调试和操作程序简单，便于恶劣环境中的快速部署和使用。成本低，容易实现，能够有效检测出隧道超欠挖检测。经济实惠，有利于推广普及，以节约工程开支。附图说明图1为本专利技术基于机器视觉的隧道超欠挖检测方法检测原理示意图；图2为本专利技术基于机器视觉的隧道超欠挖检测仪硬件电路结构组成；图3～图5分别为本专利技术基于机器视觉的隧道超欠挖检测仪主视图及左、右两侧视图；图6为本专利技术基于机器视觉的隧道超欠挖检测仪工作流程示意图。具体实施方式下面通过具体实施方式，对本专利技术技术方案做进一步的详细描述。以下各实施例仅用于说明本专利技术，不应当构成对本专利技术保护范围的限定。本领域技术人员在现有技术范围内，采用惯用技术手段的置换以及和现有技术进行简单组合，均不脱离本专利技术保护范围。实施例1参见图1，本专利技术基于机器视觉的隧道超欠挖检测方法，实现步骤如下：步骤S1：在施工隧道待检测区域前方，采用圆形激光器向待检测区域的隧道壁1上打出圆形激光线，作为标记线3；步骤S2：通过摄像头（与上述圆形激光器安装在一起）观测标记线3的形状，调整摄像头位置和姿态，使摄像头的位置位于隧道横截面的垂直中心线上；步骤S3：采用线性激光器在隧道壁的一侧打出线性激光线2，使所述线性激光线2与标记线3之间保持垂直状态；步骤S4：采用手动或者自动的方式，使线性激光线2沿隧道壁从一侧移动至另一侧，并使线性激光线2与标记线3之间保持垂直；步骤S5：在线性激光线2移动的过程中，使用摄像头记录线性激光线2的轨迹，并根据这些线性激光线2绘制隧道壁的3D轮廓图；步骤S6：将待检测区域隧道壁的3D结构数据与隧道设计图中的数据进行比对，得出隧道超欠挖情况，并采用不同色彩的标记向用户展示。实施例2参见图1，本实施例基于机器视觉的隧道超欠挖检测方法，和实施例1的不同之处在于：步骤S2中，对摄像头位置和姿态进行判断和调整的过程如下述：如果该标记线3的形状为左右对称的圆弧形，则说明摄像头的位置位于隧道横截面的垂直中心线上，否则需要采用人工或者自动的方式调节摄像头（和圆形激光器一起）的位置，直到圆形激光器在隧道壁上打出的标记线3呈左右对称的圆弧形。实施例3参见图1，本实施例的基于机器视觉的隧道超欠挖检测方法，和实施例1或实施例2的不同之处在于：步骤S3中，如果所述线性激光线2与标记线3之间不呈垂直状态，则通过手动或者自动的方式调整线性激光器的角度，使线性激光线2与标记线3之间保持垂直状态。实施例4参见图2～图5，本实施例为实现前述隧道超欠挖检测方法的基于机器视觉的隧道超欠挖检测仪，包括圆形激光器14、线性激光器18、摄像头13以及处理器以及外围控制电路，所述处理器通过I/O口控制连接圆形激光器14和线性激光器18，并通过并行接口与摄像头13交互通讯连接；所述圆形激光器14、线性激光器18和摄像头13安装于设置于仪器底座10上的旋转载台7上，所述仪器底座10下部设有支架11。实施例5参见图2～图5，本实施例基于机器视觉的隧道超欠挖检测仪，与实施例4不同的是：进一步的，所述线性激光器18通过微调电机17以及扫描电机16安装于旋转载台7上，所述旋转载台7设置于旋转驱动机构8上，所述微调电机17和扫描电机16以及旋转驱动机构8受控连接于所述处理器。实施例6参见图2～图5，本实施例基于机器视觉的隧道超欠挖检测仪，与实施例4或5不同的是：所述旋转载台7通过其旋转驱动机构8固定在平移载台9上，平移载台9通过平移机构12实现在仪器底座10上的平移微调；平移机构的电机控制电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的隧道超欠挖检测方法，步骤如下：步骤S1：在施工隧道待检测区域前方，采用圆形激光器向待检测区域的隧道壁上打出圆形激光线，作为标记线（3）；步骤S2：通过摄像头观测上述标记线（3）的形状，调整摄像头位置和姿态，使摄像头的位置位于隧道横截面的垂直中心线上；步骤S3：采用线性激光器在隧道壁的一侧打出线性激光线（2），使所述线性激光线（2）与标记线（3）之间保持垂直状态；步骤S4：采用手动或者自动的方式，使线性激光线（2）沿隧道壁从一侧移动至另一侧，并使线性激光线（2）与标记线（3）之间保持垂直；步骤S5：在线性激光线（2）移动的过程中，使用摄像头记录线性激光线的轨迹，并根据这些线性激光线绘制隧道壁的3D轮廓图；步骤S6：将待检测区域隧道壁的3D结构数据与隧道设计图中的数据进行比对，得出隧道超欠挖情况，并采用不同色彩的标记向用户展示。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的隧道超欠挖检测方法，步骤如下：步骤S1：在施工隧道待检测区域前方，采用圆形激光器向待检测区域的隧道壁上打出圆形激光线，作为标记线（3）；步骤S2：通过摄像头观测上述标记线（3）的形状，调整摄像头位置和姿态，使摄像头的位置位于隧道横截面的垂直中心线上；步骤S3：采用线性激光器在隧道壁的一侧打出线性激光线（2），使所述线性激光线（2）与标记线（3）之间保持垂直状态；步骤S4：采用手动或者自动的方式，使线性激光线（2）沿隧道壁从一侧移动至另一侧，并使线性激光线（2）与标记线（3）之间保持垂直；步骤S5：在线性激光线（2）移动的过程中，使用摄像头记录线性激光线的轨迹，并根据这些线性激光线绘制隧道壁的3D轮廓图；步骤S6：将待检测区域隧道壁的3D结构数据与隧道设计图中的数据进行比对，得出隧道超欠挖情况，并采用不同色彩的标记向用户展示。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的隧道超欠挖检测方法，其特征在于：步骤S2中，对摄像头位置和姿态进行判断和调整的过程如下述：如果该标记线（3）的形状为左右对称的圆弧形，则说明摄像头的位置位于隧道横截面的垂直中心线上，否则需要采用人工或者自动的方式调节摄像头的位置，直到圆形激光器在隧道壁上打出的标记线（3）呈左右对称的圆弧形。3.根据权利要求1或2所述的基于机器视觉的隧道超欠挖检测方法，其特征在于：步骤S3中，如果所述线性激光线（2）与标记线（3）之间不呈垂直状态，则通过手动或者自动的方式调整线性激光器的角度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔立志，杨艺，李冰峰，王科平，李新伟，余琼霞，杨俊起，卜旭辉，王福忠，费树岷，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41