一种基于图像定位的建筑物结构雷达检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于图像定位的建筑物结构雷达检测装置及方法，该装置包括AI实时处理模块，与AI实时处理模块电连接的探地雷达控制模块、摄像头模块、触摸显示模块和距离编码器，与探地雷达控制模块电连接的探地雷达阵列天线，电源模块为装置内的各部件供电。本发明专利技术所公开的装置，采用集成化设计，单人单手即可操作，并能实时显示出建筑物结构的表面和内部真实状况；在室内没用卫星定位的时候，利用视频给出具体的检测位置和探测轨迹，不需布置网格扫描就可以进行大面积建筑物内部结构检测，检测效率大大提高。检测效率大大提高。检测效率大大提高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像定位的建筑物结构雷达检测装置及方法


[0001]本专利技术属于工程物探领域，特别涉及该领域中的一种基于探地雷达阵列和图像定位的便携式建筑物内部结构检测装置及方法。

技术介绍

[0002]探地雷达是一种检测隐蔽目标的可靠手段。利用发射天线向被检测物体（地质体、建筑物等）发射高频电磁波，通过反射或散射回来电磁波的时间滞后及强弱特征来研究被检测物体的结构及性质。在建筑物结构中常被用于建筑物改造或安装时的预先检测、混凝土内部的金属和非金属目标检测、混凝土厚度评估、钢筋分布情况检测、承重结构中的空洞及其他缺陷的检测。相对于超声波法和X射线法等其他检测技术，探地雷达法具有更高的目标分辨率和更快的检测效率，且能够形成目标的二维或三维图像。
[0003]现有的建筑物结构检测雷达主要有以下两种形式：第一种是通用式，利用单个高频天线配合探地雷达主机在电缆线的连接下完成对建筑物结构的检测。这种技术主要问题有：（1）通常需要两个人配合，一人控制主机另一人操作天线；（2）探测前需要布置网格测线，且成像质量和网格的间距密切相关；（3）测线的长度经常不一致，需要进行后期校正。第二种是专用式，部分探地雷达厂家开发了专用的建筑物内部结构检测雷达，如美国GSSI公司的StructureScan系列手持式结构扫描雷达、意大利RIS公司的C
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thrue系列雷达、瑞士Proceq公司的GPR Live雷达。这些雷达设备主要是将天线和雷达主控单元集成到一个设备中，并添加相应的采集处理软件，只需单人即可完成操作。这种技术的主要问题是（1）切片成像步骤复杂，同样需要布置网格测线，且必须严格横平竖直进行采集；（2）不能实时给出内部实际结构，需有经验人员进行判断；（3）结构物表面图像不能与内部雷达图像相印证。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种基于探地雷达阵列与视频图像复合的建筑物内部结构检测装置及方法。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：一种基于图像定位的建筑物结构雷达检测装置，其改进之处在于：包括AI实时处理模块，与AI实时处理模块电连接的探地雷达控制模块、摄像头模块、触摸显示模块和距离编码器，与探地雷达控制模块电连接的探地雷达阵列天线，电源模块为装置内的各部件供电。
[0006]进一步的，还包括一个密闭的壳体，该壳体内部分三层，底层放置探地雷达阵列天线，中层放置探地雷达控制模块、AI实时处理模块和电源模块，上层放置摄像头模块和触摸显示模块；距离编码器安装在装置轮子上。
[0007]进一步的，AI实时处理模块由紧凑式嵌入式计算平台组成，探地雷达控制模块接收到的回波数据、摄像头模块采集的图像、距离编码器发出的信号都输入到AI实时处理模块中存储，由AI实时处理模块完成雷达实时偏移成像和钢筋目标自动检测、利用图像配准
和拼接算法将雷达切片图像与视频中的位置一一对应，将结果显示到触摸显示模块中。
[0008]进一步的，探地雷达控制模块包括与探地雷达阵列天线中的发射天线电连接的发射机和与探地雷达阵列天线中的接收天线电连接的接收机，还包括与发射机和接收机电连接的多路时基控制单元，与接收机和多路时基控制单元电连接的数据采集控制单元，与数据采集控制单元电连接的ARM控制单元。
[0009]进一步的，发射机首先采用雪崩三极管产生大幅度高频脉冲，然后使用阶跃恢复二极管整形为皮秒级的脉冲；接收机采用取样接收机，将接收天线接收回来的射频信号转换成与原信号形状相同的中频信号，包括取样脉冲产生电路、取样门和保持放大电路；多路时基控制单元定义了雷达的工作流程和时序，将发射机、接收机和数据采集控制单元的工作同步起来，通过SPI串口接收数据采集控制单元发送的参数命令，通过FPGA控制所有发射天线和接收天线的开关、与ARM控制单元通信接收雷达参数、控制延时芯片、原始触发信号编码、控制雷达通道切换；数据采集控制单元由双DSP系统构成，通过USB接口接收触摸显示模块的命令参数，主DSP负责多通道数据采集以及数据的预处理，从DSP接收到主DSP发送的数据，进行多路回波数据的数据采集、通道分解、数据融合以及数据传输处理，处理后结果通过USB接口传送至ARM控制单元；ARM控制单元通过USB接口与数据采集控制单元进行数据通信，通过网口与AI实时处理模块相连，实现雷达控制、数据实时处理和数据传输。
[0010]进一步的，摄像头模块由一个双目摄像头和一个全景摄像头组成，双目摄像头用于下视图像的采集，采集的是建筑物结构的表面图像，全景摄像头用于前视数据的采集，双目摄像头和全景摄像头采集的数据通过USB接口或网口输入到AI实时处理模块中，并在触摸显示模块中显示。
[0011]进一步的，触摸显示模块用于显示雷达的原始数据、处理后的雷达切片与视频数据融合后的结果、双目摄像头的图片、全景摄像头的视频、并控制装置的启停和进行参数设置。
[0012]进一步的，距离编码器利用增量式光电旋转编码器发出脉冲触发信号，触发雷达和视频数据的采集。
[0013]进一步的，探地雷达阵列天线由五对中心频率为1600MHz的蝶形偶极子天线组成，五个接收天线一字水平排列，三个发射天线在接收天线的下方，两个发射天线在接收天线的上方，且在接收天线下方和上方的发射天线依次交替排列，五对天线共用同一个背腔，采用多层微波吸收材料填充整个天线与屏蔽壳。
[0014]一种基于图像定位的建筑物结构雷达检测方法，使用上述的装置，其改进之处在于，包括如下步骤：步骤1，确定检测区域，并在检测区域的四个角点粘贴不同的标识；步骤2，打开装置，使雷达和摄像头模块工作；步骤3，将装置紧贴墙壁，选择“波速标定”选项，利用共中心点法计算出需检测结构的电磁波波速值；步骤4，从任意一个角开始进行检测，同时采集雷达数据、双目摄像头数据以及全景摄像头数据；步骤5，利用初始得到的波速值，对雷达数据进行实时偏移，并根据偏移图像对波速进行校正，查看经过校正后的雷达数据，对建筑物内部疑似缺陷或异常进行标记；
步骤6，整个检测区域完成后，利用光流法进行SIFT特征点跟踪，估计出相机的运动曲线，相机的运动曲线就是雷达的探测轨迹，根据探测轨迹将雷达偏移成像后的数据、双目摄像头图像与实际位置一一对应并进行插值成像，得到整个检测区域内视频图像和雷达图像的对应关系，并显示结果和坐标；步骤7，通过全景图像，得到建筑物内钢筋分布图、保护层厚度值、建筑物内部隐藏缺陷图像和位置以及对应建筑物表面的图像。
[0015]进一步的，在步骤2中，分别控制五对天线的触发信号，驱动探地雷达阵列天线进行工作，同时产生一个10路回波串联合成的开关信号，控制不同天线的收发；在计算波速时控制发射天线T3发射，接收天线R1、R2、R3、R4、R5接收；在阵列测量时采用发射天线T1发射，接收天线R1、R2接收、发射天线T2发射，接收天线R2、R3接收、发射天线T3发射，接收天线R3、R4接收、发射天线T4发射，接收天线R4、R5接收、发射天线T5发射，接收天线R5接收的方式，总共采集九条本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像定位的建筑物结构雷达检测装置，其特征在于：包括AI实时处理模块，与AI实时处理模块电连接的探地雷达控制模块、摄像头模块、触摸显示模块和距离编码器，与探地雷达控制模块电连接的探地雷达阵列天线，电源模块为装置内的各部件供电。2.根据权利要求1所述基于图像定位的建筑物结构雷达检测装置，其特征在于：还包括一个密闭的壳体，该壳体内部分三层，底层放置探地雷达阵列天线，中层放置探地雷达控制模块、AI实时处理模块和电源模块，上层放置摄像头模块和触摸显示模块；距离编码器安装在装置轮子上。3.根据权利要求1所述基于图像定位的建筑物结构雷达检测装置，其特征在于：AI实时处理模块由紧凑式嵌入式计算平台组成，探地雷达控制模块接收到的回波数据、摄像头模块采集的图像、距离编码器发出的信号都输入到AI实时处理模块中存储，由AI实时处理模块完成雷达实时偏移成像和钢筋目标自动检测、利用图像配准和拼接算法将雷达切片图像与视频中的位置一一对应，将结果显示到触摸显示模块中。4.根据权利要求1所述基于图像定位的建筑物结构雷达检测装置，其特征在于：探地雷达控制模块包括与探地雷达阵列天线中的发射天线电连接的发射机和与探地雷达阵列天线中的接收天线电连接的接收机，还包括与发射机和接收机电连接的多路时基控制单元，与接收机和多路时基控制单元电连接的数据采集控制单元，与数据采集控制单元电连接的ARM控制单元。5.根据权利要求4所述基于图像定位的建筑物结构雷达检测装置，其特征在于：发射机首先采用雪崩三极管产生大幅度高频脉冲，然后使用阶跃恢复二极管整形为皮秒级的脉冲；接收机采用取样接收机，将接收天线接收回来的射频信号转换成与原信号形状相同的中频信号，包括取样脉冲产生电路、取样门和保持放大电路；多路时基控制单元定义了雷达的工作流程和时序，将发射机、接收机和数据采集控制单元的工作同步起来，通过SPI串口接收数据采集控制单元发送的参数命令，通过FPGA控制所有发射天线和接收天线的开关、与ARM控制单元通信接收雷达参数、控制延时芯片、原始触发信号编码、控制雷达通道切换；数据采集控制单元由双DSP系统构成，通过USB接口接收触摸显示模块的命令参数，主DSP负责多通道数据采集以及数据的预处理，从DSP接收到主DSP发送的数据，进行多路回波数据的数据采集、通道分解、数据融合以及数据传输处理，处理后结果通过USB接口传送至ARM控制单元；ARM控制单元通过USB接口与数据采集控制单元进行数据通信，通过网口与AI实时处理模块相连，实现雷达控制、数据实时处理和数据传输。6.根据权利要求1所述基于图像定位的建筑物结构雷达检测装置，其特征在于：摄像头模块由一个双目摄像头和一个全景摄像头组成，双目摄像头用于下视图像的采集，采集的是建筑物结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：施兴华，赵翠荣，张照，李少龙，李显超，
申请(专利权)人：中国电波传播研究所中国电子科技集团公司第二十二研究所，
类型：发明
国别省市：