[发明专利]基于激光扫描成像原理的隧道外观病害检测机器人

权利要求书

1.基于激光扫描成像原理的隧道外观病害检测机器人，其特征在于：包括激光扫描仪和车载系统；

所述激光扫描仪设置在车载系统上；激光扫描仪在车载系统行进过程中沿隧道360°旋转，激光测距仪在扫描头的扫描过程中自发自收脉冲信号，获得螺旋形的点云数据，量测隧道横断面轮廓；

在获得点云数据后，采用E.Level阀值滤波对激光成像中灰度值图像中的噪声点进行消除；

在经过噪声点消除之后，进行几何校正；

通过人工介入病害标识的方法，依次在检测成果平面图像上完成对整个隧道病害的标记，完成检测报告，形成断面检测报告。

2.根据权利要求1所述的基于激光扫描成像原理的隧道外观病害检测机器人，其特征在于：所述激光测距仪在扫描头的扫描过程中自发自收脉冲信号，获得螺旋形的点云数据具体为：

激光束对目标进行照射，目标的反射回波经光电成像探测器接收，通过信号处理获取目标的反射强度信息、目标至探测器的距离和速度信息，进而获得区别于背景的目标强度图像、距离图像和多普勒速度；

激光成像原理所采集得到的数据本质是激光反射点的反射强度信息，是以电子信号的形式返回到信号采集装置中；然后，通过设置ViS-divisor阀值通过计算将电子信号转化为计算机程序可识别灰度值；灰度值是指在灰度图像中每个像素点的数值，用以表示黑白图像中点的颜色深度，范围一般从0到255，白色为255，黑色为0，中间的数字从小到大表示由黑到白的过渡色，其数据类型为8位无符号整数的int8，放大后的图像为矩阵排列的不同灰度颜色的“小方块”，通过这些“小方块”的矩阵排列来成图；

通过VIS-divisor阀值的设置，以求在计算后滤除结果数据在[0,255]以外的灰度值，剔除数据异常点，保留有效数值，在结合数据采集时得到的每个像素的的位置信息，得到灰度图像矩阵，从而完成表观图像。

3.根据权利要求1所述的基于激光扫描成像原理的隧道外观病害检测机器人，其特征在于：所述采用E.Level阀值滤波对激光成像中灰度值图像中的噪声点进行消除具体为：灰度值为0到255范围内的数值，TS3使用中通滤波器的方式，分别定义高阀值A与低阀值B，将每个像素点的灰度值使用于该中通滤波器中，如若灰度值在A与B之间，则视之为有效点将其保留，反之则剔除。

4.根据权利要求1所述的基于激光扫描成像原理的隧道外观病害检测机器人，其特征在于：所述几何校正具体为：

1)车载系统速度校正

当车载系统行进速度过快时，造成同样距离内采集得到测线数量减少，如若需要在同样单位距离内通过后处理获得相同数量的测线，则需要采用插值算法对其进行插值计算；

插值法是利用函数f(x)在某区间中已知的若干点的函数值，作出适当的特定函数，在区间的其他点上用这特定函数的值作为函数f(x)的近似值；

2)车载系统前进线位校正

当车载系统行驶于某一直线时，激光扫描仪与边墙的距离固定不变，扫描区域为一个扇形，与边墙的距离为扇形直径，在直径恒定的情况下，扇形圆弧的长度与角度成正比，而角度等于角速度乘以时间，激光扫描头的角速度为300Hz，在同一时间内，如果距离不变，探头扫过的测线长度保持不变，表示该段距离内像素点密度恒定；

当行驶过程为非直线时，会改变扫描探头与边墙的距离，当距离增大时，扫描时间不变也就是角度不变的情况下，探头扫过的测线长度会增大，但像素点数量因为正比于扫描时间，像素点数量并没有增加，用相同数量的像素点去覆盖更长的测线，造成像素点密度的增大，为消除影响，则预先选取以标准剖面，用其套用所有测线所得断面的各位置像素点密度，使得结果标准化归一化。

5.根据权利要求1所述的基于激光扫描成像原理的隧道外观病害检测机器人，其特征在于：所述形成断面检测报告具体为：

检测成果以平面图像的形式显示隧道内部表面的情况，该图像为激光点云的形式获得，每个像素点的大小固定，图像能放大缩小并观察细部细节情况，通过人工介入病害标识的方法，依次在平面图像上完成对整个隧道病害的标记，完成检测报告。