[发明专利]一种用于检测隧道断面几何参数的装置及其检测方法

权利要求书

1.一种用于检测隧道断面几何参数的装置，其特征在于：它包含环形光斑光源（1）、光源驱动器（4）、相机组件（5）、底座（6）、前端计算单元（10）、网络交换机（11）、后端计算单元（12）和惯性测量传感器（13）；环形光斑光源（1）垂直固定在底座（6）上部的支架上，底座（6）上固定有若干个相机组件（5），惯性测量传感器（13）固定在底座（6）上方的支架上，且位于环形光斑光源（1）的下方；每个相机组件（5）均与相对应的前端计算单元（10）连接，数个前端计算单元（10）均利用网络交换机（11）与后端计算单元（12）连接，环形光斑光源（1）与光源驱动器（4）连接，光源驱动器（4）和惯性测量传感器（13）均与后端计算单元（12）连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于检测隧道断面几何参数的装置，其特征在于：所述的若干个相机组件（5）与底座（6）的连接面为一个与环形光斑光源（1）的光源轴线（2）相重合的圆锥面的切面，且若干个相机组件（5）均以相同高度环绕光源轴线（2）分布设置。

3.根据权利要求1所述的一种用于检测隧道断面几何参数的装置，其特征在于：所述的相机组件（5）由相机（5a）、镜头（5b）和滤镜（5c）构成；相机（5a）上固定有镜头（5b），镜头（5b）上固定有滤镜（5c）。

4.根据权利要求1所述的一种用于检测隧道断面几何参数的装置，其特征在于：所述的前端计算单元（10）由相机数据接口（10a）、图像处理单元（10b）、前端网络接口（10c）和前端本地存储器（10d）构成；相机数据接口（10a）与图像处理单元（10b）连接，图像处理单元（10b）与前端网络接口（10c）连接，图像处理单元（10b）与前端本地存储器（10d）连接，前端网络接口（10c）与网络交换机（11）连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于检测隧道断面几何参数的装置，其特征在于：所述的后端计算单元（12）由后端网络接口（12a）、数据处理单元（12b）和后端本地存储器（12c）构成；后端网络接口（12a）与网络交换机（11）连接，后端网络接口（12a）与数据处理单元（12b）连接，数据处理单元（12b）与后端本地存储器（12c）连接。

6.一种用于检测隧道断面几何参数的检测方法，它的操作步骤如下：

步骤（一）、环形光斑光源（1）的光源轴线（2）平行于隧道行进方向，环形光斑光源（1）在光源驱动器（4）的驱动下，以连续或间隔发射激光，其输出光连续分布于一个垂直于光源轴线的平面（3）内，并照射到被测物体（14）表面，形成光斑（15）；

步骤（二）、相机组件（5）在前端计算单元（10）的控制下，采集投射在被测物体（14）表面上的光斑（15）所形成的图像（16），所有的相机组件光轴（7）在空间中交汇于光源轴线（2）上一点，即为交汇点（8），相机组件光轴（7）与光源轴线（2）所成的夹角（9）的角度小于90°，且大于45°；

步骤（三）、前端计算单元（10）通过其内部的相机数据接口（10a）与其所对应的相机组件（5）通讯，控制相机组件（5）采集图像数据，前端计算单元（10）通过程序读取图像（16）后，沿图像（16）的行方向对图像（16）的亮度数据进行搜索，计算每行图像（16）中，以相机组件光轴（7）在图像（16）中心位置即光心为原点（17），由环形光斑光源（1）产生的光斑（15）相对于原点（17）的行坐标和列坐标；

步骤（四）、所有前端计算单元（10）将计算出的由若干相机组件（5）采集的光斑（15）对应行坐标、列坐标、拍摄时间、相机编号信息，按照预习定义的通讯协议组织成数据包，通过前端计算单元（10）内的前端网络接口（10c）发送，由网络交换机（11）转发至后端计算单元（12）；

步骤五（四）、后端计算单元（12）接收到前端计算单元（10）发来的数据包后，根据数据包所含相机编号选择对应的标定参数，将光斑（15）对应行坐标、列坐标转换为相对整机参考点的坐标；

步骤（六）、后端计算单元（12）读取惯性测量传感器（13）所采集的姿态参数，计算整机当前姿态后，修正光斑（15）对应的相对整机参考点的坐标；计算完成后的坐标数据以图像拍摄时间为索引，保存在后端计算单元（12）内部的后端本地存储器（12c）内。