工業相機如何去除背景

A. 如何防止道路路面塌陷

防患於未然，車載陣列雷達在道路塌陷災害預警探測中的技術應用

(大連中睿科技發展有限公司)

The Applications of Vehicle-mounted Array Radar for

Early-warning Detection of Road Cave-in

摘要：近年來，許多城市發生了道路塌陷災害，造成重大的生命財產損失和嚴重的社會影響。本論文針對城市道路塌陷災害的預警探測需求，研製出具有自主知識產權的車載陣列雷達系統，可以對道路病害進行可視化探測與精確定位。該雷達系統已成功地應用於多個城市的道路塌陷災害預警探測，並形成了一套探測道路塌陷災害的技術方法。

關鍵詞：道路病害；病害預警探測；車載陣列雷達

一、引言

近年來，全國范圍的城市道路塌陷災害頻繁爆發，大范圍、高頻次、導致多人死傷的惡性塌陷事故接連發生，造成重大的生命財產損失和嚴重社會影響，直接威脅到城市公眾安全，災害治理已經刻不容緩。目前，城市道路塌陷災害的發生已經遍及全國各個省市，從北京、上海、廣州、深圳這樣的一線城市，到哈爾濱、長春、大連、太原、西安、武漢、長沙、福州、廈門這樣的二線城市，以及蘭州、銀川、烏魯木齊這樣的西部邊遠城市均有發生，甚至張家口、邯鄲、宣城、荊州、湘潭、婁底、固原、庫爾勒這樣的中小城市也同樣面臨著不斷發生塌陷災害的嚴重威脅。

調查研究表明，絕大多數的城市道路塌陷與地下管線直接相關，是典型的地下管線次生災害。統計顯示，大多數的地下空洞塌陷發生在地表以下0~3m范圍內[1]。各種誘因導致地下管線損壞或直接使管線周圍土體鬆散，在各種流水因素作用下發生土體流失，在管線周圍產生空洞，空洞逐步發展擴大並最終導致路面塌陷發生災害。這些引起空洞塌陷災害的誘因包括[2][3]：地下管線老化滲漏、管線施工回填不實、地表水下滲沖刷、地下水位下降、地鐵施工擾動、地下人防等設施老化坍塌、濕陷性黃土垮塌、溶洞垮塌等。

科學研究和對塌陷災害的調查分析表明，採用先進的高科技物探設備定期對城市道路進行普查探測，提前發現隱伏在地下的空洞，提前預警並採取排險措施，才能防患於未然，避免塌陷事故發生。

二、車載陣列雷達系統

在城市中開展道路下方隱伏空洞探測作業，由於道路交通繁忙，周邊環境干擾大，常用的工程物探方法如高密度電法、淺層地震法、瞬變電磁法等，應用效果差，成本高，速度慢，難以在城市中大范圍應用。探地雷達具有效率高、抗干擾、精度高、現場作業方便等特點，是城市道路塌陷災害普查探測的首選技術。國內外的工程實踐表明，探地雷達已成為探測道路下方隱伏病害唯一現實可行的技術手段，適用於脫空、空洞、土體疏鬆、富水等多種道路病害檢測[4][5]。

由於我國城市眾多，城市面積普遍較大、城市地下地質情況和地下構築物比較復雜，常規的單（雙）通道探地雷達和人工探測作業方式在災害普查探測效率和探測成果可靠性方面存在一定局限性，探測效率低、工作量大，不能滿足城市大里程、大面積道路探測需要，亟需快速高效的車載多通道陣列雷達系統。

針對上述需求，我們研製了一套車載陣列雷達系統（如圖1所示），該設備以多通道超寬頻探地雷達技術和大型天線陣列技術為核心，專門針對大范圍、大里程的公路和城市道路塌陷災害普查探測進行了創新設計。

圖10 長春解放大路空洞

五、結論

車載陣列雷達是預警探測城市道路塌陷災害的首選技術裝備，在工程實踐當中，制定合理作業流程和作業方法，充分發揮其技術優勢和效率，可以准確可靠地探測發現地下隱伏空洞，及時預警，切實防範和減少道路塌陷災害事故的發生。

參考文獻

[1]楊彩俠.城市道路路面塌陷成因初探. 山西建築,2013, 39(15):113-114.

[2]宋谷長,葉遠春, 劉慶仁.北京市城市道路塌陷成因及對策分析. 城市道橋與防洪,2011, 8:250-252.

[3]周正剛.城市道路塌陷原因分析及預防措施. 路橋工程，2015,5(11).

[4]Ryoji Hirata, AkioMatstyama. Anintroction and a case study of the vehicle for exploring structures underroad using GPR, Near Surface Geophysics Asia Pacific Conference, July 17-19,2013, Beijing, China.

[5]薛建,曾昭發, 王者江,劉明輝. 探地雷達在城市地鐵沿線空洞探測中的技術方法.物探與化探, 2010,34(5):617-621.

[6]大連中睿科技發展有限公司. 車載道路災害、病害預警雷達系統（VGPR-20）,專利公開號CN302973058S .公開日:2014-10-22.

[7]大連中睿科技發展有限公司. 一種車載道路災害病害預警雷達系統,專利公開號­: CN203870250U. 公開日:2014-10-08.

B. 工業相機可以改為普通相機嗎

可以的。
工業相機的性能穩定可靠，易安裝，結構緊湊，結實不易損壞，連續工作時間長，可在較差環境下使用。一般數碼或民用相機很難長時間或連續幾天工作。工業相機快門時間非常短，可以抓拍高速運動物體。工業相機的圖像感測器是逐行掃描的，而普通相機圖像感測器是隔行掃描。逐行掃描的圖像感測器生產工藝比較復雜，成品率低，出貨量少。世界上只有少數公司能夠提供這類產品，比如Sony, Dalsa，而且價格昂貴。工業相機幀率遠高於普通相機。工業相機每秒可以拍攝十幅到幾百幅圖片，而普通相機只能拍攝2-3幅圖像。工業相機輸出的是裸數據（Raw data）,光譜范圍比較寬，比較適合進行高質量的圖像處理演算法，例如機器視覺應用。而普通相機拍攝的圖片，其光譜范圍只適合人眼視覺，並且經過了mjpeg壓縮，圖像質量較差，不利於分析處理。

C. 工業相機，增益參數設置高，圖片更亮，但是圖片麻麻點點更多，用圖像處理的方法怎麼去除計算機視覺

沒什麼辦法吧。增益太高了噪點就很明顯了。只能夠把增益調小點，亮度不夠就補光。

D. 檔案掃描用什麼樣的掃描儀能快一點啊

高拍儀吧，現在檔案電子化都用這個東西，方便管理，效率也高，推薦能夠伸縮的高拍儀，這樣既能拍A3也能A4。如圖：

改款是智卓是針對拍攝A3憑證同時需要採集A4憑證的需求而設計的，該款智卓高拍儀採取工業相機方案，台灣晶元，超廣角鏡頭。既可以快速掃描，也符合像素的要求。

E. 選擇工業相機之前要注意什麼

1、產品大小。
2、工件狀態，動還是靜的！
3、要求檢測的項目，如大小，還是瑕疵！
4、檢測速度。
5、產品反光性是否好，產品批次一致性是否一樣！
6、工件背景色是什麼！
7、使用工業相機還是智能相機！

F. 工業相機的光源選擇依據是什麼

一個完整的機器視覺系統包括：工業相機、光源、圖像採集卡、圖像採集軟體等。

告訴大家如何選擇合適的機器視覺光源呢？要注意一下幾點：

1、亮度：在兩種光源中選擇時，最佳的選擇是更亮的那個。

當光源不夠亮時，可能有三種不好的情況會出現。

第一，工業相機的信噪比不夠；由於光源的亮度不夠，圖像的對比度必然不夠，在圖像上出現雜訊的可能性也隨即增大。

第二，光源的亮度不夠，必然要加大光圈，從而減小了景深。

第三，當光源的亮度不夠的時候，自然光等隨機光對系統的影響會最大。

2、光源均勻性：不均勻的光會造成不均勻的反射。均勻關繫到三個方面。

第一，對於視野，在攝像頭視野范圍部分應該是均勻的。簡單的說，圖像中暗的區域就是缺少反射光，而亮點就是此處反射太強了。

第二，不均勻的光會使視野范圍內部分區域的光比其他區域多。從而造成物體表面反射不均勻（假設物體表面的對光的反射是相同的）。

第三，均勻的光源會補償物體表面的角度變化，即使物體表面的幾何形狀不同，光源在各部分的反射也是均勻的。

3、光譜特徵：光源的顏色及測量物體表面的顏色決定了反射到攝像頭的光能的大小及波長。

白光或某種特殊的光譜在提取其他顏色的特徵信息時可能使比較重要的因素。當分析多顏色特徵的時候，選擇光源的時候，色溫是一個比較重要的因素。

4、壽命特性：光源一般需要持續使用。為使圖像處理保持一致的精確，視覺系統必須保證長時間獲得穩定一致的圖像。

5、對比度：對比度對機器視覺來說非常重要。機器視覺應用的照明的最重要的任務就是使需要被觀察的特徵與需要被忽略的圖像特徵之間產生最大的對比度，從而易於特徵的區分。

對比度定義為在特徵與其周圍的區域之間有足夠的灰度量區別。好的照明應該能夠保證需要檢測的特徵突出於其他背景。

G. 如何清洗工業相機CCD

TEO迪奧科技表示

1. 縮空氣清洗一般情況下，壓縮空氣足以清除掉CCD工業相機晶元內部的所有雜質。但不推薦噴霧劑類型的壓縮空氣，因為噴霧劑 中的壓縮空氣往往含有水、油等可能損壞CCD表面的物質。

2.微纖維材料微纖維可以深入CCD工業相機的表面清楚雜質，從而達到達到清潔目的.

3.純酒精(濃度90％以上)該材料可在幾乎所有的化學試劑店內買到。但注意，不要使用異丙醇，因為異丙醇會吸收空氣中的水分 ，在CCD工業相機表面留下液體痕跡。在使用酒精或別的液體清潔CCD時，盡量保持CCD朝下，以免液體流入相機內部電路損傷相機 。

4.酒精替代品除酒精外，甲醇或一種叫做Eclipse的液體也可被用來清潔CCD工業相機表面。但我們不推薦使用這種方法，因為甲 醇是劇毒物質。

5.以上各種方法綜合使用可以綜合以上各種方法，清洗CCD相機表面。如果手指摸到了CCD前端的玻璃，也不必擔心，這層玻璃很 堅硬，除非使用玻璃刀、沙子或鑽石，否則不會在它表面留下劃痕。

H. 如何選擇工業相機的視覺光源

1、亮度:在兩種光源中選擇時,最佳的選擇是更亮的那個.

2、光源均勻性:不均勻的光會造成不均勻的反射.均勻關繫到三個方面.

3、光譜特徵:光源的顏色及測量物體表面的顏色決定了反射到攝像頭的光能的大小及波長.

4、壽命特性:光源一般需要持續使用.為使圖像處理保持一致的精確,視覺系統必須保證長時間獲得穩定一致的圖像.

5、對比度:對比度對機器視覺來說非常重要.機器視覺應用的照明的最重要的任務就是使需要被觀察的特徵與需要被忽略的圖像特徵之間產生最大的對比度,從而易於特徵的區分.

I. 什麼是強光抑制攝像機強光抑制和寬動態什麼區別

強光抑制攝像機就是能夠把過亮的光經過特殊處理變成正常亮度范圍的攝像機，兩者區別如下：

一、技術方式不同

1、強光抑制：在圖像中把強光部分的視頻信息通過DSP處理，將視頻的信號亮度調整為正常范圍，避免同一圖像中前後反差太大。

2、寬動態：是在非常強烈的對比下讓攝像機看到影像的特色而運用的一種技術。

二、原理不同

1、強光抑制：在圖像中把強光部分的視頻信息通過DSP處理，將視頻的信號亮度調整為正常范圍，避免同一圖像中前後反差太大。

2、寬動態：是同一時間曝光兩次，一次快，一次慢，再進行合成使得能夠同時看清畫面上亮與暗的物體。

三、作用不同

1、強光抑制：能有效抑制強光點直接照射造成的光暈偏大，視頻圖像模糊，能自動分辨強光點，並對強光點附近區域進行補償以獲得更清晰的圖像。

2、寬動態：攝像機由於CCD的感光特性所限制，攝取的圖像往往出現背景過亮或前景太暗的情況。針對這種情況，寬動態技術應運而生，較好地解決了這一問題。

J. 如何選擇工業相機的視覺光源

面對不同公司的機器視覺軟體，客戶在挑選時應該考慮哪些因素呢?
1.定位對象或特徵的精確定位是一個檢測系統或由視覺引導的運動系統的重要功能。
2.光學裝置與照明適當的光學裝置和照明對視覺應用的成功至關重要。
3.完整的工具集對綁在一起的多個工具,機器視覺軟體主要以兩種典型的形式出售，一種是完整的視覺工具集，另一種是用於特定任務的工具的應用，最終用戶的應用將決定是使用一套完整的視覺工具集還是使用眾多的特定的工具。
4.編程和操作方便 簡潔、直觀的圖形界面是容易使用和設置的關鍵機器視覺產品主要區別在於他們的圖形介面，介面應該從「設置」和「操作」兩方面來評價。
5.亞像素精度機器視覺演算法具有亞像素的能力，即這些演算法能夠測量或得出比一個像素更小的單位。
6.將來的升級
機器視覺系統可應用在各種場合，當選擇一個系統時應考慮系統將來的升級。
7.圖像預處理
圖像預處理演算法能把圖像的特徵點放大，以使視覺工具能更好的檢測它們。
8.視覺引導的運動
如果你的應用需要一個視覺系統來引導機器人，那麼必須知道視覺系統與運動系統是如何集成的。
9.系統集成