工业相机如何去除背景

A. 如何防止道路路面塌陷

防患于未然，车载阵列雷达在道路塌陷灾害预警探测中的技术应用

(大连中睿科技发展有限公司)

The Applications of Vehicle-mounted Array Radar for

Early-warning Detection of Road Cave-in

摘要：近年来，许多城市发生了道路塌陷灾害，造成重大的生命财产损失和严重的社会影响。本论文针对城市道路塌陷灾害的预警探测需求，研制出具有自主知识产权的车载阵列雷达系统，可以对道路病害进行可视化探测与精确定位。该雷达系统已成功地应用于多个城市的道路塌陷灾害预警探测，并形成了一套探测道路塌陷灾害的技术方法。

关键词：道路病害；病害预警探测；车载阵列雷达

一、引言

近年来，全国范围的城市道路塌陷灾害频繁爆发，大范围、高频次、导致多人死伤的恶性塌陷事故接连发生，造成重大的生命财产损失和严重社会影响，直接威胁到城市公众安全，灾害治理已经刻不容缓。目前，城市道路塌陷灾害的发生已经遍及全国各个省市，从北京、上海、广州、深圳这样的一线城市，到哈尔滨、长春、大连、太原、西安、武汉、长沙、福州、厦门这样的二线城市，以及兰州、银川、乌鲁木齐这样的西部边远城市均有发生，甚至张家口、邯郸、宣城、荆州、湘潭、娄底、固原、库尔勒这样的中小城市也同样面临着不断发生塌陷灾害的严重威胁。

调查研究表明，绝大多数的城市道路塌陷与地下管线直接相关，是典型的地下管线次生灾害。统计显示，大多数的地下空洞塌陷发生在地表以下0~3m范围内[1]。各种诱因导致地下管线损坏或直接使管线周围土体松散，在各种流水因素作用下发生土体流失，在管线周围产生空洞，空洞逐步发展扩大并最终导致路面塌陷发生灾害。这些引起空洞塌陷灾害的诱因包括[2][3]：地下管线老化渗漏、管线施工回填不实、地表水下渗冲刷、地下水位下降、地铁施工扰动、地下人防等设施老化坍塌、湿陷性黄土垮塌、溶洞垮塌等。

科学研究和对塌陷灾害的调查分析表明，采用先进的高科技物探设备定期对城市道路进行普查探测，提前发现隐伏在地下的空洞，提前预警并采取排险措施，才能防患于未然，避免塌陷事故发生。

二、车载阵列雷达系统

在城市中开展道路下方隐伏空洞探测作业，由于道路交通繁忙，周边环境干扰大，常用的工程物探方法如高密度电法、浅层地震法、瞬变电磁法等，应用效果差，成本高，速度慢，难以在城市中大范围应用。探地雷达具有效率高、抗干扰、精度高、现场作业方便等特点，是城市道路塌陷灾害普查探测的首选技术。国内外的工程实践表明，探地雷达已成为探测道路下方隐伏病害唯一现实可行的技术手段，适用于脱空、空洞、土体疏松、富水等多种道路病害检测[4][5]。

由于我国城市众多，城市面积普遍较大、城市地下地质情况和地下构筑物比较复杂，常规的单（双）通道探地雷达和人工探测作业方式在灾害普查探测效率和探测成果可靠性方面存在一定局限性，探测效率低、工作量大，不能满足城市大里程、大面积道路探测需要，亟需快速高效的车载多通道阵列雷达系统。

针对上述需求，我们研制了一套车载阵列雷达系统（如图1所示），该设备以多通道超宽带探地雷达技术和大型天线阵列技术为核心，专门针对大范围、大里程的公路和城市道路塌陷灾害普查探测进行了创新设计。

图10 长春解放大路空洞

五、结论

车载阵列雷达是预警探测城市道路塌陷灾害的首选技术装备，在工程实践当中，制定合理作业流程和作业方法，充分发挥其技术优势和效率，可以准确可靠地探测发现地下隐伏空洞，及时预警，切实防范和减少道路塌陷灾害事故的发生。

参考文献

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

[2]宋谷长,叶远春, 刘庆仁.北京市城市道路塌陷成因及对策分析. 城市道桥与防洪,2011, 8:250-252.

[3]周正刚.城市道路塌陷原因分析及预防措施. 路桥工程，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,曾昭发, 王者江,刘明辉. 探地雷达在城市地铁沿线空洞探测中的技术方法.物探与化探, 2010,34(5):617-621.

[6]大连中睿科技发展有限公司. 车载道路灾害、病害预警雷达系统（VGPR-20）,专利公开号CN302973058S .公开日:2014-10-22.

[7]大连中睿科技发展有限公司. 一种车载道路灾害病害预警雷达系统,专利公开号­: CN203870250U. 公开日:2014-10-08.

B. 工业相机可以改为普通相机吗

可以的。
工业相机的性能稳定可靠，易安装，结构紧凑，结实不易损坏，连续工作时间长，可在较差环境下使用。一般数码或民用相机很难长时间或连续几天工作。工业相机快门时间非常短，可以抓拍高速运动物体。工业相机的图像传感器是逐行扫描的，而普通相机图像传感器是隔行扫描。逐行扫描的图像传感器生产工艺比较复杂，成品率低，出货量少。世界上只有少数公司能够提供这类产品，比如Sony, Dalsa，而且价格昂贵。工业相机帧率远高于普通相机。工业相机每秒可以拍摄十幅到几百幅图片，而普通相机只能拍摄2-3幅图像。工业相机输出的是裸数据（Raw data）,光谱范围比较宽，比较适合进行高质量的图像处理算法，例如机器视觉应用。而普通相机拍摄的图片，其光谱范围只适合人眼视觉，并且经过了mjpeg压缩，图像质量较差，不利于分析处理。

C. 工业相机，增益参数设置高，图片更亮，但是图片麻麻点点更多，用图像处理的方法怎么去除计算机视觉

没什么办法吧。增益太高了噪点就很明显了。只能够把增益调小点，亮度不够就补光。

D. 档案扫描用什么样的扫描仪能快一点啊

高拍仪吧，现在档案电子化都用这个东西，方便管理，效率也高，推荐能够伸缩的高拍仪，这样既能拍A3也能A4。如图：

改款是智卓是针对拍摄A3凭证同时需要采集A4凭证的需求而设计的，该款智卓高拍仪采取工业相机方案，台湾芯片，超广角镜头。既可以快速扫描，也符合像素的要求。

E. 选择工业相机之前要注意什么

1、产品大小。
2、工件状态，动还是静的！
3、要求检测的项目，如大小，还是瑕疵！
4、检测速度。
5、产品反光性是否好，产品批次一致性是否一样！
6、工件背景色是什么！
7、使用工业相机还是智能相机！

F. 工业相机的光源选择依据是什么

一个完整的机器视觉系统包括：工业相机、光源、图像采集卡、图像采集软件等。

告诉大家如何选择合适的机器视觉光源呢？要注意一下几点：

1、亮度：在两种光源中选择时，最佳的选择是更亮的那个。

当光源不够亮时，可能有三种不好的情况会出现。

第一，工业相机的信噪比不够；由于光源的亮度不够，图像的对比度必然不够，在图像上出现噪声的可能性也随即增大。

第二，光源的亮度不够，必然要加大光圈，从而减小了景深。

第三，当光源的亮度不够的时候，自然光等随机光对系统的影响会最大。

2、光源均匀性：不均匀的光会造成不均匀的反射。均匀关系到三个方面。

第一，对于视野，在摄像头视野范围部分应该是均匀的。简单的说，图像中暗的区域就是缺少反射光，而亮点就是此处反射太强了。

第二，不均匀的光会使视野范围内部分区域的光比其他区域多。从而造成物体表面反射不均匀（假设物体表面的对光的反射是相同的）。

第三，均匀的光源会补偿物体表面的角度变化，即使物体表面的几何形状不同，光源在各部分的反射也是均匀的。

3、光谱特征：光源的颜色及测量物体表面的颜色决定了反射到摄像头的光能的大小及波长。

白光或某种特殊的光谱在提取其他颜色的特征信息时可能使比较重要的因素。当分析多颜色特征的时候，选择光源的时候，色温是一个比较重要的因素。

4、寿命特性：光源一般需要持续使用。为使图像处理保持一致的精确，视觉系统必须保证长时间获得稳定一致的图像。

5、对比度：对比度对机器视觉来说非常重要。机器视觉应用的照明的最重要的任务就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度，从而易于特征的区分。

对比度定义为在特征与其周围的区域之间有足够的灰度量区别。好的照明应该能够保证需要检测的特征突出于其他背景。

G. 如何清洗工业相机CCD

TEO迪奥科技表示

1. 缩空气清洗一般情况下，压缩空气足以清除掉CCD工业相机芯片内部的所有杂质。但不推荐喷雾剂类型的压缩空气，因为喷雾剂 中的压缩空气往往含有水、油等可能损坏CCD表面的物质。

2.微纤维材料微纤维可以深入CCD工业相机的表面清楚杂质，从而达到达到清洁目的.

3.纯酒精(浓度90％以上)该材料可在几乎所有的化学试剂店内买到。但注意，不要使用异丙醇，因为异丙醇会吸收空气中的水分 ，在CCD工业相机表面留下液体痕迹。在使用酒精或别的液体清洁CCD时，尽量保持CCD朝下，以免液体流入相机内部电路损伤相机 。

4.酒精替代品除酒精外，甲醇或一种叫做Eclipse的液体也可被用来清洁CCD工业相机表面。但我们不推荐使用这种方法，因为甲 醇是剧毒物质。

5.以上各种方法综合使用可以综合以上各种方法，清洗CCD相机表面。如果手指摸到了CCD前端的玻璃，也不必担心，这层玻璃很 坚硬，除非使用玻璃刀、沙子或钻石，否则不会在它表面留下划痕。

H. 如何选择工业相机的视觉光源

1、亮度:在两种光源中选择时,最佳的选择是更亮的那个.

2、光源均匀性:不均匀的光会造成不均匀的反射.均匀关系到三个方面.

3、光谱特征:光源的颜色及测量物体表面的颜色决定了反射到摄像头的光能的大小及波长.

4、寿命特性:光源一般需要持续使用.为使图像处理保持一致的精确,视觉系统必须保证长时间获得稳定一致的图像.

5、对比度:对比度对机器视觉来说非常重要.机器视觉应用的照明的最重要的任务就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度,从而易于特征的区分.

I. 什么是强光抑制摄像机强光抑制和宽动态什么区别

强光抑制摄像机就是能够把过亮的光经过特殊处理变成正常亮度范围的摄像机，两者区别如下：

一、技术方式不同

1、强光抑制：在图像中把强光部分的视频信息通过DSP处理，将视频的信号亮度调整为正常范围，避免同一图像中前后反差太大。

2、宽动态：是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。

二、原理不同

1、强光抑制：在图像中把强光部分的视频信息通过DSP处理，将视频的信号亮度调整为正常范围，避免同一图像中前后反差太大。

2、宽动态：是同一时间曝光两次，一次快，一次慢，再进行合成使得能够同时看清画面上亮与暗的物体。

三、作用不同

1、强光抑制：能有效抑制强光点直接照射造成的光晕偏大，视频图像模糊，能自动分辨强光点，并对强光点附近区域进行补偿以获得更清晰的图像。

2、宽动态：摄像机由于CCD的感光特性所限制，摄取的图像往往出现背景过亮或前景太暗的情况。针对这种情况，宽动态技术应运而生，较好地解决了这一问题。

J. 如何选择工业相机的视觉光源

面对不同公司的机器视觉软件，客户在挑选时应该考虑哪些因素呢?
1.定位对象或特征的精确定位是一个检测系统或由视觉引导的运动系统的重要功能。
2.光学装置与照明适当的光学装置和照明对视觉应用的成功至关重要。
3.完整的工具集对绑在一起的多个工具,机器视觉软件主要以两种典型的形式出售，一种是完整的视觉工具集，另一种是用于特定任务的工具的应用，最终用户的应用将决定是使用一套完整的视觉工具集还是使用众多的特定的工具。
4.编程和操作方便 简洁、直观的图形界面是容易使用和设置的关键机器视觉产品主要区别在于他们的图形接口，接口应该从“设置”和“操作”两方面来评价。
5.亚像素精度机器视觉算法具有亚像素的能力，即这些算法能够测量或得出比一个像素更小的单位。
6.将来的升级
机器视觉系统可应用在各种场合，当选择一个系统时应考虑系统将来的升级。
7.图像预处理
图像预处理算法能把图像的特征点放大，以使视觉工具能更好的检测它们。
8.视觉引导的运动
如果你的应用需要一个视觉系统来引导机器人，那么必须知道视觉系统与运动系统是如何集成的。
9.系统集成