钻孔电视成像仪的开发与应用

钻孔电视成像仪的开发与应用

余佳超

武汉中岩科技有限公司

摘要：本文基于孔内摄像检测技术的基本原理，在现有技术条件基础上研制一款适用于工程质量检测与地质勘察的钻孔电视成像仪。同时需考虑后续在此设备上可进行的相关技术升级和功能扩充，通过现场应用，达到了预期技术指标要求。

关键词：钻孔  电视成像   开发  应用

一、引言

近些年来，随着光学技术以及数字化信息技术的快速发展，孔内摄像技术在工程建筑的岩土工程、工程质量检测、工程地质勘察等各个领域应用的更加广泛。孔内摄像技术不仅可以对孔内现象进行准确的定位和描述，而且还具有一定的分析功能，同时该技术具备了高分辨率，孔壁的高覆盖率以及可靠程度比较高等优点。广东省、江苏省、浙江等地区对孔内摄像法在工程质量检测中的作用进行了大量的研究，已经将孔内摄像法编入到当地的地基基础检测规范。

国内外各个厂家都有钻孔电视产品，大部分采用广角镜头与模拟摄像机的探头。随着工程单位对钻孔成像检测结果要求越来越高，对钻孔电视设备也提出了更高的要求，发展数字高清钻孔电视迫在眉睫。就目前的技术而言，图像技术已经应用到工程检测技术的各个方面；同时，随之计算机处理速度的提高，新电子产品的不断产生等都为开发数字高清电视创造了有利的条件。

因此，钻孔电视将在微小裂缝，裂缝发育检测，裂缝统计、分类、分布与状况，计算产状，统计断层破碎带数量等领域发挥着越来越重要的作用。

二、自主研究开发的目的、意义和必要性

目前的钻孔电视成像仪主要负责对钻孔成像检测结果的采集，完成对钻孔图像获取与记录。随着对钻孔电视的技术的升级，钻孔电视成像仪在市场上的竞争力再下降，存在的缺点有：①图像拼接效果不理想，图像输出质量差。②连接稳定性差，总是会出现连接断开的情况，影响客户使用。③绞车重量大，现场使用不方便。④缺乏电动提升装置。⑤探头密封效果不佳。这些缺陷的存在，很难与其他厂家的仪器进行对比。

在此背景下，为了增加钻孔电视成像仪的市场竞争力，在吸取其他厂家仪器优点的基础上，同时，也要增加钻孔电视仪的市场上的应用范围，对现有技术升级，需研制一款改型的钻孔电视成像仪，用来应对日益增多的市场需求。

三、开发内容和目标

1．项目开发的主要内容、目标及关键技术

（1）项目主要内容与目标

基于孔内摄像检测技术的基本原理，在现有技术条件基础上研制一款适用于工程质量检测与地质勘察的钻孔电视成像仪。同时需考虑后续在此设备上可进行的相关技术升级和功能扩充。该仪器需具备如下功能：

①测钻孔中地质体的各种特征及细微构造，如地层岩性、岩石结构等。

②观察混凝土内空洞、裂隙、离析等缺陷的位置及程度。

③观测桩内的各种异常和缺陷, 定量分析接头质量及破碎、断裂、裂隙的长度、宽度及走向等。

④绘制钻孔三维图、计算钻孔垂直度。

（2）项目关键技术

①多信号融合传输技术

RSM-DCT(D)钻孔电视成像仪采用了视频信号与控制信号分开传输，且探头额外的供电线进行供电，导致传输线缆芯数较多，线缆直径粗，整体重量偏重，不利于现场搬运与使用。

针对此问题，需要进行多信号融合传输的技术，利用电力载波模块（电力猫）将原本7芯的线缆整合成2芯电缆进行传输，此技术可以减少线缆直径，从而降低整体重量，为便携式提升装置提供基础。

②图像拼接与融合技术

孔内摄像对图像数据的清晰度要求较高，是此仪器主要呈现指标之一。此技术通过与一家图像处理算法的公司进行合作，该公司主要负责摄像机的标定，孔内图像展开、图像配准以及图像融合拼接算法的开发，开发完成后，在由公司软件人员对算法进行移植到我们的采集软件中。

③稳定自动提升技术

由于图像在实际采集过程中具有运动特性，为了获得更加清晰的的图像，需要保证运动过程中探头处于相对匀速的状态，因此利用直流电动机与自动控制技术，实现一款运动稳定匀速的自动提升装置。

同时，为了解决探头在较大孔径内的稳定提升，需要借助扶正器，来减少探头的摆动。因此，也需要对扶正器进行设计，使其能够适应不同孔径的测试。

④图像自动识别技术

为了体现仪器的先进性，可利用图像特征提取与识别技术，能够智能的对完整钻孔内壁图像进行缺陷的识别，并结合深度以及方位角度信息，给出缺陷的位置与大小区域。

2．技术创新点

相对于公司现有的钻孔电视成像仪产品，本项目所设计产品具有以下技术创新点：

（1）与图像算法公司合作，优化图像拼接与融合算法，使输出的图像更加清晰。

（2）匀速电动提升装置。

（3）图像缺陷特征自动识别。

（4）自动适配不同孔径的扶正器。

（5）通过探头在孔内的姿态角度的获取，得到钻孔的垂直度。

3.本项目完成时达到的技术水平

经过开发和实际项目应用，钻孔电视成像仪器达到了预期的主要技术指标（详见下表）。

四、结语

参考文献：

1. 《地基基础孔内成像检测标准》T/CECS 253-2022
2. 《天津建设科技》吕大勇 2014-07-31

作者简介：

余佳超 男，通信与信息工程专业研究生，电子信息工程师