一種三維可視化的路面破損信息的檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三維可視化的路面破損信息的檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置，該方法包括如下步驟：將光柵條紋投影到待檢測(cè)路面上；分別攝取投影的光柵條紋圖像，并將該圖像信息發(fā)送至處理器；對(duì)該圖像信息進(jìn)行處理，以形成三維路面圖形數(shù)據(jù)并根據(jù)該三維路面幾何數(shù)據(jù)，完成路面的三維重構(gòu)；對(duì)三維路面圖形進(jìn)行彩色渲染；利用連通域標(biāo)記法識(shí)別出經(jīng)過(guò)彩色渲染的路面圖形中的各種路面破損類型；計(jì)算各個(gè)路面信息中的路面破損特征；最后將計(jì)算出的路面破損特征作為檢測(cè)結(jié)果輸出。該方法檢測(cè)準(zhǔn)確、高效而且能夠檢測(cè)多種路面破損信息。本發(fā)明還包括一種三維可視化的路面破損信息的檢測(cè)裝置，其包括：光柵投影儀，兩臺(tái)CCD攝像機(jī)，光電編碼器以及檢測(cè)控制計(jì)算機(jī)。
【專利說(shuō)明】
一種三維可視化的路面破損信息的檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種檢測(cè)方法，特別涉及一種三維可視化的路面破損信息的檢測(cè)方 法。本發(fā)明還涉及一種三維可視化的路面破損信息的檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，過(guò)量的交通荷載、復(fù)雜的交通組織和車輛行駛、多變的氣候條件等因素會(huì)導(dǎo) 致道路，尤其是瀝青路面出現(xiàn)不同程度的損壞。其損壞類型和種類很多，不僅有裂縫類、松 散類等二維類損壞，也有車轍、沉陷、擁包等三維類損壞。若不及時(shí)修復(fù)而繼續(xù)通車，會(huì)加劇 損壞程度、增加道路養(yǎng)護(hù)成本，縮短道路的使用壽命，影響行車的安全性和舒適性。因此，需 要定期對(duì)瀝青路面進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)，制定出有效的養(yǎng)護(hù)決策。
[0003] 現(xiàn)有的檢測(cè)方法主要是人工檢測(cè)和多功能檢測(cè)車檢測(cè)。人工測(cè)量檢測(cè)準(zhǔn)確率高， 但成本大、效率低，存在安全隱患，而且會(huì)影響正常交通。而多功能檢測(cè)車雖然彌補(bǔ)了人工 檢測(cè)的不足，但其主要檢測(cè)對(duì)象是二維類的損壞，無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別擁包、車轍、沉陷等三維類 損壞的破損信息，檢測(cè)結(jié)果不夠全面，進(jìn)而影響檢測(cè)結(jié)果的完整性和準(zhǔn)確性。
[0004] 此外，現(xiàn)有的多功能檢測(cè)車對(duì)路面數(shù)據(jù)的采集方法主要有兩種：線激光檢測(cè)和點(diǎn) 激光檢測(cè)。點(diǎn)激光檢測(cè)一般采用安裝在同一橫梁上的若干個(gè)間距為l〇cm~30cm點(diǎn)激光器對(duì) 路面的橫斷面進(jìn)行檢測(cè)，該檢測(cè)方法的橫向采樣間隔在l〇cm~30cm，受車速及采樣頻率的 制約，縱向采樣間隔至少在20cm以上。線激光器檢測(cè)的橫向間隔雖然很小，但縱向間隔過(guò)大 的問(wèn)題依然沒(méi)有解決，使得在實(shí)際應(yīng)用中，路面真實(shí)形態(tài)的還原程度受很大制約，例如橫向 路面裂縫及突起等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于光柵投影的三維可視化路面破損 信的檢測(cè)方法，其可以提高橫向及縱向檢測(cè)精度，以能夠更為真實(shí)的還原路面的三維狀況。
[0006] 本發(fā)明的一種三維可視化的路面破損信息的檢測(cè)方法，其包括如下步驟：
[0007] S1:利用光柵投影儀將光柵條紋投影到待檢測(cè)路面上；
[0008] S2:利用兩臺(tái)CCD攝像機(jī)分別攝取所投影的光柵條紋圖像，并將攝取的圖像信息發(fā) 送至處理器；
[0009] S3:利用傅立葉變換對(duì)該圖像信息進(jìn)行處理，以形成三維路面幾何數(shù)據(jù)，并根據(jù)該 三維路面幾何數(shù)據(jù)，完成路面的三維重構(gòu)；
[0010] S4:將測(cè)量得到的路面采樣點(diǎn)的相對(duì)高程值按對(duì)數(shù)分層，并根據(jù)分層的高程值和 已建立的色彩表的映射關(guān)系對(duì)三維重構(gòu)路面進(jìn)行彩色渲染；
[0011] S5:基于不同種類的路面破損參考值，利用連通域標(biāo)記法識(shí)別出經(jīng)過(guò)彩色渲染的 路面圖形中的各種路面破損類型；
[0012] S6:利用外接矩形和二重積分算法計(jì)算各個(gè)路面信息中的路面破損特征；
[0013] S7:將包含有路面破損類型和路面破損特征的路面破損信息作為檢測(cè)結(jié)果輸出。
[0014] 優(yōu)選地，在所述步驟S1之前還包括步驟SO:利用張友正標(biāo)定法對(duì)所述兩臺(tái)(XD攝像 機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，其中，該步驟so包括：
[0015] S01:將預(yù)設(shè)的棋盤格放在作為標(biāo)定物的檢測(cè)車底的路面上；
[0016] S02:使用兩臺(tái)C⑶攝像機(jī)以不同角度拍攝八張標(biāo)定物的照片；
[0017] S03:從照片中提取棋盤黑白間隔的角點(diǎn)作為特征點(diǎn)；
[0018] S04:估算理想無(wú)畸變情況下的攝像頭內(nèi)、外參數(shù)；
[0019] S05:使用最小二乘法估算兩臺(tái)CCD攝像機(jī)的畸變系數(shù)，以對(duì)攝取的圖像進(jìn)行校正。
[0020] 更優(yōu)選地，所述步驟S3進(jìn)一步包括：
[0021] S31:將光柵投影到待測(cè)路面表面，用兩個(gè)CCD攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝背路面面形分布調(diào) 制的變形光場(chǎng)；
[0022] S32:對(duì)采集到的光柵圖像進(jìn)行快速傅里葉變換，從頻域中濾出包含被測(cè)路面高度 信息的基頻分量，再逆傅里葉變換，得到路面面形的相位分布；
[0023] S33:據(jù)相位與高度分布之間的映射關(guān)系，計(jì)算出被測(cè)路面的三維面形數(shù)據(jù)。
[0024] 更優(yōu)選地，所述步驟S32進(jìn)一步包括：
[0025] 當(dāng)光柵投影在基準(zhǔn)面時(shí)，設(shè)參考平面上的點(diǎn)C在CCD攝像機(jī)陣列上的任意一點(diǎn)S成 像，則S點(diǎn)上有一相位：隊(duì)=色、；
[0026] 當(dāng)光柵投影在道路表面時(shí)，路面上的點(diǎn)在S上成像，于是S上有一新相位： = 0d，其中為基準(zhǔn)面上點(diǎn)D的相位;可以得到CCD攝像機(jī)陣列上的S點(diǎn)先后兩次成像 得到的兩個(gè)相位良和％的差值么#;
[0027] 于是有：
[0028] A0〇, y) = 0(x,y) - 0'(x，y)二
[0029] 其中，為前后兩次成像的相位差，fQ是投影光柵的基頻，b為基準(zhǔn)面上C、D 兩點(diǎn)之間的距離；
[0030] 再由相似三角形原理可得：
[0032]當(dāng)m>>h(X，y)時(shí)，高度分布和相位差的關(guān)系近似表示為：
[0034]通過(guò)相位展開(kāi)求得相位差分布么以計(jì)算出路面的高度分布h(x，y)。
[0035]優(yōu)選地，在所述步驟S4中，對(duì)路面采樣點(diǎn)的相對(duì)高程值按對(duì)數(shù)分層包括步驟：
[0036]如果采集點(diǎn)的相對(duì)高程值在0~± 10mm之間時(shí)，對(duì)該數(shù)據(jù)取對(duì)數(shù)之后集中在0~1 之間的數(shù)據(jù)，分配10種顏色，用以顯示路面的平整信息；
[0037]當(dāng)采集點(diǎn)的相對(duì)高程數(shù)據(jù)在± 10~± 100之間時(shí)，對(duì)該數(shù)據(jù)取對(duì)數(shù)之后集中在0~ 1之間的數(shù)據(jù)，分配另外10種顏色，用于表征路面的破損信息；
[0038] 其中，所述相對(duì)高程值是指路面各采樣點(diǎn)相對(duì)于路面基準(zhǔn)面的相對(duì)高度值。
[0039] 優(yōu)選地，在步驟S5中，所述連通域標(biāo)記法采用兩遍掃描法，其中，
[0040] 第一遍掃描時(shí)根據(jù)每個(gè)像素高度值所屬不同區(qū)域賦予該像素一個(gè)標(biāo)簽，并且對(duì)屬 于同一個(gè)連通區(qū)域但具有不同值的標(biāo)簽合并，也就是記錄它們之間的相等關(guān)系；
[0041] 第二遍掃描將具有相等關(guān)系的標(biāo)簽所標(biāo)記的像素歸為同一個(gè)連通區(qū)域，并為他們 賦予一個(gè)新的標(biāo)簽；
[0042] 根據(jù)路面評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)破損進(jìn)行分類，以識(shí)別出各種破損的類型。
[0043] 優(yōu)選地，所述路面破損信息中的路面破損特征包括:破損長(zhǎng)度、破損寬度、破損面 積和破損體積；
[0044]其中，破損長(zhǎng)度、破損寬度和破損面積通過(guò)外接矩形獲得，破損體積通過(guò)二重積分 算法獲得。
[0045] 本發(fā)明還涉及一種三維可視化的路面破損信息的檢測(cè)裝置，其包括:光柵投影儀， 其將光柵條紋投影到待檢測(cè)路面上;兩臺(tái)CCD攝像機(jī)，其分別攝取投影的光柵條紋圖像，并 將該圖像的信息發(fā)送至檢測(cè)控制計(jì)算機(jī);光電編碼器，其安裝在車輛的輪軸上，并且連接兩 臺(tái)CCD攝像機(jī);檢測(cè)控制計(jì)算機(jī)，其分別與光柵投影儀和兩臺(tái)CCD攝像機(jī)電連接，用于將采集 并融合后的各像素點(diǎn)的三維坐標(biāo)完成路面的三維重構(gòu)、彩色渲染、路面破損識(shí)別和路面破 損特征計(jì)算，并且將計(jì)算出的路面破損特征作為檢測(cè)結(jié)果輸出。
[0046] 優(yōu)選地，所述兩臺(tái)C⑶攝像機(jī)與地面基準(zhǔn)面成45°的夾角。
[0047] 優(yōu)選地，所述光柵投影儀中安裝有同步信號(hào)觸發(fā)器，以使得該光柵投影儀和兩臺(tái) C⑶攝像機(jī)能夠同步工作。
[0048]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:所述基于光柵投影的測(cè)量公路路面三維信息的技術(shù)方 案，橫向及縱向檢測(cè)精度可達(dá)毫米量級(jí)，能夠更為真實(shí)的還原路面的三維狀況，可以有效的 實(shí)現(xiàn)公路路面三維幾何數(shù)據(jù)的采集與測(cè)量，為道路三維模型的重構(gòu)提供了精確的數(shù)據(jù)支 持。所述基于對(duì)數(shù)映射的高程暈染技術(shù)，能夠更加生動(dòng)有效的顯示出道路的信息，便于決策 者直觀觀察路面的多種破損如車轍、坑槽、擁包等。所述基于連通域標(biāo)記的破損識(shí)別算法， 能夠準(zhǔn)確全面的識(shí)別出路面的各類破損。所述路面破損特征的計(jì)算方法貼近實(shí)際，算法的 精確度較高。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了真正意義上的針對(duì)三維類破損的快速、自動(dòng)檢測(cè)，提高了路況信 息采集的完整性和評(píng)價(jià)的科學(xué)性。
【附圖說(shuō)明】
[0049] 圖1為本發(fā)明的三維可視化的路面破損信息的檢測(cè)方法的流程圖；
[0050] 圖2為本發(fā)明中的所述兩臺(tái)CCD攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定的測(cè)量原理圖；
[0051]圖3為路面的三維重構(gòu)的步驟中建立三維網(wǎng)格路面的示意圖；
[0052]圖4為本發(fā)明的三維可視化的路面破損信息的檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0053]圖5為圖4中的M部的局部示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054]本發(fā)明涉及一種基于光柵投影的三維可視化的路面破損信息的檢測(cè)裝置和檢測(cè) 方法。該檢測(cè)裝置和方法涉及包括兩臺(tái)CCD攝像機(jī)、光柵投影儀和上位檢測(cè)控制計(jì)算機(jī)。其 中所涉及的技術(shù)方案是利用投影設(shè)備將光柵圖像投影于待測(cè)道路表面，CCD攝像機(jī)隨著光 電編碼器的脈沖輸入，對(duì)光柵圖像進(jìn)行攝取。如果路面存在沉陷、坑槽、擁包等凹凸不平的 破損時(shí)，會(huì)在道路表面產(chǎn)生畸變條紋，這些畸變條紋包含了道路表面各點(diǎn)的三維信息。為減 小單CCD攝像機(jī)拍攝三維路面可能產(chǎn)生的盲區(qū)問(wèn)題，使用兩臺(tái)CCD攝像機(jī)同時(shí)拍攝被路面調(diào) 制后的光柵條紋圖像，并實(shí)時(shí)傳輸給處理計(jì)算機(jī)，經(jīng)傅里葉變換輪廓術(shù)處理，得到真實(shí)路面 的三維數(shù)據(jù)，利用OpenGL技術(shù)完成路面的三維重構(gòu)。然后利用基于對(duì)數(shù)映射的高程暈染技 術(shù)完成重構(gòu)路面的彩色渲染，利用基于連通域標(biāo)記的破損識(shí)別算法識(shí)別路面破損并對(duì)破損 特征進(jìn)行計(jì)算。
[0055]如圖1所示，本發(fā)明的一種三維可視化的路面破損信息的檢測(cè)方法，其包括如下步 驟：
[0056]步驟S0,首先利用張友正標(biāo)定法對(duì)所述兩臺(tái)CCD攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。具體的，在真正 測(cè)量路面的三維信息前，要對(duì)兩臺(tái)CCD攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，獲取攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)以及畸變系 數(shù)，以對(duì)攝取的圖像進(jìn)行校正。攝像頭由于光學(xué)透鏡的特性使得成像存在著徑向畸變，可由 三個(gè)參數(shù)確定；由于裝配方面的誤差，傳感器與光學(xué)鏡頭之間并非完全平行，因此成像存在 切向畸變，可由兩個(gè)參數(shù)確定。單個(gè)攝像頭的定標(biāo)主要是計(jì)算出攝像頭的內(nèi)參、五個(gè)畸變參 數(shù)以及外參。雙目攝像頭定標(biāo)不僅要得出每個(gè)攝像頭的內(nèi)部參數(shù)，還需要通過(guò)標(biāo)定來(lái)測(cè)量 兩個(gè)攝像頭之間的相對(duì)位置，即右攝像頭相對(duì)于左攝像頭的三維平移矩陣和旋轉(zhuǎn)矩陣參 數(shù)。
[0057]這里采用張正友標(biāo)定法，把一張打印好的棋盤格放于參考平面上，這里為檢測(cè)車 底的路面，作為標(biāo)定物品。使用雙CCD攝像機(jī)以不同角度拍攝標(biāo)定物八張照片。從照片中提 取棋盤黑白間隔的角點(diǎn)作為特征點(diǎn)。估算理想無(wú)畸變情況下，五個(gè)內(nèi)參和所有外參。使用最 小二乘法估算CCD攝像機(jī)的畸變系數(shù)，并優(yōu)化求精，利用這些信息，就可以進(jìn)行畸變矯正及 圖像校正。
[0058]如圖1所示，在步驟S1，利用光柵投影儀將光柵條紋投影到待檢測(cè)路面上，隨后在 步驟S2,利用兩臺(tái)CCD攝像機(jī)分別攝取投影的光柵條紋圖像，并將該圖像信息發(fā)送至處理 器。在步驟S3,利用傅立葉變換對(duì)該圖像信息進(jìn)行處理，以形成三維路面圖形數(shù)據(jù)。
[0059] 這里，步驟S3詳細(xì)描述如下：
[0060]采用基于投影光柵的傅里葉變換輪廓術(shù)采集路面數(shù)據(jù)的工作流程如下：
[0061] 1.將光柵投影到待測(cè)路面表面，用兩個(gè)CCD攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝背路面面形分布調(diào)制 的變形光場(chǎng)。
[0062] 2.對(duì)采集到的圖像進(jìn)行快速傅里葉變換，從頻域中濾出包含被測(cè)路面高度信息的 基頻分量，再逆傅里葉變換，得到路面面形的相位分布。
[0063] 3.據(jù)相位與高度分布之間的映射關(guān)系，計(jì)算出被測(cè)路面的三維面形數(shù)據(jù)。
[0064] 所述傅里葉變換測(cè)量原理：如圖2所示，其中，P#PP2是投影裝置的光軸，I#PI2是 成像系統(tǒng)的光軸，(1是丹和內(nèi)間的距離，m是12到基準(zhǔn)面間的距離。S是CCD攝像機(jī)上任意一點(diǎn)。 當(dāng)光柵投影在基準(zhǔn)面時(shí)，設(shè)參考平面上C點(diǎn)在CCD攝像機(jī)陣列上S點(diǎn)成像，則S點(diǎn)上有一相位： A = ，當(dāng)光柵投影在道路表面時(shí)，路面上H點(diǎn)在CCD攝像機(jī)陣列上S點(diǎn)成像，于是S點(diǎn)有一 新相位= 0心其中0^為基準(zhǔn)面上D點(diǎn)的相位?？梢钥闯鯟CD攝像機(jī)陣列上S點(diǎn)先后兩次 成像得到的兩個(gè)相位和私的差值A(chǔ)0，正是由物面上H點(diǎn)相對(duì)于參考面的高度h調(diào)制引起 的。于是有：
[0065] A0(x}y) - 0(x,y) ~ 0!(xfy) = 2nfQb ⑴
[0066] 其中，為前后兩次成像的相位差，fo是投影光柵的基頻，b為基準(zhǔn)面上C、D 兩點(diǎn)之間的距離。再由相似三角形原理可得：
[0068]當(dāng)m>>h(X，y)時(shí)，高度分布和相位差的關(guān)系可以近似表示為：
[0070]后續(xù)通過(guò)相位展開(kāi)求得相位差分布&0(x,y)，便可以計(jì)算出路面的高度分布h(x， y)〇
[0071]所述三維重構(gòu):得到路面各采樣點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)后，將其融合到一個(gè)統(tǒng)一的路面坐 標(biāo)系中。該坐標(biāo)系以路面里程為Z軸，橫斷面為x軸，各點(diǎn)高程為y軸。其中，高程指的是路面 采樣點(diǎn)的高度。然后采選用規(guī)則三角形網(wǎng)格來(lái)構(gòu)建三維路面。如圖3所示，按順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn) 行組織，首先連接1、2、3數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成三角形，再連接1、3、4數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成三角形，連接完所有的 網(wǎng)格頂點(diǎn)之后生成連續(xù)的三角網(wǎng)，由眾多的三角網(wǎng)無(wú)限逼近而形成光滑曲面，從而實(shí)現(xiàn)三 維網(wǎng)格路面的建立。
[0072]得到路面各采樣點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)后，將其融合到一個(gè)統(tǒng)一的坐標(biāo)系中。本系統(tǒng)建立 以路面里程為z軸，橫斷面為x軸，各點(diǎn)高程為y軸的三維坐標(biāo)系來(lái)完成三維重構(gòu)。其中，高程 指的是路面采樣點(diǎn)的高度。
[0073]在步驟S4,將測(cè)量得到的路面采樣點(diǎn)的相對(duì)高程值按對(duì)數(shù)分層，并根據(jù)設(shè)定好的 色彩表，對(duì)三維路面圖形進(jìn)行彩色渲染。
[0074]所述基于對(duì)數(shù)映射的彩色暈染技術(shù)，是將測(cè)量得到的路面采樣點(diǎn)的相對(duì)高程值按 對(duì)數(shù)分層，對(duì)應(yīng)設(shè)定好的色彩表，對(duì)重構(gòu)后的路面進(jìn)行彩色渲染。這種技術(shù)能夠更加生動(dòng)有 效地反應(yīng)路面的平整信息和局部破損信息，便于決策者直觀觀察路面的多種破損如車轍、 坑槽、擁包等。所述相對(duì)高程值是指路面各采樣點(diǎn)相對(duì)于路面基準(zhǔn)面的相對(duì)高度值。如公式 (4)所示，其中h為路面各采樣點(diǎn)的高度值，H為路面基準(zhǔn)面的高度值。
[0075] h，=h_H (4)
[0076] 所述對(duì)數(shù)映射的基本思想：按照公式(4)所述，求得路面各采樣點(diǎn)的相對(duì)高程值。 以路面基準(zhǔn)面為零基準(zhǔn)面，路面各采樣點(diǎn)分布在零基準(zhǔn)面以上(相對(duì)高程值大于0)和零基 準(zhǔn)面以下（相對(duì)高程值大于0小于0)兩部分。利用公式(5)分別對(duì)各采樣點(diǎn)的相對(duì)高程值進(jìn) 行對(duì)數(shù)映射。
[0077] z = lg(|h'|+l) (5)
[0078] 其中:h'表示相對(duì)高程數(shù)據(jù)，z表示相對(duì)高程數(shù)據(jù)取對(duì)數(shù)映射之后的數(shù)據(jù)。
[0079]所述彩色暈染的基本原理:為相對(duì)高程數(shù)據(jù)在0~100之間分配色層表中的10種顏 色，即將對(duì)數(shù)映射之后的高程數(shù)據(jù)Z在〇~2之間分成10個(gè)高程空間，每一個(gè)高程空間對(duì)應(yīng)色 層表中的一種顏色。同理，給高程數(shù)據(jù)在-100至〇之間的分配另外10種顏色。由于大部分路 面是平整的，即采集點(diǎn)的相對(duì)高程數(shù)據(jù)大部分在0~± 10之間，這樣取對(duì)數(shù)之后大部分會(huì)集 中在0-1之間，那么暈渲之后的彩色路面會(huì)有10顏色，可以很好的顯示路面的平整信息；當(dāng) 相對(duì)高程在±10~±100范圍時(shí)，取對(duì)數(shù)之后集中在1-2之間，暈渲之后也有10種顏色，用于 表征路面的破損信息；當(dāng)高程值大于±100,顏色近似為±100時(shí)的顏色。最后，根據(jù)每個(gè)采 樣點(diǎn)的相對(duì)高程數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的顏色索引確定該點(diǎn)的顏色值，繪制路面。
[0080] 在步驟S5，基于不同種類的路面破損參考值，利用連通域標(biāo)記法識(shí)別出經(jīng)過(guò)彩色 渲染的路面圖形中的各種路面破損類型;該基于連通域標(biāo)記的破損識(shí)別算法是指將采集到 的路面各采樣點(diǎn)看作是組成一幅圖像的多個(gè)像素點(diǎn)的集合，利用連通域標(biāo)記算法對(duì)這幅圖 像的像素點(diǎn)進(jìn)行掃描和分析得到圖像中的連通區(qū)域，進(jìn)而識(shí)別出圖像中單個(gè)或多個(gè)活動(dòng)目 標(biāo)。然后根據(jù)交通部頒發(fā)的公路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)瀝青路面的評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括沉陷、坑槽、車轍 等的相關(guān)規(guī)定對(duì)這些活動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行分類，識(shí)別出檢測(cè)路面各破損類型。
[0081] 根據(jù)相關(guān)規(guī)定，路面破損的界定與深度息息相關(guān)。因此，本算法中的連通區(qū)域是指 位置相鄰且高度值在同一范圍內(nèi)的采集點(diǎn)組成的區(qū)域。所述連通域標(biāo)記算法采用兩遍掃描 法。第一遍掃描時(shí)根據(jù)每個(gè)像素高度值所屬不同區(qū)域賦予該像素一個(gè)標(biāo)簽，掃描過(guò)程中同 一個(gè)連通區(qū)域內(nèi)的像素集合中可能會(huì)被賦予一個(gè)或多個(gè)不同標(biāo)簽，因此需要將這些屬于同 一個(gè)連通區(qū)域但具有不同值的標(biāo)簽合并，也就是記錄它們之間的相等關(guān)系；第二遍掃描將 具有相等關(guān)系的標(biāo)簽所標(biāo)記的像素歸為同一個(gè)連通區(qū)域，并為他們賦予一個(gè)新的標(biāo)簽。區(qū) 分出的連通區(qū)域代表著路面上的各種破損，利用路面破損特征計(jì)算方法計(jì)算出這些破損的 長(zhǎng)、寬、高、面積等特征，然后根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)破損進(jìn)行分類，最終識(shí)別出各種破損的類型。
[0082] 在步驟S6,利用外接矩形和二重積分算法計(jì)算各個(gè)路面信息中的路面破損特征。 所述路面破損特征計(jì)算的具體算法如下：掃描每一個(gè)破損，分別找到其在X軸方向和Z軸方 向的最大值(X max、Zmax)和最小值(Xmin、Zmin)，建立一個(gè)外接矩形。那么，該破損的長(zhǎng)為外接矩 形的長(zhǎng)即Zmax-Zmin，寬為外接矩形的寬即Xmax-Kmin。面積為外接矩形的面積即（Zmax-Zmin) X (Xmax-Xmin)。對(duì)于破損的體積，采用二重積分的方法進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于由一系列三角形構(gòu)成的 破損面，使用二重積分計(jì)算每一個(gè)三角與路平面形成的斜三棱柱的體積，再將這每一個(gè)三 棱柱的體積累加，算得整個(gè)破損的體積。如下式所示，其中n為破損的點(diǎn)數(shù)。
[0084] 由于高程值的不同，四個(gè)頂點(diǎn)可能不在同一平面上，因此，將其劃分為兩個(gè)三角 形，即轉(zhuǎn)換為求三棱柱體積的計(jì)算。即所述路面破損信息中的路面破損特征包括:破損長(zhǎng) 度、破損寬度、破損面積和破損體積;其中，破損長(zhǎng)度、破損寬度和破損面積通過(guò)外接矩形獲 得，破損體積通過(guò)二重積分算法獲得。
[0085] 最后在步驟S7,為了模擬人工測(cè)量的方法，減小與人工測(cè)量結(jié)果之間的偏差，將計(jì) 算出的包含有路面破損特征以及相應(yīng)的路面破損特征的路面破損信息作為檢測(cè)結(jié)果輸出。 [0086]如圖4和圖5所示，本發(fā)明還涉及一種三維可視化的路面破損信息的檢測(cè)裝置，其 由光柵投影儀1、兩臺(tái)CCD攝像機(jī)2和檢測(cè)控制計(jì)算機(jī)3以及光電編碼器4構(gòu)成，其中，兩CCD攝 像機(jī)2安裝在同一橫梁B上，光柵投影儀安裝距橫梁B-定距離的橫梁A上，并以45°角向下投 影，光柵投影出的條紋C與橫梁垂直。受檢測(cè)車橫梁高度制約，CCD攝像機(jī)拍攝范圍有限，故 系統(tǒng)采用雙CCD攝像機(jī)拍攝，通過(guò)雙目相機(jī)標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)重構(gòu)路面的坐標(biāo)統(tǒng)一。
[0087]光電編碼器4安裝在車輛的輪軸上，并連接到兩臺(tái)CCD攝像機(jī)。隨著車輪轉(zhuǎn)過(guò)一定 角度，即車輛行駛一定距離，光電編碼器輸出脈沖，控制兩臺(tái)CCD同時(shí)拍照。根據(jù)采樣距離要 求，需提前偏轉(zhuǎn)角度對(duì)光電編碼器進(jìn)行設(shè)置。檢測(cè)控制計(jì)算機(jī)3和光柵投影儀1相連，向投影 儀中傳遞控制信號(hào)控制投影儀工作，光柵投影儀中安裝有同步信號(hào)觸發(fā)器，保證投影儀和 兩臺(tái)CCD攝像機(jī)能夠同步工作。檢測(cè)控制計(jì)算機(jī)3用于將采集并融合后的各像素點(diǎn)的三維坐 標(biāo)完成路面的三維重構(gòu)、彩色渲染、路面破損識(shí)別和路面破損特征計(jì)算，并且將計(jì)算出的路 面破損特征作為檢測(cè)結(jié)果輸出。采集圖像時(shí)，車輛保持勻速行駛，從待測(cè)量路面的起始位置 開(kāi)始，車載計(jì)算機(jī)給光柵投影儀一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，光柵投影儀將調(diào)制的光柵條紋投影到待測(cè) 路面表面，兩臺(tái)CCD攝像機(jī)每隔一定采樣間隔攝取一幅光柵圖像。到達(dá)待測(cè)路面終點(diǎn)后，車 載計(jì)算機(jī)給光柵投影儀一個(gè)停止信號(hào)，光柵投影儀和CCD攝像機(jī)同時(shí)停止工作。將CCD攝像 機(jī)攝取的一系列圖片導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，利用傅里葉變換輪廓術(shù)檢測(cè)圖像中各像素點(diǎn)的三維坐 標(biāo)，然后根據(jù)相機(jī)標(biāo)定，把各個(gè)像素點(diǎn)融合到路面坐標(biāo)系中。打開(kāi)三維可視化路面檢測(cè)系 統(tǒng)，利用融合后的各像素點(diǎn)的三維坐標(biāo)完成路面的三維重構(gòu)、彩色渲染、破損識(shí)別和特征計(jì) 算。最后將檢測(cè)得到的結(jié)果以文本文檔或電子表格的形式輸出。所有工作做完后，退出系 統(tǒng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Ξ維可視化的路面破損信息的檢測(cè)方法，其特征在于包括如下步驟： S1:利用光柵投影儀將光柵條紋投影到待檢測(cè)路面上； S2:利用兩臺(tái)CC時(shí)暴像機(jī)分別攝取所投影的光柵條紋圖像，并將攝取的圖像信息發(fā)送至 處理器； S3:利用傅立葉變換對(duì)該圖像信息進(jìn)行處理，W形成Ξ維路面幾何數(shù)據(jù)，并根據(jù)該Ξ維 路面幾何數(shù)據(jù)，完成路面的Ξ維重構(gòu)； S4:將測(cè)量得到的路面采樣點(diǎn)的相對(duì)高程值按對(duì)數(shù)分層，并根據(jù)分層的高程值和已建 立的色彩表的映射關(guān)系對(duì)Ξ維重構(gòu)路面進(jìn)行彩色擅染； S5:基于不同種類的路面破損參考值，利用連通域標(biāo)記法識(shí)別出經(jīng)過(guò)彩色擅染的路面 圖形中的各種路面破損類型； S6:利用外接矩形和二重積分算法計(jì)算各個(gè)路面信息中的路面破損特征； S7:將包含有路面破損類型和路面破損特征的路面破損信息作為檢測(cè)結(jié)果輸出。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ξ維可視化的路面破損信息的檢測(cè)方法，其特征在于:在所述 步驟S1之前還包括步驟SO:利用張友正標(biāo)定法對(duì)所述兩臺(tái)CC時(shí)暴像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，其中，該步 驟SO包括： SOI:將預(yù)設(shè)的棋盤格放在作為標(biāo)定物的檢測(cè)車底的路面上； S02:使用兩臺(tái)CO)攝像機(jī)W不同角度拍攝八張標(biāo)定物的照片； S03:從照片中提取棋盤黑白間隔的角點(diǎn)作為特征點(diǎn)； S04:估算理想無(wú)崎變情況下的攝像頭內(nèi)、外參數(shù)； S05:使用最小二乘法估算兩臺(tái)CO)攝像機(jī)的崎變系數(shù)，W對(duì)攝取的圖像進(jìn)行校正。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ξ維可視化的路面破損信息的檢測(cè)方法，其特征在于:所述步 驟S3進(jìn)一步包括： S31:將光柵投影到待測(cè)路面表面，用兩個(gè)CC時(shí)暴像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝背路面面形分布調(diào)制的 變形光場(chǎng)； S32:對(duì)采集到的光柵圖像進(jìn)行快速傅里葉變換，從頻域中濾出包含被測(cè)路面高度信息 的基頻分量，再逆傅里葉變換，得到路面面形的相位分布； S33:據(jù)相位與高度分布之間的映射關(guān)系，計(jì)算出被測(cè)路面的Ξ維面形數(shù)據(jù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的Ξ維可視化的路面破損信息的檢測(cè)方法，其特征在于:所述步 驟S32進(jìn)一步包括： 當(dāng)光柵投影在基準(zhǔn)面時(shí)，設(shè)參考平面上的點(diǎn)C在CC時(shí)暴像機(jī)陣列上的任意一點(diǎn)S成像，貝U S點(diǎn)上有一相位：取' 竊C ; 當(dāng)光柵投影在道路表面時(shí)，路面上的點(diǎn)在S上成像，于是S上有一新相位：竊；=0d，其 中為基準(zhǔn)面上點(diǎn)D的相位;可W得到CC時(shí)暴像機(jī)陣列上的S點(diǎn)先后兩次成像得到的兩個(gè)相 位竊都與的差值込參； 于是有：其中，么參沁、F)為前后兩次成像的相位差，時(shí)是投影光柵的基頻，b為基準(zhǔn)面上C、D兩點(diǎn) 之間的距離； 再由相似Ξ角形原理可得：當(dāng)m〉〉h(x，y)時(shí)，高度分布和相位差的關(guān)系近似表示為：通過(guò)相位展開(kāi)求得相位差分布么每提,y)，W計(jì)算出路面的高度分布h(x，y)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ξ維可視化的路面破損信息的檢測(cè)方法，其特征在于:在所述 步驟S4中，對(duì)路面采樣點(diǎn)的相對(duì)高程值按對(duì)數(shù)分層包括步驟： 如果采集點(diǎn)的相對(duì)高程值在0~± 10mm之間時(shí)，對(duì)該數(shù)據(jù)取對(duì)數(shù)之后集中在0~1之間 的數(shù)據(jù)，分配10種顏色，用W顯示路面的平整信息； 當(dāng)采集點(diǎn)的相對(duì)高程數(shù)據(jù)在± 10~± 100之間時(shí)，對(duì)該數(shù)據(jù)取對(duì)數(shù)之后集中在0~1之 間的數(shù)據(jù)，分配另外10種顏色，用于表征路面的破損信息； 其中，所述相對(duì)高程值是指路面各采樣點(diǎn)相對(duì)于路面基準(zhǔn)面的相對(duì)高度值。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ξ維可視化的路面破損信息的檢測(cè)方法，其特征在于:在步驟 S5中，所述連通域標(biāo)記法采用兩遍掃描法，其中， 第一遍掃描時(shí)根據(jù)每個(gè)像素高度值所屬不同區(qū)域賦予該像素一個(gè)標(biāo)簽，并且對(duì)屬于同 一個(gè)連通區(qū)域但具有不同值的標(biāo)簽合并，也就是記錄它們之間的相等關(guān)系； 第二遍掃描將具有相等關(guān)系的標(biāo)簽所標(biāo)記的像素歸為同一個(gè)連通區(qū)域，并為他們賦予 一個(gè)新的標(biāo)簽； 根據(jù)路面評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)破損進(jìn)行分類，W識(shí)別出各種破損的類型。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ξ維可視化的路面破損信息的檢測(cè)方法，其特征在于:所述路 面破損信息中的路面破損特征包括:破損長(zhǎng)度、破損寬度、破損面積和破損體積； 其中，破損長(zhǎng)度、破損寬度和破損面積通過(guò)外接矩形獲得，破損體積通過(guò)二重積分算法 獲得。8. -種Ξ維可視化的路面破損信息的檢測(cè)裝置，其特征在于包括： 光柵投影儀，其將光柵條紋投影到待檢測(cè)路面上； 兩臺(tái)CO)攝像機(jī)，其分別攝取投影的光柵條紋圖像，并將該圖像的信息發(fā)送至檢測(cè)控制 計(jì)算機(jī)； 光電編碼器，其安裝在車輛的輪軸上，并且連接兩臺(tái)CCD攝像機(jī)； 檢測(cè)控制計(jì)算機(jī)，其分別與光柵投影儀和兩臺(tái)CO)攝像機(jī)電連接，用于將采集并融合后 的各像素點(diǎn)的Ξ維坐標(biāo)完成路面的Ξ維重構(gòu)、彩色擅染、路面破損識(shí)別和路面破損特征計(jì) 算，并且將計(jì)算出的路面破損特征作為檢測(cè)結(jié)果輸出。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的Ξ維可視化的路面破損信息的檢測(cè)裝置，其特征在于:所述兩 臺(tái)CCD攝像機(jī)與地面基準(zhǔn)面成45°的夾角。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的Ξ維可視化的路面破損信息的檢測(cè)裝置，其特征在于:所述 光柵投影儀中安裝有同步信號(hào)觸發(fā)器，W使得該光柵投影儀和兩臺(tái)CC時(shí)暴像機(jī)能夠同步工 作。
【文檔編號(hào)】E01C23/01GK105839505SQ201610158826
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月18日
【發(fā)明人】琚曉輝, 陳景, 邊莉, 陳明, 于建洋
【申請(qǐng)人】交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院