基于多臺相機立體拍攝的路面損壞裂縫檢測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多臺相機立體拍攝的路面損壞裂縫檢測系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括試驗系統(tǒng)和圖像處理模塊，所述試驗系統(tǒng)包括相機，相機支架及其試驗標(biāo)記卡片，將兩臺相機以一定角度安裝于相機支架拍攝路面。通過系統(tǒng)標(biāo)定，得到物像數(shù)學(xué)關(guān)系。對圖像進行預(yù)處理、裂縫圖像處理、圖像閾值分割和圖像特征提取，最終計算出裂縫長度。本發(fā)明主要應(yīng)用于道路裂縫檢測，對于裂縫的檢測識別方面開展研究，提出了一種新的思路，進行探索性的研究，為路面裂縫自動檢測技術(shù)的進一步研究奠定一定的基礎(chǔ)。本發(fā)明投資費用少、檢測速度快、精度高的基于立體攝影測量的路面損壞裂縫自動檢測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)簡便、快速、高精度的檢測路面裂縫。
【專利說明】基于多臺相機立體拍攝的路面損壞裂縫檢測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于道路路面檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種路面損壞裂縫自動檢測系統(tǒng)，尤其是一種基于多臺相機立體拍攝的路面損壞裂縫自動檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于公路長期暴露于大氣中，經(jīng)受著自然災(zāi)害侵襲、意外事故損壞、車輛磨損以及重載、超載、人為因素破壞等，公路的養(yǎng)護工作刻不容緩。根據(jù)我國公路目前的發(fā)展現(xiàn)狀，我國公路事業(yè)必將要從“以建為主”向“以養(yǎng)為主”逐步的過度。因此，我國公路養(yǎng)護工作非常重要，勢必向著現(xiàn)代化、科技化的方向發(fā)展。
[0003]路面是公路的重要組成部分，其質(zhì)量的好壞影響著公路的服務(wù)水平。裂縫是公路路面的主要損壞之一。在公路的養(yǎng)護和管理過程中，如果路面裂縫能夠被及早的發(fā)現(xiàn)，并對其進行養(yǎng)護和維修，那么在公路維護中將省去大量的人力和物力。過去，在路面裂縫檢測方面采用的是傳統(tǒng)的人工檢測方法。隨著公路的發(fā)展和數(shù)量的增加，這種人工檢測方法已越來越不能適應(yīng)公路發(fā)展的要求。近年來，隨著計算機技術(shù)和圖像處理技術(shù)的飛速發(fā)展，圖像處理技術(shù)在模仿人類視覺功能方面取得了開拓性的進展與成果，將圖像處理技術(shù)應(yīng)用到路面裂縫自動檢測中來，實現(xiàn)了基于圖像處理的路面裂縫自動檢測識別技術(shù)。通過實際應(yīng)用，證明了該技術(shù)能夠滿足當(dāng)代公路的養(yǎng)護管理需求，這種自動檢測系統(tǒng)也是路面檢測技術(shù)以后的發(fā)展方向。在高速公路發(fā)達的一些國家，該技術(shù)已經(jīng)被產(chǎn)品化，并投入實際使用之中，但還有很多需要改進完善的地方。我國在這方面起步比較晚，與國外水平有著一定的差距。因此，研究和開發(fā)適合我國路面狀況要求的路面裂縫自動檢測系統(tǒng)，滿足我國公路檢測需要是非常重要的。目前，國內(nèi)外已經(jīng)研究開發(fā)了一系列路面檢測系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)技術(shù)還不是很成熟，不能完全滿足實際要求，還存在各種技術(shù)問題需要解決，特別是路面裂縫自動檢測技術(shù)，還需要在檢測方法、實現(xiàn)技術(shù)、系統(tǒng)開發(fā)等方向進行深入研究。
[0004]目前，由于國外進口的系統(tǒng)設(shè)備不僅價格昂貴，而且評價標(biāo)準(zhǔn)和我國有著差異，在路面損壞檢測方面也沒有實現(xiàn)自動化，國外的檢測系統(tǒng)也不能完全滿足我國路面檢測的要求。我國在自動檢測技術(shù)方面研究時間短，還處在初期階段，但近年來取得快速發(fā)展，形成了具有我國特色的路況檢測系統(tǒng)?？v觀國內(nèi)外路況檢測技術(shù)的發(fā)展和檢測系統(tǒng)的開發(fā)，還有許多技術(shù)難點需要解決，特別是在路面裂縫的自動檢測識別方面，還需要進行研究和開發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種基于多臺相機立體拍攝的路面損壞裂縫自動檢測系統(tǒng)及方法，其采用多臺相機同時從不同角度拍攝路面同一場景，利用光的直線傳播原理，通過路面成像后裂縫處灰度值的不同對圖像進行處理，進而得到裂縫。其投資費用少、檢測速度快、精度高的基于立體攝影測量的路面損壞裂縫自動檢測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)簡便、快速、高精度的檢測路面裂縫。[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明首先提出一種基于多臺相機立體拍攝的路面損壞裂縫檢測系統(tǒng)，包括檢測系統(tǒng)和裂縫圖像處理模塊，所述檢測系統(tǒng)包括多臺相機每兩臺相機一組、相機支架，所述其中一組兩臺相機以一個正拍路面一個傾斜拍攝路面的角度固定于支架上，兩組相機沿橫向布設(shè)；所述的裂縫圖像處理模塊為安裝有MATLAB軟件的計算機；所述兩臺相機與計算機連接。
[0008]上述相機采用面陣CCD相機，沿橫向布設(shè)的兩組相機，以路面中線分開左右各一組，多臺相機同時拍攝。
[0009]本發(fā)明還提出一種基于上述路面損壞裂縫檢測系統(tǒng)的路面損壞裂縫檢測方法，包括以下步驟:
[0010]I)相機標(biāo)定
[0011]首先制作標(biāo)定模板，在標(biāo)定模板上設(shè)置標(biāo)志點，采用兩個相機從不同角度拍攝模板，測出標(biāo)志點的物空間坐標(biāo)和像平面坐標(biāo)，代入二維空間物像數(shù)學(xué)關(guān)系式解算出相機參數(shù)，進而得出物像數(shù)學(xué)關(guān)系式；
[0012]2)圖像采集
[0013]兩個相機一臺正拍路面，另一臺傾斜拍攝路面，將拍攝圖像輸入計算機；
[0014]3)圖像預(yù)處理
[0015]裂縫圖像處理模塊對圖像進行直方圖均衡化處理和中值濾波處理；使直方圖均衡化增強圖像的對比度，使圖像更清晰，中值濾波處理在保存圖像邊緣的同時，減弱圖像的噪
曰；
[0016]4)圖像處理
[0017]利用兩圖像間數(shù)學(xué)關(guān)系對傾斜拍攝圖像進行圖像變換，再將正拍圖像和變換后的圖像進行加、減、乘運算；
[0018]5)閾值分割
[0019]采用迭代閾值法對圖像進行閾值分割，得到二值化；
[0020]6)裂縫特征提取
[0021]采用開運算和閉運算對二值圖像進行處理，以連通裂縫，消弱孤立噪聲點和毛刺；再利用距離公式計算出列分長度。
[0022]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0023](I)本發(fā)明是從多個角度去拍攝同一場景，而現(xiàn)有技術(shù)的方法是從一個角度去拍攝，相比而言本發(fā)明可以得到更好，更多的路面信息。
[0024](2)單目相機拍攝下不能消除陰影，本發(fā)明的檢測方法可以消除陰影。
[0025](3)本發(fā)明采用人工光源可以在晚上工作。
[0026](4)本發(fā)明采用的方法更簡單、以更簡潔的算法檢測出準(zhǔn)確的路面裂縫。
[0027](5)本發(fā)明可以檢測路面上坑槽的大小、深度；擁包的大小、高低等三維立體信
肩、O
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明的太陽光照射路面裂縫時橫斷面原理圖。[0029]圖2為本發(fā)明的基于立體攝影測量的路面損壞裂縫自動檢測系統(tǒng)中的圖像采集相機布局不意圖。
[0030]圖3為本發(fā)明的相機標(biāo)定的三維物像空間光學(xué)成像原理圖
[0031]圖4為本發(fā)明的物像空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系圖。
[0032]圖5為本發(fā)明的路面裂縫檢測圖像處理流程圖。
【具體實施方式】
[0033]本發(fā)明首先提出一種基于多臺相機立體拍攝的路面損壞裂縫檢測系統(tǒng)，包括檢測系統(tǒng)和裂縫圖像處理模塊，所述檢測系統(tǒng)包括多臺相機每兩臺相機一組、相機支架，所述其中一組兩臺相機以一個正拍路面一個傾斜拍攝路面的角度固定于支架上，兩組相機沿橫向布設(shè)；所述的裂縫圖像處理模塊為安裝有MATLAB軟件的計算機；所述兩臺相機與計算機連接。所述相機采用面陣C⑶相機，沿橫向布設(shè)的兩組相機，以路面中線分開左右各一組，多臺相機同時拍攝。
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述:
[0035]圖1為本發(fā)明的太陽光照射路面裂縫時橫斷面原理圖。其中(A)是太陽光照射情況圖，(B)是相機的拍攝角度示意圖。將裂縫假設(shè)成矩形槽，當(dāng)太陽光傾斜照射裂縫時，根據(jù)光的直線傳播原理，裂縫矩形槽底部a部分太陽光照射不到，所以看起來有陰影比較暗，b部分是太陽光能到達的地方，所以比較亮，基本和路面背景的亮度相同。順著太陽光的方向用相機去拍攝路面裂縫，當(dāng)相機傾斜角度和太陽光平行時，由于光的直線傳播，相機只能拍到裂縫的b部分，a部分拍攝不到，所以拍到的圖像中裂縫信息不明顯，它和背景的灰度值基本相同。當(dāng)相機角度再傾斜點時(這里將相機拍攝方向和垂直方向的夾角，記作傾斜角)，即傾斜角變大時，相機只能拍到裂縫底部b部分的一部分信息，甚至拍攝不到裂縫的底部，這時圖像中裂縫信息也不明顯。當(dāng)相機傾斜角度很小時裂縫底部的a部分的一部分信息和b部分都能被拍到，這時圖像中裂縫信息比較明顯，但是裂縫比較細，這種情況和相機正拍有點相似。太陽光照射方向不變，當(dāng)用相機正拍裂縫時，裂縫底部的a部分和b部分都可以被拍到，圖像中裂縫信息比較明顯。同樣迎著太陽照射方向去拍攝路面時，當(dāng)相機傾斜角度比較小時，a部分和b部分的一部分信息將被拍到，可以看到裂縫比較明顯，當(dāng)相機傾斜角度足夠大時，只能拍到裂縫底部的a部分，這時裂縫信息也是很明顯的，所以迎著太陽光去拍攝，不管相機角度是怎么樣的，都能拍到a部分，裂縫信息都是很明顯的信息。
[0036]在本發(fā)明的較佳實施例中，該基于多臺相機立體拍攝的路面損壞裂縫檢測系統(tǒng)，包括試驗系統(tǒng)和裂縫圖像處理模塊，所述試驗系統(tǒng)包括有兩臺相機、相機支架和標(biāo)記紙片，所述兩臺相機以一個正拍路面一個傾斜拍攝路面的角度固定于支架上；所述的裂縫圖像處理模塊為安裝有MATLAB軟件的計算機；所述兩臺相機與計算機連接。在本發(fā)明的最佳方案中，相機采用canon A630。
[0037]如圖2所示，為本發(fā)明的基于立體攝影測量的路面損壞裂縫自動檢測系統(tǒng)中的圖像采集相機布局示意圖。太陽光傾斜照射時，將第一臺相機與路面垂直放置，讓其正對路面拍攝，這樣拍攝時，裂縫底部全部被拍攝到，裂縫底部光到達不了的地方也被拍到，所以圖像上裂縫信息比較明顯，背景亮度和裂縫亮度差別比較大。將第二臺相機順著太陽光并與太陽光平行的角度去拍攝路面裂縫，這種拍攝如上面分析，圖像中裂縫信息不明顯，基本上裂縫和背景亮度差不多。最后對同一場景的兩幅圖像進行處理，通過兩幅圖像運算，將裂縫提取出來。
[0038]如圖3所示，為本發(fā)明的相機標(biāo)定的三維物像空間光學(xué)成像原理圖。采用相機拍攝目標(biāo)，目標(biāo)在相機的像面上成像，相機拍攝的空間物體和像平面中的像點具有對應(yīng)關(guān)系。利用光學(xué)成像原理進行攝影測量，分別在空間和圖像中建立坐標(biāo)系，如圖4所示，為本發(fā)明的物像空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系圖。其中物像空間中物點坐標(biāo)和像點坐標(biāo)之間的關(guān)系式，可通過三維物像空間成像關(guān)系及三維物像空間成像關(guān)系中物點坐標(biāo)和像點坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系得到。物點A(X，Y，Z)經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)(其光心為S)成像到像面上的點a(x，y)。物像
【權(quán)利要求】
1.一種基于多臺相機立體拍攝的路面損壞裂縫檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括檢測系統(tǒng)和裂縫圖像處理模塊，所述檢測系統(tǒng)包括多臺相機每兩臺相機一組、相機支架，所述其中一組兩臺相機以一個正拍路面一個傾斜拍攝路面的角度固定于支架上，兩組相機沿橫向布設(shè)；所述的裂縫圖像處理模塊為安裝有MATLAB軟件的計算機；所述兩臺相機與計算機連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多臺相機立體拍攝的路面損壞裂縫檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述相機采用面陣CCD相機，沿橫向布設(shè)的兩組相機，以路面中線分開左右各一組，多臺相機同時拍攝。
3.一種基于權(quán)利要求1所述路面損壞裂縫檢測系統(tǒng)的路面損壞裂縫檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)相機標(biāo)定 首先制作標(biāo)定模板，在標(biāo)定模板上設(shè)置標(biāo)志點，采用兩個相機從不同角度拍攝模板，測出標(biāo)志點的物空間坐標(biāo)和像平面坐標(biāo)，代入二維空間物像數(shù)學(xué)關(guān)系式解算出相機參數(shù)，進而得出物像數(shù)學(xué)關(guān)系式； 2)圖像采集 兩個相機一臺正拍路面，另一臺傾斜拍攝路面，將拍攝圖像輸入計算機； 3)圖像預(yù)處理 裂縫圖像處理模塊對圖像進行直方圖均衡化處理和中值濾波處理；使直方圖均衡化增強圖像的對比度，使圖像更清晰，中值濾波處理在保存圖像邊緣的同時，減弱圖像的噪音； 4)圖像處理 利用兩圖像間數(shù)學(xué)關(guān)系對傾斜拍攝圖像進行圖像變換，再將正拍圖像和變換后的圖像進行加、減、乘運算； 5)閾值分割 采用迭代閾值法對圖像進行閾值分割，得到二值化； 6)裂縫特征提取 采用開運算和閉運算對二值圖像進行處理，以連通裂縫，消弱孤立噪聲點和毛刺；再利用距離公式計算出列分長度。
【文檔編號】E01C23/01GK103993548SQ201410191118
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】宋宏勛, 崔國麗, 王建峰, 李平, 劉玉龍 申請人:長安大學(xué)