一種路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，包括支架，在支架上部設(shè)置有相互平行的導(dǎo)軌和絲桿，支架上方設(shè)置有固定架，固定架的下部活動(dòng)式安裝在絲桿和導(dǎo)軌上；固定架中安裝有相互平行且正對(duì)地面的線形激光器和線陣相機(jī)，在線形激光器和線陣相機(jī)的前方分別安裝有發(fā)射透鏡和第一接收透鏡；固定架中還安裝有面陣相機(jī)，面陣相機(jī)前方設(shè)置有第二接收透鏡，發(fā)射透鏡和第二接收透鏡的法線相交，且交點(diǎn)落在地面上。本實(shí)用新型使用光源復(fù)用，線光源不但為面陣相機(jī)提供結(jié)構(gòu)光，而且為線陣相機(jī)提供照明光，提高了表面三維數(shù)據(jù)的采集的精度，同時(shí)又能得到路面二維圖像，且操作簡(jiǎn)單靈活，計(jì)算方便。
【專利說(shuō)明】一種路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于路面測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，是一種基于線光源的路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]交通事故與路面的抗滑性能有很大的關(guān)系，而路面抗滑性能直接受到路面紋理深度的影響。道路表面的凹凸程度可用表面三維數(shù)據(jù)來(lái)表示，可用于評(píng)定路面表面的宏觀粗糙度、排水性能及抗滑性。同時(shí)在采集三維數(shù)據(jù)的可得到路面二維圖像。隨著交通道路的增加，車(chē)輛的快速的增加，交通事故發(fā)生也在上升，影響交通事故的因素很多，路表面抗滑性能差是其中最主要的因素，如果改變路表面的抗滑性能，在很大程度上可見(jiàn)減少交通事故的多發(fā)性。傳統(tǒng)測(cè)量表面三維數(shù)據(jù)的方法有:鋪砂法、激光測(cè)距儀、數(shù)字圖像法。其中，鋪砂法由于受人為因素的影響，測(cè)試結(jié)果的誤差較大，鋪砂法效率低、獲取數(shù)據(jù)點(diǎn)難。激光測(cè)距儀采用的是點(diǎn)陣式激光光源，采集到的是不連續(xù)的點(diǎn)，容易造成一些點(diǎn)的缺失，不能真實(shí)再現(xiàn)路面紋理特性，影響測(cè)量精度。數(shù)字圖像法受外界環(huán)境光照的強(qiáng)度、照相角度等影響很大，有待進(jìn)一步提高；當(dāng)前迫切需要提出一種測(cè)量精度高的裝置來(lái)解決傳統(tǒng)測(cè)量精度低的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述現(xiàn)有兩種檢測(cè)法存在的缺陷或不足，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，提高數(shù)據(jù)采集精度和效率，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理過(guò)程提供良好的基礎(chǔ)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，包括支架，在支架上部設(shè)置有相互平行的導(dǎo)軌和絲桿，支架上方設(shè)置有固定架，固定架的下部活動(dòng)式安裝在絲桿和導(dǎo)軌上；固定架中安裝有相互平行且正對(duì)地面的線形激光器和線陣相機(jī)，在線形激光器和線陣相機(jī)的前方分別安裝有發(fā)射透鏡和第一接收透鏡；固定架中還安裝有面陣相機(jī)，面陣相機(jī)前方設(shè)置有第二接收透鏡，發(fā)射透鏡和第二接收透鏡的法線相交，且交點(diǎn)落在地面上。
[0006]進(jìn)一步地，所述的發(fā)射透鏡與線形激光器的發(fā)射面之間的距離為發(fā)射透鏡的焦距，二者平行設(shè)置；所述的第一接收透鏡與線陣相機(jī)的靶面之間的距離為第一接收透鏡的焦距，二者平行設(shè)置；所述的第二接收透鏡與面陣相機(jī)的靶面之間的距離為第二接收透鏡的焦距，二者平行設(shè)置。
[0007]進(jìn)一步地，所述的絲桿上安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器和用于驅(qū)動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，旋轉(zhuǎn)編碼器與一個(gè)計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)還分別與線陣相機(jī)和面陣相機(jī)連接。
[0008]進(jìn)一步地，所述的固定架的底部固結(jié)有與軌道配合的滑塊，和與絲桿配合的螺紋接頭。
[0009]進(jìn)一步地，所述的支架底部安裝有滾輪。[0010]進(jìn)一步地，所述的線形激光器的發(fā)射面距離地面的高度為40?50cm。
[0011]進(jìn)一步地，所述的發(fā)射透鏡和第二接收透鏡的法線的夾角為35°?50°。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是激光三角測(cè)距的原理圖；
[0014]1-支架，2-旋轉(zhuǎn)編碼器，3-電動(dòng)機(jī)，4-絲桿，5-導(dǎo)軌，6_滑塊，7_螺紋接頭，8_第二接收透鏡，9-面陣相機(jī)，10-固定架，11-發(fā)射透鏡，12-線形激光器，13-線陣相機(jī)，14-第一接收透鏡，15-滾輪；
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1所示，本實(shí)用新型包括支架I，支架I上安裝有電動(dòng)機(jī)3、旋轉(zhuǎn)編碼器2、導(dǎo)軌
5、絲桿4 ;在支架I的上方安裝有固定架10，將線陣相機(jī)13、線形激光器12、面陣相機(jī)9、發(fā)射透鏡11、第一接收透鏡14和第二接收透鏡8安裝在固定架10上，使線形激光器12的發(fā)射面正對(duì)地面(平行于地面)，且線陣相機(jī)13和線形激光器12平行設(shè)置。
[0016]發(fā)射透鏡11與線形激光器12的發(fā)射面之間的距離為發(fā)射透鏡11的焦距，二者平行設(shè)置；所述的第一接收透鏡14與線陣相機(jī)13的靶面之間的距離為第一接收透鏡14的焦距，二者平行設(shè)置；所述的第二接收透鏡8與面陣相機(jī)9的靶面之間的距離為第二接收透鏡8的焦距，二者平行設(shè)置。發(fā)射透鏡11和第二接收透鏡8的法線相交，且交點(diǎn)落在地面上。
[0017]為了實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的自動(dòng)化，更加方便數(shù)據(jù)的采集和讀取，在本實(shí)用新型的絲桿4上安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器2和用于驅(qū)動(dòng)絲桿4旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)3，旋轉(zhuǎn)編碼器2與一個(gè)計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)還分別與線陣相機(jī)13和面陣相機(jī)9連接。
[0018]線形激光器12具有良好的光源特性，激光束發(fā)出的激光束是比較均勻，對(duì)紅外光線比較敏感，頻譜響應(yīng)在面陣面陣相機(jī)9和線陣相機(jī)13的感光區(qū)域內(nèi)，拍出來(lái)的圖片的效果比較好，適用于高精度的測(cè)量和測(cè)試。
[0019]制作時(shí)，將固定架10和面陣相機(jī)9、第一接收透鏡14、線形激光器12、發(fā)射透鏡
11、線陣相機(jī)13、第二接收透鏡8固定成一個(gè)整體。
[0020]旋轉(zhuǎn)編碼器2 —端和計(jì)算機(jī)連接，另一端并行連接在面陣相機(jī)9和線陣相機(jī)13上，旋轉(zhuǎn)編碼器2用于將固定架10的位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將電信號(hào)以觸發(fā)的形式發(fā)送給面陣相機(jī)9和線陣相機(jī)13，以此控制面陣相機(jī)9和線陣相機(jī)13的拍攝頻率，即面陣相機(jī)9和線陣相機(jī)13以一定的間隔時(shí)間采集圖像，面陣相機(jī)9和線陣相機(jī)13將采集到的圖像分別傳送給計(jì)算機(jī)，最終得出路面的三維數(shù)據(jù)和二維數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)可恢復(fù)出路面的三維圖像和路面二維圖像。
[0021]調(diào)整電動(dòng)機(jī)3和旋轉(zhuǎn)編碼器2，使絲桿4每旋轉(zhuǎn)I毫米，旋轉(zhuǎn)編碼器2發(fā)出m個(gè)脈沖；旋轉(zhuǎn)編碼器2實(shí)時(shí)向計(jì)算機(jī)發(fā)出脈沖信號(hào)，計(jì)算機(jī)采用閾值法，每接收到m個(gè)脈沖信號(hào)，即向面陣相機(jī)9發(fā)送一次觸發(fā)信號(hào)；每接收到η個(gè)脈沖，即向面陣相機(jī)9發(fā)送一次觸發(fā)信號(hào)。同時(shí)，在電動(dòng)機(jī)3旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于螺紋接頭7與絲桿4的配合，使絲桿4旋轉(zhuǎn)時(shí)，固定架10在絲桿4上移動(dòng)；而固定架10底部的另一端支撐在滑塊6上，沿軌道向前運(yùn)動(dòng)。
[0022]線形激光器12發(fā)射激光光束，光束經(jīng)發(fā)射透鏡11到達(dá)被測(cè)路面后，由于漫反射，該光束的一部分通過(guò)第二接收透鏡8反射到面陣相機(jī)9的靶面上，一部分通過(guò)第一接收透鏡14反射到線陣相機(jī)13的靶面上。
[0023]面陣相機(jī)9實(shí)時(shí)接收計(jì)算機(jī)發(fā)送的觸發(fā)信號(hào)，每接收到一次觸發(fā)信號(hào)采集一幅圖像，并將采集到的圖像實(shí)時(shí)發(fā)送給計(jì)算機(jī)，共得到N副圖像；同時(shí)線陣相機(jī)13實(shí)時(shí)接收計(jì)算機(jī)發(fā)送的觸發(fā)信號(hào)，每接收到一次觸發(fā)信號(hào)采集一幅圖像，并將采集到的圖像實(shí)時(shí)發(fā)送給計(jì)算機(jī)，共得到M副圖像。
[0024]無(wú)論何種圖像，其成像規(guī)律是相同的:當(dāng)一束平行光線照射到光滑表面時(shí)，表面各點(diǎn)反射回來(lái)的還是一束平行光線，且光線強(qiáng)度是一致的。這束平行光線反射到感光膠片上時(shí)，膠片各點(diǎn)的感光度是一致的，因此人們觀察到圖像的各個(gè)亮點(diǎn)度或灰度是均勻一致的，并由此得出所拍攝物體表面很光滑的結(jié)論，反之，當(dāng)一束平行光線照射在粗糙的物體表面上時(shí)，反射回來(lái)的不再是一束平行的光線。此時(shí)，反射到感光膠片上各點(diǎn)光線的強(qiáng)度是不同的，因此人們觀察到的圖像各點(diǎn)亮度或灰度發(fā)生變化，表面凸起的部分亮，表面下凹的部分光線暗。根據(jù)圖像各點(diǎn)的明暗差異，可以分析區(qū)分出物體表面凹凸不平的程度。
[0025]計(jì)算機(jī)對(duì)從面陣相機(jī)9接收到的每副圖像依次進(jìn)行圖像去噪，再對(duì)每副圖像通過(guò)閾值重心法逐列進(jìn)行質(zhì)心提取，將每一列的質(zhì)心的坐標(biāo)值與該副圖像中其對(duì)應(yīng)的參考基準(zhǔn)面相應(yīng)列的高度坐標(biāo)值相減得到差值V，再通過(guò)公式I分別計(jì)算得到每副圖像每一列所代表的高度值X，共得到M*N個(gè)高度值X，其中，M為每副圖像在面陣相機(jī)9的靶面上所占的列數(shù)，a為第二接收透鏡8和發(fā)射透鏡11的法線的交點(diǎn)到第二接收透鏡8中心的距離，D為第二接收透鏡8和發(fā)射透鏡11的水平距離，b為第二接收透鏡8的焦距:
【權(quán)利要求】
1.一種路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，包括支架(I)，其特征在于，在支架(I)上部設(shè)置有相互平行的導(dǎo)軌(5)和絲桿(4)，支架(I)上方設(shè)置有固定架(10)，固定架(10)的下部活動(dòng)式安裝在絲桿(4)和導(dǎo)軌(5)上；固定架(10)中安裝有相互平行且正對(duì)地面的線形激光器(12)和線陣相機(jī)(13)，在線形激光器(12)和線陣相機(jī)(13)的前方分別安裝有發(fā)射透鏡(11)和第一接收透鏡(14);固定架(10)中還安裝有面陣相機(jī)(9)，面陣相機(jī)(9)前方設(shè)置有第二接收透鏡(8)，發(fā)射透鏡(11)和第二接收透鏡(8)的法線相交，且交點(diǎn)落在地面上。
2.如權(quán)利要求1所述的路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，其特征在于，所述的發(fā)射透鏡(11)與線形激光器(12)的發(fā)射面之間的距離為發(fā)射透鏡(11)的焦距，二者平行設(shè)置；所述的第一接收透鏡(14)與線陣相機(jī)(13)的靶面之間的距離為第一接收透鏡(14)的焦距，二者平行設(shè)置；所述的第二接收透鏡(8)與面陣相機(jī)(9)的靶面之間的距離為第二接收透鏡(8)的焦距，二者平行設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1所述的路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，其特征在于，所述的絲桿(4)上安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器(2)和用于驅(qū)動(dòng)絲桿(4)旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)(3)，旋轉(zhuǎn)編碼器(2)與一個(gè)計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)還分別與線陣相機(jī)(13)和面陣相機(jī)(9)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，其特征在于，所述的固定架(10)的底部固結(jié)有與軌道配合的滑塊(6)，和與絲桿(4)配合的螺紋接頭(7)。
5.如權(quán)利要求1所述的路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，其特征在于，所述的支架(I)底部安裝有滾輪(15)。
6.如權(quán)利要求1所述的路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，其特征在于，所述的線形激光器(12)的發(fā)射面距離地面的高度為40?50cm。
7.如權(quán)利要求1所述的路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，其特征在于，所述的發(fā)射透鏡(11)和第二接收透鏡(8)的法線的夾角為35°?50°。
【文檔編號(hào)】E01C23/01GK203741686SQ201420084313
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】李偉, 孫朝云, 包靜, 劉祝, 蘇瑜, 侯云飛 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)