一種基于線結(jié)構(gòu)光的路面裂縫檢測系統(tǒng)及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種檢測系統(tǒng)和方法，特別是設(shè)及一種基于線結(jié)構(gòu)光的路面裂縫檢測 系統(tǒng)及其檢測方法，屬于基于計(jì)算機(jī)視覺的路面檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在道路裂縫檢測領(lǐng)域，主流的還是采用基于裂縫二維圖像的裂縫識(shí)別方法， 其分析的依據(jù)是裂縫在一定光照條件下的光照特性與路面本身存在的差異，但運(yùn)并不是裂 縫的本質(zhì)特征；由于無法徹底克服二維圖像傳感原理決定的，其在采集過程中的光照條件、 陰影、路面油污和干濕色差等干擾因素，僅通過裂縫二維圖像獲得的信息無法提取到完整 的裂縫，且無法反映裂縫的深度特征。
[0003] 裂縫最基本特征是由其=維形貌結(jié)構(gòu)體現(xiàn)的；將裂縫的基本特征作為分析對(duì)象進(jìn) 行檢測能夠更準(zhǔn)確地識(shí)別裂縫，而且能完全避開照明條件、陰影、油污和干濕條件帶來的影 響。
[0004] 由于線結(jié)構(gòu)光=維檢測技術(shù)具有檢測精度高速度快的特點(diǎn)，而且線結(jié)構(gòu)光=維檢 測技術(shù)采用的掃描模式也很適合采用車載方式掃描長距離的公路路面，基于結(jié)構(gòu)光的=維 檢測技術(shù)已成為當(dāng)前裂縫檢測的研究熱點(diǎn)。 陽〇化]當(dāng)前，比較新的路面裂縫=維檢測方法有2013年德克薩斯州立大學(xué)奧斯汀分校 交通研究中屯、的WOuyang和BXu在文獻(xiàn)《Pavementcrackingmeasurementsusing3D laser-scanimages》中提出的一種通過對(duì)路表整體進(jìn)行完全的S維重構(gòu)的方式提取裂縫 的方法。他們利用一個(gè)定制的=維激光掃描系統(tǒng)采集高精度的路面=維輪廓數(shù)據(jù)，并通過 S維重構(gòu)將路面的S維信息全部恢復(fù)成路面的S維輪廓，然后通過NURBS曲面進(jìn)行曲面 擬合去除路面的大型輪廓變化和起伏影響，轉(zhuǎn)化為裂縫信息較為顯著的深度圖，然后通過 化ar小波提取兩級(jí)高頻子圖中系數(shù)較大區(qū)域，作為裂縫可能出現(xiàn)的區(qū)域，再具體分析該區(qū) 域的深度及其變化來確定裂縫。
[0006] 雖然，上述運(yùn)種方法實(shí)現(xiàn)了真正意義上立足于全局和裂縫的根本特征，綜合了裂 縫整體的特征做檢測，對(duì)實(shí)現(xiàn)真正意義上的基于裂縫的=維特征提取有著極其重要的意 義，代表了裂縫檢測的最新的研究方向。上述方法基本思路毫無疑問是正確的，但是在實(shí)際 研究過程中，也發(fā)現(xiàn)了該方法的一些不足之處：上述方法利用的NURBS曲面在擬合路面基 本輪廓和起伏影響時(shí)候在不同的路況下效果不一，難W做到完美地將路面基本輪廓和起伏 與路面細(xì)節(jié)輪廓信息分離，而且通過裂縫的高頻特性提取裂縫碎片會(huì)出現(xiàn)較多窄裂縫和淺 裂縫的漏檢問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于線結(jié)構(gòu)光的路面 裂縫檢測系統(tǒng)及其檢測方法，特別適用于起伏路面的裂縫檢測。
[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便、制作容易、安全可靠、實(shí) 用性強(qiáng)的基于線結(jié)構(gòu)光的路面裂縫檢測系統(tǒng)，不僅可避免因路面顛鑛起伏導(dǎo)致的光條紋沿 掃描方向上下漂移問題，而且采集精度高、檢測處理速度快，具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。
[0009] 本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是提供響應(yīng)快速、處理高效、結(jié)果可靠的基于線 結(jié)構(gòu)光的路面裂縫檢測方法，消除現(xiàn)有技術(shù)從結(jié)構(gòu)光深度圖像中提取裂縫主要依據(jù)圖像中 裂縫的頻率特性、而出現(xiàn)較多誤檢漏檢等問題，W及有效地實(shí)時(shí)去除路面起伏或車輛振動(dòng) 引起的誤差，實(shí)現(xiàn)從裂縫在深度圖像中的=維輪廓形狀特征角度考慮，從而提供一種按圖 像中信息的不同形狀特征進(jìn)行區(qū)分的裂縫提取方法，相比于現(xiàn)有技術(shù)W路面光照特性為依 據(jù)的主流的裂縫檢測方法具有更佳的檢測效果。
[0010] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0011] 一種基于線結(jié)構(gòu)光的路面裂縫檢測系統(tǒng)，包括移動(dòng)平臺(tái)，均安裝于移動(dòng)平臺(tái)上的 線結(jié)構(gòu)光傳感模塊、計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)支架；所述線結(jié)構(gòu)光傳感模塊包括近紅外線激光器、攝像 機(jī)和窄帶濾光片，所述近紅外線激光器和攝像機(jī)均通過系統(tǒng)支架安裝于移動(dòng)平臺(tái)。
[0012] 其中，所述近紅外線激光器垂直照射向待測路面，所述攝像機(jī)朝向近紅外線激光 器垂直照射于待測路面的光線進(jìn)行拍攝，所述窄帶濾光片設(shè)置于攝像機(jī)的拍攝鏡頭正后 方；所述攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)相連，將拍攝采集到的包含待測路面=維信息的光條圖像傳輸至 計(jì)算機(jī)；所述計(jì)算機(jī)通過調(diào)用圖像傳輸存儲(chǔ)處理模塊進(jìn)行存儲(chǔ)，W及基于直線擬合和裂縫 曲線形狀特征進(jìn)行路面裂縫檢測。
[0013] 本發(fā)明還提供一種基于線結(jié)構(gòu)光的路面裂縫檢測方法，采用前述的檢測系統(tǒng)對(duì)待 測路面進(jìn)行路面裂縫檢測，包括W下步驟：
[0014] 步驟1、通過線結(jié)構(gòu)光傳感模塊采集包含待測路面=維信息的光條圖像，并傳輸至 計(jì)算機(jī)形成光條圖像序列；
[0015] 步驟2、從光條圖像序列中提取出路面橫向輪廓線，再采用直線擬合化及做差計(jì)算 拼接生成路面深度圖像；
[0016] 步驟3、根據(jù)裂縫曲線形狀特征，從路面深度圖像中提取出路面裂縫。
[0017] 本發(fā)明檢測方法進(jìn)一步設(shè)置為，所述步驟2中從光條圖像序列中提取出路面橫向 輪廓線，包括步驟有：
[0018] 步驟2曰、對(duì)光條圖像進(jìn)行預(yù)處理，依次進(jìn)行3X3結(jié)構(gòu)元素的閉運(yùn)算和3*3大小的 中值濾波；
[0019] 步驟化、采用極值法獲得光條圖像初始中屯、，再在初始中屯、上下各7個(gè)像素提取 灰度重屯、；
[0020] 步驟2c、將灰度重屯、連接，形成路面橫向輪廓線。
[0021] 本發(fā)明檢測方法進(jìn)一步設(shè)置為，所述步驟2中采用直線擬合W及做差計(jì)算拼接生 成路面深度圖像，包括步驟有：
[0022] 步驟2-A、對(duì)輸入的每一帖路面橫向輪廓線每隔一個(gè)單位均勻重采樣，剔除局部曲 率半徑小于預(yù)設(shè)闊值的區(qū)域；
[0023] 步驟2-B、在剩余的目標(biāo)區(qū)域輪廓線中均勻提取設(shè)定量輪廓點(diǎn)進(jìn)行直線擬合，得到 擬合直線；
[0024] 步驟2-C、計(jì)算原路面橫向輪廓線重采樣點(diǎn)每一處相對(duì)擬合直線的高程，換算成灰 度值，輸出一條單像素的灰度線，作為生成裂縫深度圖像的一行；
[00巧]步驟2-D、將每一條單像素的灰度線拼接生成裂縫深度圖像，直至光條圖像序列輸 入結(jié)束或裂縫深度圖像達(dá)到所需檢測尺寸大小。
[00%] 本發(fā)明檢測方法進(jìn)一步設(shè)置為，所述步驟2-A中剔除局部曲率半徑小于預(yù)設(shè)闊值 的區(qū)域，包括步驟有：
[0027] 步驟2-A-1、采用道格拉斯普克算法對(duì)輪廓線進(jìn)行分段，提取分段特征點(diǎn)；
[0028] 步驟2-A-2、將兩端點(diǎn)也視為特征點(diǎn)，如果特征點(diǎn)總數(shù)少于S個(gè)，則取消剔除操作； 如果特征點(diǎn)總數(shù)多于或者等于S個(gè)，則計(jì)算每連續(xù)S個(gè)特征點(diǎn)的外接圓半徑作為局部曲率 分析依據(jù)；
[0029] 步驟2-A-3、如果外接圓半徑大于預(yù)設(shè)闊值，則不作處理；如果外接圓半徑小于預(yù) 設(shè)闊值，則將對(duì)應(yīng)的連續(xù)立個(gè)特征點(diǎn)之間區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，不作為直線擬合的區(qū)域，將之剔除 出直線擬合的目標(biāo)區(qū)域。
[0030] 本發(fā)明檢測方法進(jìn)一步設(shè)置為：所述預(yù)設(shè)闊值設(shè)置為70~100。
[0031] 本發(fā)明檢測方法進(jìn)一步設(shè)置為，所述步驟3從路面深度圖像中提取出路面裂縫， 包括步驟有：
[0032] 步驟3曰、采用Contourlet變換對(duì)路面深度圖像進(jìn)行去噪，重構(gòu)出經(jīng)去噪的路面深 度圖像；
[0033] 步驟3b、將裂縫曲線形狀特征作為檢測依據(jù)，采用多尺度化ssian矩陣對(duì)經(jīng)去噪 的路面深度圖像進(jìn)行增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)線狀結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)和非線狀結(jié)構(gòu)的抑制，獲得線狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng) 的路面深度圖像；
[0034] 步驟3c、采用頂帽變換對(duì)線狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的路面深度圖像作進(jìn)一步增強(qiáng)整形處理， 得到整形處理圖像；
[0035] 步驟3d、將整形處理圖像進(jìn)行二值化，提取得路面裂縫。
[0036] 本發(fā)明檢測方法進(jìn)一步設(shè)置為，所述步驟3a采用Contourlet變換對(duì)路面深度圖 像進(jìn)行去噪，包括步驟有