一種三維可視化的路面破損信息的檢測方法及檢測裝置的制造方法
【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方法及檢測裝置，該方法包括如下步驟：將光柵條紋投影到待檢測路面上；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；對該圖像信息進行處理，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)；對三維路面圖形進行彩色渲染；利用連通域標記法識別出經(jīng)過彩色渲染的路面圖形中的各種路面破損類型；計算各個路面信息中的路面破損特征；最后將計算出的路面破損特征作為檢測結(jié)果輸出。該方法檢測準確、高效而且能夠檢測多種路面破損信息。本發(fā)明還包括一種三維可視化的路面破損信息的檢測裝置，其包括：光柵投影儀，兩臺CCD攝像機，光電編碼器以及檢測控制計算機。
【專利說明】
一種三維可視化的路面破損信息的檢測方法及檢測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種檢測方法，特別涉及一種三維可視化的路面破損信息的檢測方 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裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，過量的交通荷載、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。若不及時修復(fù)而繼續(xù)通車，會加劇 損壞程度、增加道路養(yǎng)護成本，縮短道路的使用壽命，影響行車的安全性和舒適性。因此，需 要定期對瀝青路面進行檢測和評價，制定出有效的養(yǎng)護決策。
[0003] 現(xiàn)有的檢測方法主要是人工檢測和多功能檢測車檢測。人工測量檢測準確率高， 但成本大、效率低，存在安全隱患，而且會影響正常交通。而多功能檢測車雖然彌補了人工 檢測的不足，但其主要檢測對象是二維類的損壞，無法準確識別擁包、車轍、沉陷等三維類 損壞的破損信息，檢測結(jié)果不夠全面，進而影響檢測結(jié)果的完整性和準確性。
[0004] 此外，現(xiàn)有的多功能檢測車對路面數(shù)據(jù)的采集方法主要有兩種：線激光檢測和點 激光檢測。點激光檢測一般采用安裝在同一橫梁上的若干個間距為l〇cm~30cm點激光器對 路面的橫斷面進行檢測，該檢測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。線激光器檢測的橫向間隔雖然很小，但縱向間隔過大 的問題依然沒有解決，使得在實際應(yīng)用中，路面真實形態(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 信的檢測方法，其可以提高橫向及縱向檢測精度，以能夠更為真實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路面上；
[0008] S2:利用兩臺CCD攝像機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:利用傅立葉變換對該圖像信息進行處理，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:將測量得到的路面采樣點的相對高程值按對數(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)系對三維重構(gòu)路面進行彩色渲染；
[0011] S5:基于不同種類的路面破損參考值，利用連通域標記法識別出經(jīng)過彩色渲染的 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算各個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:利用張友正標定法對所述兩臺(XD攝像 機進行標定，其中，該步驟so包括：
[0015] S01:將預(yù)設(shè)的棋盤格放在作為標定物的檢測車底的路面上；
[0016] S02:使用兩臺C⑶攝像機以不同角度拍攝八張標定物的照片；
[0017] S03:從照片中提取棋盤黑白間隔的角點作為特征點；
[0018] S04:估算理想無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CCD攝像機的畸變系數(shù)，以對攝取的圖像進行校正。
[0020] 更優(yōu)選地，所述步驟S3進一步包括：
[0021] S31:將光柵投影到待測路面表面，用兩個CCD攝像機實時拍攝背路面面形分布調(diào) 制的變形光場；
[0022] S32:對采集到的光柵圖像進行快速傅里葉變換，從頻域中濾出包含被測路面高度 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，計算出被測路面的三維面形數(shù)據(jù)。
[0024] 更優(yōu)選地，所述步驟S32進一步包括：
[0025] 當(dāng)光柵投影在基準面時，設(shè)參考平面上的點C在CCD攝像機陣列上的任意一點S成 像，則S點上有一相位：隊=色、；
[0026] 當(dāng)光柵投影在道路表面時，路面上的點在S上成像，于是S上有一新相位： = 0d，其中為基準面上點D的相位;可以得到CCD攝像機陣列上的S點先后兩次成像 得到的兩個相位良和％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為基準面上C、D 兩點之間的距離；
[0030] 再由相似三角形原理可得：
[0032]當(dāng)m>>h(X，y)時，高度分布和相位差的關(guān)系近似表示為：
[0034]通過相位展開求得相位差分布么以計算出路面的高度分布h(x，y)。
[0035]優(yōu)選地，在所述步驟S4中，對路面采樣點的相對高程值按對數(shù)分層包括步驟：
[0036]如果采集點的相對高程值在0~± 10mm之間時，對該數(shù)據(jù)取對數(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)采集點的相對高程數(shù)據(jù)在± 10~± 100之間時，對該數(shù)據(jù)取對數(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，所述相對高程值是指路面各采樣點相對于路面基準面的相對高度值。
[0039] 優(yōu)選地，在步驟S5中，所述連通域標記法采用兩遍掃描法，其中，
[0040] 第一遍掃描時根據(jù)每個像素高度值所屬不同區(qū)域賦予該像素一個標簽，并且對屬 于同一個連通區(qū)域但具有不同值的標簽合并，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)系的標簽所標記的像素歸為同一個連通區(qū)域，并為他們 賦予一個新的標簽；
[0042] 根據(jù)路面評價指標對破損進行分類，以識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:破損長度、破損寬度、破損面 積和破損體積；
[0044]其中，破損長度、破損寬度和破損面積通過外接矩形獲得，破損體積通過二重積分 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裝置，其包括:光柵投影儀， 其將光柵條紋投影到待檢測路面上;兩臺CCD攝像機，其分別攝取投影的光柵條紋圖像，并 將該圖像的信息發(fā)送至檢測控制計算機;光電編碼器，其安裝在車輛的輪軸上，并且連接兩 臺CCD攝像機;檢測控制計算機，其分別與光柵投影儀和兩臺CCD攝像機電連接，用于將采集 并融合后的各像素點的三維坐標完成路面的三維重構(gòu)、彩色渲染、路面破損識別和路面破 損特征計算，并且將計算出的路面破損特征作為檢測結(jié)果輸出。
[0046] 優(yōu)選地，所述兩臺C⑶攝像機與地面基準面成45°的夾角。
[0047] 優(yōu)選地，所述光柵投影儀中安裝有同步信號觸發(fā)器，以使得該光柵投影儀和兩臺 C⑶攝像機能夠同步工作。
[0048]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:所述基于光柵投影的測量公路路面三維信息的技術(shù)方 案，橫向及縱向檢測精度可達毫米量級，能夠更為真實的還原路面的三維狀況，可以有效的 實現(xiàn)公路路面三維幾何數(shù)據(jù)的采集與測量，為道路三維模型的重構(gòu)提供了精確的數(shù)據(jù)支 持。所述基于對數(shù)映射的高程暈染技術(shù)，能夠更加生動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。所述基于連通域標記的破損識別算法， 能夠準確全面的識別出路面的各類破損。所述路面破損特征的計算方法貼近實際，算法的 精確度較高。本發(fā)明實現(xiàn)了真正意義上的針對三維類破損的快速、自動檢測，提高了路況信 息采集的完整性和評價的科學(xué)性。
【附圖說明】
[0049] 圖1為本發(fā)明的三維可視化的路面破損信息的檢測方法的流程圖；
[0050] 圖2為本發(fā)明中的所述兩臺CCD攝像機進行標定的測量原理圖；
[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裝置和檢測 方法。該檢測裝置和方法涉及包括兩臺CCD攝像機、光柵投影儀和上位檢測控制計算機。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道路表面，CCD攝像機隨著光 電編碼器的脈沖輸入，對光柵圖像進行攝取。如果路面存在沉陷、坑槽、擁包等凹凸不平的 破損時，會在道路表面產(chǎn)生畸變條紋，這些畸變條紋包含了道路表面各點的三維信息。為減 小單CCD攝像機拍攝三維路面可能產(chǎn)生的盲區(qū)問題，使用兩臺CCD攝像機同時拍攝被路面調(diào) 制后的光柵條紋圖像，并實時傳輸給處理計算機，經(jīng)傅里葉變換輪廓術(shù)處理，得到真實路面 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，利用基于連通域標記的破損識別算法識別路面破損并對破損 特征進行計算。
[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方法，其包括如下步 驟：
[0056]步驟S0,首先利用張友正標定法對所述兩臺CCD攝像機進行標定。具體的，在真正 測量路面的三維信息前，要對兩臺CCD攝像機進行標定，獲取攝像機的內(nèi)外參數(shù)以及畸變系 數(shù)，以對攝取的圖像進行校正。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，可由兩個參數(shù)確定。單個攝像頭的定標主要是計算出攝像頭的內(nèi)參、五個畸變參 數(shù)以及外參。雙目攝像頭定標不僅要得出每個攝像頭的內(nèi)部參數(shù)，還需要通過標定來測量 兩個攝像頭之間的相對位置，即右攝像頭相對于左攝像頭的三維平移矩陣和旋轉(zhuǎn)矩陣參 數(shù)。
[0057]這里采用張正友標定法，把一張打印好的棋盤格放于參考平面上，這里為檢測車 底的路面，作為標定物品。使用雙CCD攝像機以不同角度拍攝標定物八張照片。從照片中提 取棋盤黑白間隔的角點作為特征點。估算理想無畸變情況下，五個內(nèi)參和所有外參。使用最 小二乘法估算CCD攝像機的畸變系數(shù)，并優(yōu)化求精，利用這些信息，就可以進行畸變矯正及 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路面上，隨后在 步驟S2,利用兩臺CCD攝像機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,利用傅立葉變換對該圖像信息進行處理，以形成三維路面圖形數(shù)據(jù)。
[0059] 這里，步驟S3詳細描述如下：
[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.將光柵投影到待測路面表面，用兩個CCD攝像機實時拍攝背路面面形分布調(diào)制 的變形光場。
[0062] 2.對采集到的圖像進行快速傅里葉變換，從頻域中濾出包含被測路面高度信息的 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，計算出被測路面的三維面形數(shù)據(jù)。
[0064] 所述傅里葉變換測量原理：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到基準面間的距離。S是CCD攝像機上任意一點。 當(dāng)光柵投影在基準面時，設(shè)參考平面上C點在CCD攝像機陣列上S點成像，則S點上有一相位： A = ，當(dāng)光柵投影在道路表面時，路面上H點在CCD攝像機陣列上S點成像，于是S點有一 新相位= 0心其中0^為基準面上D點的相位?？梢钥闯鯟CD攝像機陣列上S點先后兩次 成像得到的兩個相位和私的差值A(chǔ)0，正是由物面上H點相對于參考面的高度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為基準面上C、D 兩點之間的距離。再由相似三角形原理可得：
[0068]當(dāng)m>>h(X，y)時，高度分布和相位差的關(guān)系可以近似表示為：
[0070]后續(xù)通過相位展開求得相位差分布&0(x,y)，便可以計算出路面的高度分布h(x， y)〇
[0071]所述三維重構(gòu):得到路面各采樣點的三維數(shù)據(jù)后，將其融合到一個統(tǒng)一的路面坐 標系中。該坐標系以路面里程為Z軸，橫斷面為x軸，各點高程為y軸。其中，高程指的是路面 采樣點的高度。然后采選用規(guī)則三角形網(wǎng)格來構(gòu)建三維路面。如圖3所示，按順時針方向進 行組織，首先連接1、2、3數(shù)據(jù)點構(gòu)成三角形，再連接1、3、4數(shù)據(jù)點構(gòu)成三角形，連接完所有的 網(wǎng)格頂點之后生成連續(xù)的三角網(wǎng)，由眾多的三角網(wǎng)無限逼近而形成光滑曲面，從而實現(xiàn)三 維網(wǎng)格路面的建立。
[0072]得到路面各采樣點的三維數(shù)據(jù)后，將其融合到一個統(tǒng)一的坐標系中。本系統(tǒng)建立 以路面里程為z軸，橫斷面為x軸，各點高程為y軸的三維坐標系來完成三維重構(gòu)。其中，高程 指的是路面采樣點的高度。
[0073]在步驟S4,將測量得到的路面采樣點的相對高程值按對數(shù)分層，并根據(jù)設(shè)定好的 色彩表，對三維路面圖形進行彩色渲染。
[0074]所述基于對數(shù)映射的彩色暈染技術(shù)，是將測量得到的路面采樣點的相對高程值按 對數(shù)分層，對應(yīng)設(shè)定好的色彩表，對重構(gòu)后的路面進行彩色渲染。這種技術(shù)能夠更加生動有 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。所述相對高程值是指路面各采樣點相對于路面基準面的相對高度值。如公式 (4)所示，其中h為路面各采樣點的高度值，H為路面基準面的高度值。
[0075] h，=h_H (4)
[0076] 所述對數(shù)映射的基本思想：按照公式(4)所述，求得路面各采樣點的相對高程值。 以路面基準面為零基準面，路面各采樣點分布在零基準面以上(相對高程值大于0)和零基 準面以下（相對高程值大于0小于0)兩部分。利用公式(5)分別對各采樣點的相對高程值進 行對數(shù)映射。
[0077] z = lg(|h'|+l) (5)
[0078] 其中:h'表示相對高程數(shù)據(jù)，z表示相對高程數(shù)據(jù)取對數(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，即將對數(shù)映射之后的高程數(shù)據(jù)Z在〇~2之間分成10個高程空間，每一個高程空間對應(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，即采集點的相對高程數(shù)據(jù)大部分在0~± 10之間，這樣取對數(shù)之后大部分會集 中在0-1之間，那么暈渲之后的彩色路面會有10顏色，可以很好的顯示路面的平整信息；當(dāng) 相對高程在±10~±100范圍時，取對數(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時的顏色。最后，根據(jù)每個采 樣點的相對高程數(shù)據(jù)對應(yīng)的顏色索引確定該點的顏色值，繪制路面。
[0080] 在步驟S5，基于不同種類的路面破損參考值，利用連通域標記法識別出經(jīng)過彩色 渲染的路面圖形中的各種路面破損類型;該基于連通域標記的破損識別算法是指將采集到 的路面各采樣點看作是組成一幅圖像的多個像素點的集合，利用連通域標記算法對這幅圖 像的像素點進行掃描和分析得到圖像中的連通區(qū)域，進而識別出圖像中單個或多個活動目 標。然后根據(jù)交通部頒發(fā)的公路行業(yè)標準中對瀝青路面的評價指標，包括沉陷、坑槽、車轍 等的相關(guān)規(guī)定對這些活動目標進行分類，識別出檢測路面各破損類型。
[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)的采集點組成的區(qū)域。所述連通域標記算法采用兩遍掃描 法。第一遍掃描時根據(jù)每個像素高度值所屬不同區(qū)域賦予該像素一個標簽，掃描過程中同 一個連通區(qū)域內(nèi)的像素集合中可能會被賦予一個或多個不同標簽，因此需要將這些屬于同 一個連通區(qū)域但具有不同值的標簽合并，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)系的標簽所標記的像素歸為同一個連通區(qū)域，并為他們賦予一個新的標簽。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算方法計算出這些破損的 長、寬、高、面積等特征，然后根據(jù)評價指標對破損進行分類，最終識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算各個路面信息中的路面破損特征。 所述路面破損特征計算的具體算法如下：掃描每一個破損，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)，建立一個外接矩形。那么，該破損的長為外接矩 形的長即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)。對于破損的體積，采用二重積分的方法進行計算，對于由一系列三角形構(gòu)成的 破損面，使用二重積分計算每一個三角與路平面形成的斜三棱柱的體積，再將這每一個三 棱柱的體積累加，算得整個破損的體積。如下式所示，其中n為破損的點數(shù)。
[0084] 由于高程值的不同，四個頂點可能不在同一平面上，因此，將其劃分為兩個三角 形，即轉(zhuǎn)換為求三棱柱體積的計算。即所述路面破損信息中的路面破損特征包括:破損長 度、破損寬度、破損面積和破損體積;其中，破損長度、破損寬度和破損面積通過外接矩形獲 得，破損體積通過二重積分算法獲得。
[0085] 最后在步驟S7,為了模擬人工測量的方法，減小與人工測量結(jié)果之間的偏差，將計 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裝置，其 由光柵投影儀1、兩臺CCD攝像機2和檢測控制計算機3以及光電編碼器4構(gòu)成，其中，兩CCD攝 像機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。受檢測車橫梁高度制約，CCD攝像機拍攝范圍有限，故 系統(tǒng)采用雙CCD攝像機拍攝，通過雙目相機標定，實現(xiàn)重構(gòu)路面的坐標統(tǒng)一。
[0087]光電編碼器4安裝在車輛的輪軸上，并連接到兩臺CCD攝像機。隨著車輪轉(zhuǎn)過一定 角度，即車輛行駛一定距離，光電編碼器輸出脈沖，控制兩臺CCD同時拍照。根據(jù)采樣距離要 求，需提前偏轉(zhuǎn)角度對光電編碼器進行設(shè)置。檢測控制計算機3和光柵投影儀1相連，向投影 儀中傳遞控制信號控制投影儀工作，光柵投影儀中安裝有同步信號觸發(fā)器，保證投影儀和 兩臺CCD攝像機能夠同步工作。檢測控制計算機3用于將采集并融合后的各像素點的三維坐 標完成路面的三維重構(gòu)、彩色渲染、路面破損識別和路面破損特征計算，并且將計算出的路 面破損特征作為檢測結(jié)果輸出。采集圖像時，車輛保持勻速行駛，從待測量路面的起始位置 開始，車載計算機給光柵投影儀一個啟動信號，光柵投影儀將調(diào)制的光柵條紋投影到待測 路面表面，兩臺CCD攝像機每隔一定采樣間隔攝取一幅光柵圖像。到達待測路面終點后，車 載計算機給光柵投影儀一個停止信號，光柵投影儀和CCD攝像機同時停止工作。將CCD攝像 機攝取的一系列圖片導(dǎo)入計算機中，利用傅里葉變換輪廓術(shù)檢測圖像中各像素點的三維坐 標，然后根據(jù)相機標定，把各個像素點融合到路面坐標系中。打開三維可視化路面檢測系 統(tǒng)，利用融合后的各像素點的三維坐標完成路面的三維重構(gòu)、彩色渲染、破損識別和特征計 算。最后將檢測得到的結(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】
1. 一種Ξ維可視化的路面破損信息的檢測方法，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路面上； S2:利用兩臺CC時暴像機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:利用傅立葉變換對該圖像信息進行處理，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:將測量得到的路面采樣點的相對高程值按對數(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Ξ維重構(gòu)路面進行彩色擅染； S5:基于不同種類的路面破損參考值，利用連通域標記法識別出經(jīng)過彩色擅染的路面 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算各個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:利用張友正標定法對所述兩臺CC時暴像機進行標定，其中，該步 驟SO包括： SOI:將預(yù)設(shè)的棋盤格放在作為標定物的檢測車底的路面上； S02:使用兩臺CO)攝像機W不同角度拍攝八張標定物的照片； S03:從照片中提取棋盤黑白間隔的角點作為特征點； S04:估算理想無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CO)攝像機的崎變系數(shù)，W對攝取的圖像進行校正。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方法，其特征在于:所述步 驟S3進一步包括： S31:將光柵投影到待測路面表面，用兩個CC時暴像機實時拍攝背路面面形分布調(diào)制的 變形光場； S32:對采集到的光柵圖像進行快速傅里葉變換，從頻域中濾出包含被測路面高度信息 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，計算出被測路面的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方法，其特征在于:所述步 驟S32進一步包括： 當(dāng)光柵投影在基準面時，設(shè)參考平面上的點C在CC時暴像機陣列上的任意一點S成像，貝U S點上有一相位：取' 竊C ; 當(dāng)光柵投影在道路表面時，路面上的點在S上成像，于是S上有一新相位：竊；=0d，其 中為基準面上點D的相位;可W得到CC時暴像機陣列上的S點先后兩次成像得到的兩個相 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，時是投影光柵的基頻，b為基準面上C、D兩點 之間的距離； 再由相似Ξ角形原理可得：當(dāng)m〉〉h(x，y)時，高度分布和相位差的關(guān)系近似表示為：通過相位展開求得相位差分布么每提,y)，W計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方法，其特征在于:在所述 步驟S4中，對路面采樣點的相對高程值按對數(shù)分層包括步驟： 如果采集點的相對高程值在0~± 10mm之間時，對該數(shù)據(jù)取對數(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)采集點的相對高程數(shù)據(jù)在± 10~± 100之間時，對該數(shù)據(jù)取對數(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，所述相對高程值是指路面各采樣點相對于路面基準面的相對高度值。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方法，其特征在于:在步驟 S5中，所述連通域標記法采用兩遍掃描法，其中， 第一遍掃描時根據(jù)每個像素高度值所屬不同區(qū)域賦予該像素一個標簽，并且對屬于同 一個連通區(qū)域但具有不同值的標簽合并，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)系的標簽所標記的像素歸為同一個連通區(qū)域，并為他們賦予 一個新的標簽； 根據(jù)路面評價指標對破損進行分類，W識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:破損長度、破損寬度、破損面積和破損體積； 其中，破損長度、破損寬度和破損面積通過外接矩形獲得，破損體積通過二重積分算法 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路面上； 兩臺CO)攝像機，其分別攝取投影的光柵條紋圖像，并將該圖像的信息發(fā)送至檢測控制 計算機； 光電編碼器，其安裝在車輛的輪軸上，并且連接兩臺CCD攝像機； 檢測控制計算機，其分別與光柵投影儀和兩臺CO)攝像機電連接，用于將采集并融合后 的各像素點的Ξ維坐標完成路面的Ξ維重構(gòu)、彩色擅染、路面破損識別和路面破損特征計 算，并且將計算出的路面破損特征作為檢測結(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裝置，其特征在于:所述兩 臺CCD攝像機與地面基準面成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裝置，其特征在于:所述 光柵投影儀中安裝有同步信號觸發(fā)器，W使得該光柵投影儀和兩臺CC時暴像機能夠同步工 作。
【文檔編號】E01C23/01GK105839505SQ201610158826
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】琚曉輝, 陳景, 邊莉, 陳明, 于建洋
【申請人】交通運輸部科學(xué)研究院