一種三維路面裂縫圖像生成系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于路面裂縫檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三維路面裂縫圖像生成系統(tǒng)和 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 裂縫是路面的主要破損形式之一，它嚴(yán)重影響著路面質(zhì)量、服務(wù)性能和壽命，需要 及時(shí)有效地檢測(cè)和修復(fù)，以緩解路面惡化、降低維護(hù)成本。基于二維圖像分析的無損裂縫檢 測(cè)技術(shù)是目前檢測(cè)裂縫的主要手段。然而路面修補(bǔ)、油污、輪胎痕跡、陰影等在二維圖像中 很難與裂縫區(qū)分，嚴(yán)重地影響了裂縫檢測(cè)的準(zhǔn)確率。
[0003] 三維圖像由于增加了深度信息，使得路面裂縫可以和圖像中的其它部分區(qū)別開。 目前，三維路面裂縫圖像生成方法主要有兩種：程距法和多目立體視覺法。
[0004] 程距法根據(jù)已知的深度圖，用數(shù)值逼近的方法重建表面信息，根據(jù)模型建立場(chǎng)景 中的物體描述，實(shí)現(xiàn)圖像理解功能。其深度圖是由測(cè)距器獲得的，如紅外光、激光測(cè)距器等 主動(dòng)傳感技術(shù)。這類方法適用于嚴(yán)格控制下的環(huán)境，如實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。然而在實(shí)際路面檢測(cè) 時(shí)，測(cè)距器搭載在檢測(cè)車上，由于路面的顛簸和車輛本身的震動(dòng)導(dǎo)致所測(cè)得的距離誤差較 大，無法正確還原路面裂縫的三維結(jié)構(gòu)。
[0005] 多目立體視覺法。利用不同位置的多臺(tái)攝像機(jī)（一般兩攝像機(jī)）同時(shí)拍攝的多幅 圖像來恢復(fù)三維信息。這種方法要求多臺(tái)攝像機(jī)的參數(shù)一致，并要標(biāo)定攝像機(jī)的相對(duì)位置。 系統(tǒng)設(shè)置復(fù)雜。然而在檢測(cè)車行使的過程中難于保證多臺(tái)攝像機(jī)的相對(duì)位置不發(fā)生變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種三維路面裂縫圖像生成系 統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法不受成像傳感器與路面的距離的影響，更加簡(jiǎn)單可靠。
[0007] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種三維路面裂縫圖像生成系統(tǒng)，所 述系統(tǒng)包括信息采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和照明子系統(tǒng)：
[0008] 信息采集子系統(tǒng)包括圖像采集模塊和裂縫深度采集模塊，所述圖像采集模塊包括 拍攝控制子模塊、CCD線掃描攝像機(jī)和結(jié)構(gòu)光投射器，所述拍攝控制子模塊用于控制CCD線 掃描攝像機(jī)進(jìn)行攝像和控制結(jié)構(gòu)光投射器將一定模式的結(jié)構(gòu)光投射于被測(cè)路面上可見光 成像的半幅范圍內(nèi)，所述結(jié)構(gòu)光投射器用于投射出結(jié)構(gòu)光，所述CCD線掃描攝像機(jī)用于采 集裂縫的每幀包含可見光圖像和結(jié)構(gòu)光圖像的原始圖像；所述裂縫深度采集模塊用于采集 一定數(shù)量的樣本裂縫深度信息；
[0009] 數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，包括信息存儲(chǔ)模塊、圖像配準(zhǔn)模塊、可見光圖像裂縫檢測(cè)模塊、 結(jié)構(gòu)光圖像空間紋理提取模塊和裂縫深度計(jì)算模塊，該信息存儲(chǔ)模型用于存儲(chǔ)CCD線掃描 攝像機(jī)采集的裂縫的每幀包含可見光圖像和結(jié)構(gòu)光圖像的原始圖像、可見光圖像檢測(cè)模塊 檢測(cè)的裂縫特征、可見光圖像檢測(cè)模塊提取的空間紋理信息以及由樣本裂縫深度信息組成 的三維裂縫圖像庫(kù)，可見光圖像檢測(cè)模塊用于檢測(cè)可見光圖像中的裂縫特征，結(jié)構(gòu)光圖像 空間紋理提取模塊用于提取結(jié)構(gòu)光圖像中的空間紋理，裂縫深度計(jì)算模塊用于根據(jù)一定數(shù) 量的樣本裂縫建立裂縫深度預(yù)測(cè)模型，并根據(jù)該裂縫深度預(yù)測(cè)模型，結(jié)合目標(biāo)裂縫的可見 光圖像中的裂縫特征和提取的結(jié)構(gòu)光圖像中的空間紋理，計(jì)算目標(biāo)裂縫深度信息；
[0010] 照明子系統(tǒng)；為C⑶線掃描相機(jī)提供光源。
[0011] 進(jìn)一步，所述三維路面裂縫圖像生成系統(tǒng)還包括三維裂縫可視化模塊，所述三維 裂縫可視化模塊用于將得到的裂縫深度信息生成三維可視圖像，并顯示在用戶終端上。
[0012] 進(jìn)一步，結(jié)構(gòu)光投射器為投影儀。
[0013] 本發(fā)明提供一種三維路面裂縫圖像生成方法，包括以下步驟：
[0014] 步驟S100:采集樣本裂縫信息，建立裂縫深度預(yù)測(cè)模型，具體包括：
[0015] 步驟S101，采集樣本裂縫深度信息，包括：選定一個(gè)路段，不同光照條件下，使用 裂縫深度采集模塊，在靜止條件下，測(cè)定好每一處裂縫的深度，建立三維裂縫圖像庫(kù)，存儲(chǔ) 在信息存儲(chǔ)模塊中。
[0016] 步驟S102,采集樣本裂縫圖像，包括：拍攝控制子模塊通過結(jié)構(gòu)光投射器將一定 模式的結(jié)構(gòu)光投射于所選路段上可見光成像的半幅范圍內(nèi)，利用CCD線掃描攝像機(jī)采集所 選路段的每幀包含可見光圖像和結(jié)構(gòu)光圖像的原始圖像，并存儲(chǔ)在信息存儲(chǔ)模塊中；
[0017] 步驟S103,配準(zhǔn)樣本裂縫的可見光圖像I和結(jié)構(gòu)光圖像IPM，包括：篩選出包含裂 縫的原始圖像，從包含裂縫的前一幀原始圖像上獲取未覆蓋結(jié)構(gòu)光的可見光圖像I，并從當(dāng) 前幀原始圖像1"8上獲取同一路面位置處與所述未覆蓋結(jié)構(gòu)光的可見光圖像I相對(duì)應(yīng)的疊 加了結(jié)構(gòu)光信息的結(jié)構(gòu)光圖像IPM;
[0018] 步驟S104,檢測(cè)樣本裂縫的可見光圖像I中的裂縫，包括：對(duì)每一可見光圖像I，利 用圖像處理方法檢測(cè)出裂縫，獲取可見光圖像中裂縫特征，并存儲(chǔ)在信息存儲(chǔ)模塊中；
[0019] 步驟S105,提取樣本裂縫的結(jié)構(gòu)光圖像IPM中的空間紋理，包括：對(duì)每一與可見光 圖像I相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)光圖像IPM，利用圖像處理方法提取結(jié)構(gòu)光圖像中的空間紋理，存儲(chǔ)在 信息存儲(chǔ)模塊中；
[0020] 步驟S106,建立裂縫深度預(yù)測(cè)模型，包括：根據(jù)信息存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)的所述被測(cè)路 面上樣本裂縫的可見光圖像中的裂縫特征和結(jié)構(gòu)光圖像中的空間紋理以及三維裂縫圖像 庫(kù)中的樣本裂縫深度信息，建立裂縫深度預(yù)測(cè)模型；
[0021] 步驟S200 :采集目標(biāo)裂縫圖像，提取裂縫特征和空間紋理，計(jì)算目標(biāo)裂縫深度，具 體包括：
[0022] 步驟S201，采集目標(biāo)裂縫的圖像，包括：拍攝控制子模塊通過結(jié)構(gòu)光投射器將一 定模式的結(jié)構(gòu)光投射于被測(cè)路段上可見光成像的半幅范圍內(nèi)，利用CCD線掃描攝像機(jī)采集 被測(cè)路段的每幀包含可見光圖像和結(jié)構(gòu)光圖像的原始圖像，并存儲(chǔ)在信息存儲(chǔ)模塊中；
[0023] 步驟S202,配準(zhǔn)目標(biāo)裂縫的可見光圖像I和結(jié)構(gòu)光圖像Ip,e，包括：篩選出包含目 標(biāo)裂縫的原始圖像，從包含目標(biāo)裂縫的前一幀原始圖像上獲取未覆蓋結(jié)構(gòu)光的可見光圖像 I，并從當(dāng)前幀原始圖像I"g上獲取目標(biāo)裂縫的與所述未覆蓋結(jié)構(gòu)光的可見光圖像I相對(duì)應(yīng) 的疊加了結(jié)構(gòu)光信息的結(jié)構(gòu)光圖像IPM;
[0024] 步驟S203,檢測(cè)樣本裂縫的可見光圖像I中的裂縫，包括：對(duì)目標(biāo)裂縫的可見光圖 像I，利用圖像處理方法檢測(cè)出目標(biāo)裂縫，獲取可見光圖像中目標(biāo)裂縫特征，并存儲(chǔ)在信息 存儲(chǔ)模塊中；
[0025] 步驟S204,提取目標(biāo)裂縫的結(jié)構(gòu)光圖像Ip,e中的空間紋理，包括：對(duì)目標(biāo)裂縫的結(jié) 構(gòu)光圖像IPM，利用圖像處理方法提取結(jié)構(gòu)光圖像中的空間紋理，存儲(chǔ)在信息存儲(chǔ)模塊中；
[0026] 步驟S205,根據(jù)步驟S106建立的裂縫深度預(yù)測(cè)模型，結(jié)合信息存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)的目 標(biāo)裂縫特征和空間紋理信息，計(jì)算目標(biāo)裂縫深度。
[0027] 進(jìn)一步，步驟S101，采集樣本裂縫深度信息時(shí)，通過激光法、紅外探測(cè)法或超聲波 測(cè)距儀測(cè)定；將裂縫深度信息存儲(chǔ)在信息存儲(chǔ)模塊中的方式是，將裂縫深度信息標(biāo)記在裂 縫所在幀的原始圖像上。
[0028] 進(jìn)一步，步驟S103和步驟S202中，通過濾除結(jié)構(gòu)光圖像1_中的結(jié)構(gòu)光信息，并 設(shè)定相似性測(cè)度，來達(dá)到預(yù)定的配準(zhǔn)精度。
[0029] 進(jìn)一步，步驟S104和步驟S203中，利用Hessian矩陣的特征值和特征向量獲取圖 像中裂縫的強(qiáng)度和方向，得到裂縫曲線結(jié)構(gòu)；并利用高斯濾波算法對(duì)裂縫曲線結(jié)構(gòu)的非均 勻強(qiáng)度進(jìn)行平滑處理。
[0030] 進(jìn)一步，步驟S105和步驟S204中，利用灰度共生矩陣、局部相位一致性、局部分?jǐn)?shù) 維提取結(jié)構(gòu)光圖像中的空間紋理。
[0031] 進(jìn)一步，步驟S106的實(shí)現(xiàn)方式為：將樣本裂縫圖像中各個(gè)像素的深度看作一系列 隨機(jī)變量，將在結(jié)構(gòu)光圖像及可見光圖像提取的多個(gè)特征作為影響深度的因素，建立圖像 中每個(gè)像素點(diǎn)的深