基于多臺(tái)相機(jī)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(tái)相機(jī)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(yàn)系統(tǒng)和圖像處理模塊，所述試驗(yàn)系統(tǒng)包括相機(jī)，相機(jī)支架及其試驗(yàn)標(biāo)記卡片，將兩臺(tái)相機(jī)以一定角度安裝于相機(jī)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(jìn)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(jì)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(shí)別方面開展研究，提出了一種新的思路，進(jìn)行探索性的研究，為路面裂縫自動(dòng)檢測技術(shù)的進(jìn)一步研究奠定一定的基礎(chǔ)。本發(fā)明投資費(fèi)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(dòng)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(tái)相機(jī)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(dòng)檢測系統(tǒng)，尤其是一種基于多臺(tái)相機(jī)立體拍攝的路面損壞裂縫自動(dòng)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(hù)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(hù)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(hù)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(jìn)行養(yǎng)護(hù)和維修，那么在公路維護(hù)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(jì)算機(jī)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(jìn)展與成果，將圖像處理技術(shù)應(yīng)用到路面裂縫自動(dòng)檢測中來，實(shí)現(xiàn)了基于圖像處理的路面裂縫自動(dòng)檢測識(shí)別技術(shù)。通過實(shí)際應(yīng)用，證明了該技術(shù)能夠滿足當(dāng)代公路的養(yǎng)護(hù)管理需求，這種自動(dòng)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(dá)的一些國家，該技術(shù)已經(jīng)被產(chǎn)品化，并投入實(shí)際使用之中，但還有很多需要改進(jìn)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(dòng)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(shí)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(dòng)檢測技術(shù)，還需要在檢測方法、實(shí)現(xiàn)技術(shù)、系統(tǒng)開發(fā)等方向進(jìn)行深入研究。
[0004]目前，由于國外進(jìn)口的系統(tǒng)設(shè)備不僅價(jià)格昂貴，而且評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和我國有著差異，在路面損壞檢測方面也沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)檢測技術(shù)方面研究時(shí)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(diǎn)需要解決，特別是在路面裂縫的自動(dòng)檢測識(shí)別方面，還需要進(jìn)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(diǎn)，提供一種基于多臺(tái)相機(jī)立體拍攝的路面損壞裂縫自動(dòng)檢測系統(tǒng)及方法，其采用多臺(tái)相機(jī)同時(shí)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(jìn)行處理，進(jìn)而得到裂縫。其投資費(fèi)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(dòng)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(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明首先提出一種基于多臺(tái)相機(jī)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(tái)相機(jī)每兩臺(tái)相機(jī)一組、相機(jī)支架，所述其中一組兩臺(tái)相機(jī)以一個(gè)正拍路面一個(gè)傾斜拍攝路面的角度固定于支架上，兩組相機(jī)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(jì)算機(jī)；所述兩臺(tái)相機(jī)與計(jì)算機(jī)連接。
[0008]上述相機(jī)采用面陣CCD相機(jī)，沿橫向布設(shè)的兩組相機(jī)，以路面中線分開左右各一組，多臺(tái)相機(jī)同時(shí)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(jī)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(diǎn)，采用兩個(gè)相機(jī)從不同角度拍攝模板，測出標(biāo)志點(diǎn)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(jī)參數(shù)，進(jìn)而得出物像數(shù)學(xué)關(guān)系式；
[0012]2)圖像采集
[0013]兩個(gè)相機(jī)一臺(tái)正拍路面，另一臺(tái)傾斜拍攝路面，將拍攝圖像輸入計(jì)算機(jī)；
[0014]3)圖像預(yù)處理
[0015]裂縫圖像處理模塊對圖像進(jìn)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(qiáng)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(shí)，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(jìn)行圖像變換，再將正拍圖像和變換后的圖像進(jìn)行加、減、乘運(yùn)算；
[0018]5)閾值分割
[0019]采用迭代閾值法對圖像進(jìn)行閾值分割，得到二值化；
[0020]6)裂縫特征提取
[0021]采用開運(yùn)算和閉運(yùn)算對二值圖像進(jìn)行處理，以連通裂縫，消弱孤立噪聲點(diǎn)和毛刺；再利用距離公式計(jì)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(gè)角度去拍攝同一場景，而現(xiàn)有技術(shù)的方法是從一個(gè)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(jī)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(shí)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(dòng)檢測系統(tǒng)中的圖像采集相機(jī)布局不意圖。
[0030]圖3為本發(fā)明的相機(jī)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(shí)施方式】
[0033]本發(fā)明首先提出一種基于多臺(tái)相機(jī)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(tái)相機(jī)每兩臺(tái)相機(jī)一組、相機(jī)支架，所述其中一組兩臺(tái)相機(jī)以一個(gè)正拍路面一個(gè)傾斜拍攝路面的角度固定于支架上，兩組相機(jī)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(jì)算機(jī)；所述兩臺(tái)相機(jī)與計(jì)算機(jī)連接。所述相機(jī)采用面陣C⑶相機(jī)，沿橫向布設(shè)的兩組相機(jī)，以路面中線分開左右各一組，多臺(tái)相機(jī)同時(shí)拍攝。
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0035]圖1為本發(fā)明的太陽光照射路面裂縫時(shí)橫斷面原理圖。其中(A)是太陽光照射情況圖，(B)是相機(jī)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(shí)，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(dá)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(jī)去拍攝路面裂縫，當(dāng)相機(jī)傾斜角度和太陽光平行時(shí)，由于光的直線傳播，相機(jī)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(jī)角度再傾斜點(diǎn)時(shí)(這里將相機(jī)拍攝方向和垂直方向的夾角，記作傾斜角)，即傾斜角變大時(shí)，相機(jī)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(shí)圖像中裂縫信息也不明顯。當(dāng)相機(jī)傾斜角度很小時(shí)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(shí)圖像中裂縫信息比較明顯，但是裂縫比較細(xì)，這種情況和相機(jī)正拍有點(diǎn)相似。太陽光照射方向不變，當(dāng)用相機(jī)正拍裂縫時(shí)，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(shí)，當(dāng)相機(jī)傾斜角度比較小時(shí)，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(jī)傾斜角度足夠大時(shí)，只能拍到裂縫底部的a部分，這時(shí)裂縫信息也是很明顯的，所以迎著太陽光去拍攝，不管相機(jī)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(shí)施例中，該基于多臺(tái)相機(jī)立體拍攝的路面損壞裂縫檢測系統(tǒng)，包括試驗(yàn)系統(tǒng)和裂縫圖像處理模塊，所述試驗(yàn)系統(tǒng)包括有兩臺(tái)相機(jī)、相機(jī)支架和標(biāo)記紙片，所述兩臺(tái)相機(jī)以一個(gè)正拍路面一個(gè)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(jì)算機(jī)；所述兩臺(tái)相機(jī)與計(jì)算機(jī)連接。在本發(fā)明的最佳方案中，相機(jī)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(dòng)檢測系統(tǒng)中的圖像采集相機(jī)布局示意圖。太陽光傾斜照射時(shí)，將第一臺(tái)相機(jī)與路面垂直放置，讓其正對路面拍攝，這樣拍攝時(shí)，裂縫底部全部被拍攝到，裂縫底部光到達(dá)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(tái)相機(jī)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(jìn)行處理，通過兩幅圖像運(yùn)算，將裂縫提取出來。
[0038]如圖3所示，為本發(fā)明的相機(jī)標(biāo)定的三維物像空間光學(xué)成像原理圖。采用相機(jī)拍攝目標(biāo)，目標(biāo)在相機(jī)的像面上成像，相機(jī)拍攝的空間物體和像平面中的像點(diǎn)具有對應(yīng)關(guān)系。利用光學(xué)成像原理進(jìn)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(diǎn)坐標(biāo)和像點(diǎn)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(diǎn)坐標(biāo)和像點(diǎn)坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系得到。物點(diǎn)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(diǎn)a(x，y)。物像
【權(quán)利要求】
1.一種基于多臺(tái)相機(jī)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(tái)相機(jī)每兩臺(tái)相機(jī)一組、相機(jī)支架，所述其中一組兩臺(tái)相機(jī)以一個(gè)正拍路面一個(gè)傾斜拍攝路面的角度固定于支架上，兩組相機(jī)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(jì)算機(jī)；所述兩臺(tái)相機(jī)與計(jì)算機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多臺(tái)相機(jī)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(jī)采用面陣CCD相機(jī)，沿橫向布設(shè)的兩組相機(jī)，以路面中線分開左右各一組，多臺(tái)相機(jī)同時(shí)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(jī)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(diǎn)，采用兩個(gè)相機(jī)從不同角度拍攝模板，測出標(biāo)志點(diǎn)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(jī)參數(shù)，進(jìn)而得出物像數(shù)學(xué)關(guān)系式； 2)圖像采集 兩個(gè)相機(jī)一臺(tái)正拍路面，另一臺(tái)傾斜拍攝路面，將拍攝圖像輸入計(jì)算機(jī)； 3)圖像預(yù)處理 裂縫圖像處理模塊對圖像進(jìn)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(qiáng)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(shí)，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(jìn)行圖像變換，再將正拍圖像和變換后的圖像進(jìn)行加、減、乘運(yùn)算； 5)閾值分割 采用迭代閾值法對圖像進(jìn)行閾值分割，得到二值化； 6)裂縫特征提取 采用開運(yùn)算和閉運(yùn)算對二值圖像進(jìn)行處理，以連通裂縫，消弱孤立噪聲點(diǎn)和毛刺；再利用距離公式計(jì)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)