基于圖像處理的車載式路面破損自動(dòng)識(shí)別裝置及使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及道路破損檢測(cè)技術(shù)，特別涉及一種基于圖像處理的車載式路面破損自動(dòng)識(shí)別裝置及使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各行各業(yè)都對(duì)交通運(yùn)輸有著巨大的需求。良好的公路交通環(huán)境已經(jīng)成為促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。隨著全國(guó)公路里程數(shù)的不斷增加，為確保已修建好的公路能夠得到良好的養(yǎng)護(hù)、發(fā)揮最大的價(jià)值、確保人民群眾交通出行時(shí)的生命與財(cái)產(chǎn)安全，必須對(duì)頻繁使用以及年久失修的道路進(jìn)行道路檢測(cè)。路面的破損檢測(cè)作為多種道路檢測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)中的一種，對(duì)道路的安全性具有重要影響。如果能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和檢測(cè)道路的破損，道路養(yǎng)護(hù)單位采取相應(yīng)的維修措施，則可以減少交通事故的發(fā)生、增加道路使用年限、降低行車的燃油消耗、提高駕乘舒適性。
[0003]目前的路面破損檢測(cè)技術(shù)主要有人工檢測(cè)、激光檢測(cè)、基于數(shù)字圖像處理檢測(cè)這三種發(fā)明。
[0004]人工檢測(cè)要求檢測(cè)人員到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)破損路面的破損狀況包括破損長(zhǎng)、寬、面積、位置進(jìn)行記錄，并對(duì)記錄的數(shù)據(jù)分類整理制表。這種檢測(cè)發(fā)明由于與檢測(cè)人員的個(gè)體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有很大不同，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果具有太強(qiáng)的主觀性，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，目前已很少采用。
[0005]激光檢測(cè)技術(shù)是依靠激光發(fā)射特定波長(zhǎng)激光，同時(shí)激光接收裝置實(shí)時(shí)接收由路面反射的激光。由于裂縫區(qū)域存在漫反射，接收到的光強(qiáng)度與正常路面的光強(qiáng)不同，依據(jù)這個(gè)特征進(jìn)行破損識(shí)別。缺陷是環(huán)境光影響較大，日光條件下受影響。
[0006]基于數(shù)字圖像處理的檢測(cè)技術(shù)在近些年正在發(fā)展，主要有基于面陣CXD相機(jī)和線陣CCD相機(jī)。兩者的路面破損檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)基本相同，但是基于面陣CCD相機(jī)采集后的圖像在不僅在道路橫向方向需要圖像拼接，而且在道路縱向方向也需要拼接，破損裂縫位置的定位與采用線陣CCD相機(jī)相比，沒(méi)有后者精確，面陣相機(jī)還需要處理成像畸變等不利因素。目前眾多的檢測(cè)裝置大多數(shù)均為先期檢測(cè)車戶外采集道路圖像，然后再由軟件或者室內(nèi)人工操作處理，處于半自動(dòng)化狀態(tài)，檢測(cè)準(zhǔn)確性還是與人的因素有較大的關(guān)聯(lián)。
[0007]綜上所述，需要一種更加高效的、更加精確的路面破損檢測(cè)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種基于圖像處理的車載式路面破損自動(dòng)識(shí)別裝置及使用方法，以解決上述【背景技術(shù)】中的缺點(diǎn)，以提高道路破損檢測(cè)的檢測(cè)速度，提高檢測(cè)精度，降低檢測(cè)成本。
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0010]—種基于圖像處理的車載式路面破損自動(dòng)識(shí)別裝置，包括圖像采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、電源模塊和GPS信號(hào)收發(fā)裝置，所述的圖像采集模塊包括線陣相機(jī)、觸發(fā)線陣相機(jī)拍照的旋轉(zhuǎn)編碼器、為線陣相機(jī)提供光源的LED照明單元、控制線陣相機(jī)拍攝參數(shù)和LED照明單元光照強(qiáng)度的設(shè)備控制臺(tái)，所述的線陣相機(jī)設(shè)置在檢測(cè)車的尾部，包括拍攝方向平行且采用俯攝的第一線陣相機(jī)和第二線陣相機(jī)，所述的旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在車輪輪轂軸線外沿；所述的數(shù)據(jù)處理模塊包括圖像采集卡、GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理單元、工控機(jī)，所述的圖像采集卡包括連接第一線陣相機(jī)的第一圖像采集卡和連接第二線陣相機(jī)的第二圖像采集卡，所述的GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理單元連接GPS信號(hào)收發(fā)裝置并將GPS信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理得到GPS定位信息，所述的圖像采集卡和GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理單元連接工控機(jī)，工控機(jī)內(nèi)設(shè)有圖像處理單元，圖像處理單元包括用于對(duì)路面圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、傳輸、拼接、顯示、存儲(chǔ)的A模塊和用于對(duì)路面圖像進(jìn)行融合、破損自動(dòng)識(shí)別、分類、統(tǒng)計(jì)和報(bào)表生成的B模塊；所述的電源模塊與圖像采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、GPS信號(hào)收發(fā)裝置連接。
[0011]本發(fā)明所述的第一線陣相機(jī)、第二線陣相機(jī)的拍攝角度為與垂直方向成36°，第一線陣相機(jī)、第二線陣相機(jī)拍攝到的圖像有一部分交叉重疊。
[0012]本發(fā)明所述的GPS信號(hào)收發(fā)裝置設(shè)置在檢測(cè)車的頂部。
[0013]本發(fā)明所述的GPS定位信息包括車速、方向、經(jīng)度、瑋度和時(shí)間。
[0014]本發(fā)明所述的圖像采集卡通過(guò)camera link連接線與線陣相機(jī)連接。
[0015]本發(fā)明所述的旋轉(zhuǎn)編碼器采用快拆式的結(jié)構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生的脈沖計(jì)數(shù)信號(hào)在車身每前進(jìn)Imm時(shí)觸發(fā)一次線陣相機(jī)拍攝。
[0016]本發(fā)明所述的LED照明單元設(shè)置在線陣相機(jī)下方，且設(shè)置在檢測(cè)車的尾部。
[0017]本發(fā)明所述的A模塊用于將N幀線陣圖像拼接成一張路面圖像，然后存儲(chǔ)起來(lái)。
[0018]本發(fā)明所述的B模塊用于將第一線陣相機(jī)和第二線陣相機(jī)所有時(shí)刻拍攝到的路面圖像進(jìn)行融合拼接，并對(duì)路面圖像進(jìn)行灰度均勻化，再對(duì)路面圖像進(jìn)行濾波、去噪、閾值分割、破損類型識(shí)別、報(bào)表自動(dòng)生成。
[0019]本發(fā)明還提供一種基于圖像處理的車載式路面破損自動(dòng)識(shí)別裝置的使用方法，包括以下步驟:
[0020]步驟I)旋轉(zhuǎn)編碼器在檢測(cè)車每前進(jìn)一段固定距離時(shí)發(fā)出一個(gè)脈沖，同時(shí)脈沖觸發(fā)第一線陣相機(jī)和第二線陣相機(jī)在LED照明單元的輔助照明下進(jìn)行拍照，得到該時(shí)刻檢測(cè)車行駛到的路面位置的圖像數(shù)據(jù)，其中第一線陣相機(jī)和第二線陣相機(jī)的拍攝參數(shù)、LED照明單元的光照強(qiáng)度由設(shè)備控制臺(tái)進(jìn)行調(diào)節(jié)；
[0021]步驟2)第一線陣相機(jī)和第二線陣相機(jī)通過(guò)camera link連接線將圖像數(shù)據(jù)分別傳輸給第一圖像采集卡、第二圖像采集卡，第一圖像采集卡、第二圖像采集卡對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后傳輸至工控機(jī)的內(nèi)存進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0022]步驟3)在步驟I)和步驟2)進(jìn)行的同時(shí)，GPS信號(hào)收發(fā)裝置將接收到的GPS信號(hào)傳輸至GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理單元進(jìn)行解析，得到該時(shí)刻路面的GPS定位信息，并將GPS定位信息傳輸至工控機(jī)的內(nèi)存進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0023]步驟4)工控機(jī)內(nèi)的A模塊采集存儲(chǔ)在工控機(jī)內(nèi)存中的圖像數(shù)據(jù)，將每1024幀第一線陣相機(jī)或第二線陣相機(jī)拍攝的圖像數(shù)據(jù)拼接成一張連續(xù)的路面圖像，再將該時(shí)間段完整的路面圖像顯示在軟件的窗口界面，對(duì)所有時(shí)間段完整的路面圖像依照時(shí)間順序進(jìn)行命名，存儲(chǔ)至工控機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，同時(shí)也將路面圖像的各個(gè)時(shí)刻的GPS定位信息和粧號(hào)里程信息保存至工控機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)；
[0024]步驟5)工控機(jī)內(nèi)的B模塊采用Harris角點(diǎn)對(duì)存儲(chǔ)在工控機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的路面圖像進(jìn)行特征提取，并采用圖像匹配的處理算法，將同時(shí)段第一線陣相機(jī)和第二線陣相機(jī)分別拍攝的路面圖像進(jìn)行融合，形成一張包含路面左邊圖像和右邊圖像的完整的路面圖像，并通過(guò)獲取光照背景、去除圖像光照差異，得到灰度均勻化后的路面圖像，再通過(guò)圖像濾波去噪、圖像閾值分割、膨脹和腐蝕的處理，提取出路面的破損圖像，依據(jù)破損類型數(shù)據(jù)的訓(xùn)練對(duì)破損類型進(jìn)行分類、統(tǒng)計(jì)，破損路面區(qū)域自動(dòng)標(biāo)記所在粧號(hào)位置以及里程數(shù)，最終自動(dòng)生成路面破損檢測(cè)報(bào)表。
[0025]有益效果:
[0026]采用本發(fā)明，根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，使車輪每前進(jìn)Imm觸發(fā)線陣相機(jī)拍攝，路面圖像精度高，避免利用GPS定位系統(tǒng)觸發(fā)拍照，在隧道、樹木等遮擋條件無(wú)法觸發(fā)的不利情形。采用雙線陣相機(jī)左右路面同時(shí)拍攝，降低了路面圖像拼接的復(fù)雜度，路面圖像容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)拼接圖像，以及左右路面圖像的融合。GPS定位信息作為輔助旋轉(zhuǎn)編碼器，校正里程，存檔相應(yīng)路面的GPS信息，有利于后期破損路面的查看，地理位置的定位。在圖像處理單元，設(shè)計(jì)了兩個(gè)模塊，一個(gè)模塊負(fù)責(zé)檢測(cè)車實(shí)地采集現(xiàn)場(chǎng)路面圖像時(shí)的實(shí)時(shí)采集、傳輸、顯示、存儲(chǔ)，另外一個(gè)模塊負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)庫(kù)里路面圖像，進(jìn)行破損自動(dòng)識(shí)別。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為本發(fā)明中圖像處理單元的流程圖。
[0029]圖3為本發(fā)明的較佳實(shí)施例中車載布局形式后視圖。
[0030]圖4為本發(fā)明的較佳實(shí)施例中車載布局形式側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0032]參見圖1-4所示的一種基于圖像處理的車載式路面破損自動(dòng)識(shí)別裝置，該裝置配置在一臺(tái)檢測(cè)車上，車上集成有電源模塊、圖像采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和GPS信號(hào)收發(fā)裝置。
[0033]電源模塊與圖像采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、GPS信號(hào)收發(fā)裝置連接，電源模塊為圖像采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊中的所有子模塊和GPS信號(hào)收發(fā)裝置提供穩(wěn)定的電源。
[0034]圖像采集模塊包括五個(gè)子模塊，分別是第一線陣相機(jī)、第二線陣相機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器、LED照明單元、設(shè)備控制臺(tái)，旋轉(zhuǎn)編碼器、設(shè)備控制臺(tái)、LED照明單元都與第一線陣相機(jī)和第二線陣相機(jī)連接；旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在車輪輪轂軸線外沿，與車輪同步旋轉(zhuǎn)，車輪每前進(jìn)一段距離，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)信號(hào)同步傳遞給第一線陣相機(jī)、第二線陣相機(jī)，觸發(fā)第一線陣相機(jī)、第二線陣相機(jī)進(jìn)行拍照，并將采集到的圖像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊；LED照明單元用于為第一線陣相機(jī)、第二線陣相機(jī)提供輔助照明，排除外界其他光源干擾；設(shè)備控制臺(tái)與第一線陣相機(jī)、第二線陣相機(jī)和LED照明單元連接，用于控制第一線陣相機(jī)和第二線陣相機(jī)的拍攝參數(shù)、LED照明單元的光照強(qiáng)度以及各個(gè)子模塊的開關(guān)。
[0035]數(shù)據(jù)處理模塊包括五個(gè)子模塊，分別是第一圖像采集卡、第二圖像采集卡、GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理單元、工控機(jī)、圖像處理單元，第一圖像采集卡、第二圖像采集卡、GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理單元都與工控機(jī)連接；第一圖像采集卡通過(guò)camera link連接線與第一線陣相機(jī)相連，第二圖像采集卡通過(guò)camera link連接線與第二線陣相機(jī)相連，第一線陣相機(jī)通過(guò)cameralink連接線將拍攝到的圖像數(shù)據(jù)傳輸給第一圖像采集卡，第二線陣相機(jī)通過(guò)camera link連接線將拍攝到的圖像數(shù)據(jù)傳輸給第二圖像采集卡，第一圖像采集卡和第二圖像采集卡對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理后傳輸至工控機(jī)內(nèi)存，工控機(jī)對(duì)線陣圖像進(jìn)行拼接生成連續(xù)路面圖像，并以固定幀數(shù)合成為一張圖像，分別保存至工控機(jī)硬盤內(nèi)；GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理單元與GPS信號(hào)收發(fā)裝置連接，GPS信號(hào)收發(fā)裝置接收GPS信息，并將GPS信息傳遞給GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理單元進(jìn)行預(yù)處理，GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理單元再將GPS信息傳輸至工控機(jī)進(jìn)行保存；圖像處理單元負(fù)責(zé)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)