一種水泥混凝土路面刻槽深度三維檢測方法及系統技術方案

本發明專利技術公開了一種水泥混凝土路面刻槽深度三維檢測算法及系統，采用基于線激光和面陣相機的數據采集系統，采集得到三維圖像數據記為y；計算機讀取三維圖像數據矩陣y；對數據矩陣y進行雙向標準差濾波，得到濾波后的圖像數據矩陣Q；對濾波后的數據矩陣Q進行形態學濾波，得到濾波后的矩陣M'm×n；創建三維數據矩陣M'm×n的高度直方圖Hist；求該矩陣的閾值th；將M'm×n中所有大于等于閾值th的數據存入一維矩陣O1中，同時將所有小于th的數據存入一維矩陣O2中，從而將去噪后的路面三維數據矩陣M'm×n劃分為兩部分；分別計算矩陣O1中數據的算術平均值avg1和矩陣O2中數據的算術平均值avg2，然后計算得到刻槽區域的平均深度值。該算法穩定性好、可靠性高，與鋪砂法比較相對誤差小。

【技術實現步驟摘要】
一種水泥混凝土路面刻槽深度三維檢測方法及系統
本專利技術專利屬于道路交通智能檢測領域，具體涉及一種水泥混凝土路面刻槽深度三維檢測算法及系統。
技術介紹
水泥混凝土表面刻槽工藝在公路、跑道、橋面等各個領域應用廣泛，可有效提高路面抗滑性，對保證行車安全又重要作用。但是，在路面使用過程中由于行駛車輛碾壓、雨雪等自然天氣的影響，刻槽不可避免的會出現不同程度的磨損，對其抗滑性能產生影響。通過調研發現，對刻槽磨損程度目前尚沒有成熟的方法對其進行評價。由于構造深度是評價路面抗滑性能的重要指標，因此，本研究將刻槽區域的平均構造深度作為刻槽磨損程度的評價指標，實現刻槽區域平均構造深度的計算。評價水泥混凝土路面抗滑性能的宏觀構指標主要有兩個，平均斷面深度(MPD)與平均構造深度(MTD)。測試方法有：鋪砂法，激光斷面法和流出儀法。鋪砂法具有原理簡單、操作方便、結果直觀等優點，但是裝砂方法無嚴格標準，造成裝入砂的緊密程度差異使裝入砂的體積不同，且攤砂用的推平板也沒有統一標準導致手工鋪砂法誤差較大。激光斷面法應用廣泛，但由于激光的性質，應用在水泥混凝土刻槽路面等大宏觀構造路面上時，測試結果誤差較大。流出儀不能測試多孔路面和透水路面。
技術實現思路
針對上述現有技術中存在的缺陷或不足，本專利技術的目的在于，提供一種水泥混凝土路面刻槽深度三維檢測算法。為了達到上述目的，本專利技術采用如下的技術方案予以解決：一種水泥混凝土路面刻槽深度三維檢測算法，具體包括如下步驟：步驟1：計算機讀取待測的路面三維數據矩陣y；步驟2：對讀取的路面三維數據矩陣y進行雙向標準差濾波，得到雙向標準差濾波后的矩陣Q；步驟3：對雙向標準差濾波后的矩陣Q進行形態學濾波，得到去噪后的路面三維數據矩陣M'm×n；步驟4：根據去噪后的路面三維數據矩陣M'm×n，繪制刻槽的高度直方圖Hist；步驟5：根據刻槽的高度直方圖Hist，計算刻槽區域的閾值th；步驟6：逐行遍歷步驟3得到的去噪后的路面三維數據矩陣M'm×n，將M'm×n中所有大于等于閾值th的數據存入一維矩陣O1中，將所有小于th的數據存入一維矩陣O2中，從而將去噪后的路面三維數據矩陣M'm×n劃分為兩部分；步驟7：分別計算一維矩陣O1中數據的算術平均值avg1和一維矩陣O2中數據的算術平均值avg2，然后根據下式計算得到刻槽區域的平均深度值：GDV＝|avg1-avg2|。進一步的，所述步驟2中對讀取的路面三維數據矩陣y進行雙向標準差濾波具體包括如下步驟：步驟21，計算矩陣y中每一行的算術平均值和標準差；步驟22，設路面三維數據矩陣y中的元素記為yij，1≤i≤a，1≤j≤b，其中a，b為路面三維數據矩陣y的總行數與總列數；步驟23，如果則用該行的算術平均值替換該元素的值，否則該元素的值保持不變；其中，meanai是第i行的算術平均值，sqrsi是第i行的標準差，行閾值k1為3～10；步驟24，計算矩陣y中每一列的算術平均值和標準差；步驟25，如果則用該列的算術平均值來代替該元素值，否則該元素的值保持不變，其中，meanbj是第j列的列均值，sqrcoj是第j列的標準差，列閾值k2為3～10，得到雙向標準差濾波后的路面三維數據矩陣Q。進一步的，所述步驟3中對雙向標準差濾波后的矩陣Q進行形態學濾波具體包括如下步驟：步驟31，選擇結構元素se1對雙向標準差濾波后的矩陣Q進行開運算，得到矩陣I；步驟32，選擇結構元素se2對矩陣I進行膨脹處理，得到去噪后的路面三維數據矩陣M'm×n。進一步的，所述步驟4的繪制刻槽的高度直方圖Hist具體包括如下步驟：步驟41：將去噪后的三維數據矩陣M'm×n中所有數據取與其最接近的整數，得到高度數據矩陣Om×n；步驟42：找出矩陣Om×n中的最大高度數據值max；步驟43：創建長度為(max+1)的一維矩陣f，將高度數據矩陣Om×n中每個高度值value在高度數據矩陣Om×n中出現的次數f(value)按照從0到max的順序依次存入一維矩陣f；其中max為高度數據矩陣Om×n的最大值；步驟44，以高度數據矩陣Om×n中高度值value為橫坐標，以每個高度值value值在一維矩陣f中出現的次數f(value)為縱坐標繪圖，得到錯臺的高度直方圖Hist。進一步的，所述步驟5計算刻槽區域的閾值th具體包括如下步驟：步驟51，分別計算高度數據矩陣Om×n中數據的平均值avg(即錯臺所在高低兩個面板的平均高度)、最大值max、最小值min和標準偏差sd；步驟52，在錯臺的高度直方圖Hist上，以橫坐標值等于平均值avg為分界點，分別找出其左、右兩側峰值所對應的橫坐標即高度值，分別記為val1和val2；步驟53，若val2-val1≤sd，則說明該錯臺的高度直方圖Hist的兩峰值中有一個峰值很低，需另尋低峰的位置，則執行步驟44；否則，令valp1＝val1，valp2＝val2，若valp2已被賦過值，此處就不再賦值；其中，valp1與valp2存儲有效峰值所對應的高度；跳至步驟57；步驟54，比較和若則令valP1＝val1；否則令valP1＝val2；步驟55，將一維矩陣f從小到大排列，找出其中值點對應的下標，記為valmid；步驟56，若valmid＞avg，表明小峰在大峰左邊；執行步驟(a)；若valmid＜avg，表明小峰在大峰右邊，執行步驟(b)；(a)向左調節分界點：逐行掃描高度數據矩陣Om×n，找出所有滿足Oij≤valp1的高度值，存入一個新的一維矩陣F1，Oij代表矩陣Om×n中的第i行第j列數據；計算新矩陣F1中高度值的平均值令avg＝avg',跳至步驟52；(b)向右調節分界點：逐行掃描高度數據矩陣Om×n，找出所有滿足Oij≥valp1的高度值，存入一個新的一維矩陣F1，計算新矩陣F1中高度值的平均值令avg＝avg'，跳至步驟52；步驟57，計算閾值th：本專利技術的另一個目的在于，提供一種水泥混凝土路面刻槽深度三維檢測系統，該系統包括依次相連接的如下七個模塊：路面三維數據矩陣讀取模塊：是用于將路面三維數據矩陣讀入計算機的模塊；雙向標準差濾波模塊：是用于對讀取的路面三維數據矩陣y進行雙向標準差濾波的模塊；形態學濾波模塊：是用于對雙向標準差濾波后的矩陣Q進行形態學濾波的模塊；刻槽的高度直方圖繪制模塊：是用于根據去噪后的路面三維數據矩陣，繪制刻槽的高度直方圖的模塊；刻槽區域閾值計算模塊：是用于根據刻槽的高度直方圖計算刻槽區域的閾值的模塊；矩陣劃分模塊：是用于實現下面功能的模塊：逐行遍歷步驟3得到的去噪后的路面三維數據矩陣M'm×n，將M'm×n中所有大于等于閾值th的數據存入一維矩陣O1中，將所有小于th的數據存入一維矩陣O2中，從而將去噪后的路面三維數據矩陣M'm×n劃分為兩部分；刻槽深度計算模塊：是用于實現以下功能的模塊：分別計算一維矩陣O1中數據的算術平均值avg1和一維矩陣O2中數據的算術平均值avg2，根據下式計算得到刻槽深度值：GDV＝|avg1-avg2|。進一步的，所述雙向標準差濾波模塊用于實現以下功能：步驟21，計算矩陣y中每一行的算術平均值和標準差；步驟22，設路面三維數據矩陣y中的元素記為yij，1≤i≤a，1≤j≤b，其中a，b為路面三維數據矩陣本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種水泥混凝土路面刻槽深度三維檢測算法，其特征在于，具體包括如下步驟：步驟1：計算機讀取待測的路面三維數據矩陣y；步驟2：對讀取的路面三維數據矩陣y進行雙向標準差濾波，得到雙向標準差濾波后的矩陣Q；步驟3：對雙向標準差濾波后的矩陣Q進行形態學濾波，得到去噪后的路面三維數據矩陣M'm×n；步驟4：根據去噪后的路面三維數據矩陣M'm×n，繪制刻槽的高度直方圖Hist；步驟5：根據刻槽的高度直方圖Hist，計算刻槽區域的閾值th；步驟6：逐行遍歷步驟3得到的去噪后的路面三維數據矩陣M'm×n，將M'm×n中所有大于等于閾值th的數據存入一維矩陣O1中，將所有小于th的數據存入一維矩陣O2中，從而將去噪后的路面三維數據矩陣M'm×n劃分為兩部分；步驟7：分別計算一維矩陣O1中數據的算術平均值avg1和一維矩陣O2中數據的算術平均值avg2，然后根據下式計算得到刻槽區域的平均深度值：GDV＝|avg1?avg2|。

【技術特征摘要】
1.一種水泥混凝土路面刻槽深度三維檢測方法，其特征在于，具體包括如下步驟：步驟1：計算機讀取待測的路面三維數據矩陣y；步驟2：對讀取的路面三維數據矩陣y進行雙向標準差濾波，得到雙向標準差濾波后的矩陣Q；步驟3：對雙向標準差濾波后的矩陣Q進行形態學濾波，得到去噪后的路面三維數據矩陣M'm×n；步驟4：根據去噪后的路面三維數據矩陣M'm×n，繪制刻槽的高度直方圖Hist；具體包括如下步驟：步驟41：將去噪后的三維數據矩陣M'm×n中所有數據取與其最接近的整數，得到高度數據矩陣Om×n；步驟42：找出矩陣Om×n中的最大高度數據值max；步驟43：創建長度為(max+1)的一維矩陣f，將高度數據矩陣Om×n中每個高度值value在高度數據矩陣Om×n中出現的次數f(value)按照從0到max的順序依次存入一維矩陣f；其中max為高度數據矩陣Om×n的最大值；步驟44，以高度數據矩陣Om×n中高度值value為橫坐標，以每個高度值value值在一維矩陣f中出現的次數f(value)為縱坐標繪圖，得到刻槽的高度直方圖Hist；步驟5：根據刻槽的高度直方圖Hist，計算刻槽區域的閾值th；具體包括如下步驟：步驟51，分別計算高度數據矩陣Om×n中數據的平均值avg、最大值max、最小值min和標準偏差sd；步驟52，在刻槽的高度直方圖Hist上，以橫坐標值等于平均值avg為分界點，分別找出其左、右兩側峰值所對應的橫坐標即高度值，分別記為val1和val2；步驟53，若val2-val1≤sd，則說明該刻槽的高度直方圖Hist的兩峰值中有一個峰值很低，需另尋低峰的位置，則執行步驟54；否則，令valp1＝val1，valp2＝val2，若valp2已被賦過值，此處就不再賦值；其中，valp1與valp2存儲有效峰值所對應的高度；跳至步驟57；步驟54，比較和若則令valP1＝val1；否則令valP1＝val2；步驟55，將一維矩陣f從小到大排列，找出其中值點對應的下標，記為valmid；步驟56，若valmid＞avg，表明小峰在大峰左邊；執行步驟(a)；若valmid＜avg，表明小峰在大峰右邊，執行步驟(b)；(a)向左調節分界點：逐行掃描高度數據矩陣Om×n，找出所有滿足Oij≤valp1的高度值，存入一個新的一維矩陣F1，Oij代表矩陣Om×n中的第i行第j列數據；計算新矩陣F1中高度值的平均值令avg＝avg',跳至步驟52；(b)向右調節分界點：逐行掃描高度數據矩陣Om×n，找出所有滿足Oij≥valp1的高度值，存入一個新的一維矩陣F1，計算新矩陣F1中高度值的平均值令avg＝avg'，跳至步驟52；步驟57，計算閾值th：步驟6：逐行遍歷步驟3得到的去噪后的路面三維數據矩陣M'm×n，將M'm×n中所有大于等于閾值th的數據存入一維矩陣O1中，將所有小于th的數據存入一維矩陣O2中，從而將去噪后的路面三維數據矩陣M'm×n劃分為兩部分；步驟7：分別計算一維矩陣O1中數據的算術平均值avg1和一維矩陣O2中數據的算術平均值avg2，然后根據下式計算得到刻槽區域的平均深度值：GDV＝|avg1-avg2|。2.如權利要求1所述的水泥混凝土路面刻槽深度三維檢測方法，其特征在于，所述步驟2中對讀取的路面三維數據矩陣y進行雙向標準差濾波具體包括如下步驟：步驟21，計算矩陣y中每一行的算術平均值和標準差；步驟22，設路面三維數據矩陣y中的元素記為yij，1≤i≤a，1≤j≤b，其中a，b為路面三維數據矩陣y的總行數與總列數；步驟23，如果則用該行的算術平均值替換該元素的值，否則該元素的值保持不變；其中，meanai是第i行的算術平均值，sqrsi是第i行的標準差，行閾值k1為3～10；步驟24，計算矩陣y中每一列的算術平均值和標準差；步驟25，如果則用該列的算術平均值來代替該元素值，否則該元素的值保持不變，其中，meanbj是第j列的列均值，sqrcoj是第j列的標準差，列閾值k2為3～10，得到雙向標準差濾波后的路面三維數據矩陣Q。3.如權利要求1所述的水泥混凝土路面刻槽深度三維檢測方法，其特征在于，所述步驟3中對雙向標準差濾波后的矩陣Q進行形態學濾波具體包括如下步驟：步驟31，選擇結構元素se1對雙向標準差濾波后的矩陣Q進行開運算，得到矩陣I；步驟32，選擇結構元素se2對矩陣I進行膨脹處理，得到去噪后的路面三維數據矩陣M'm×n。4.一種水泥混凝土路面刻槽深度三維檢測系...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張娟，李偉，吳正偉，
申請(專利權)人：中交第一公路勘察設計研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：陜西;61