本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于結(jié)構(gòu)光投射的表面形狀圖像檢測系統(tǒng)。包括檢測車體，后視圖像采集系統(tǒng)、前視路況數(shù)字視頻采集系統(tǒng)、里程計(jì)、模式化結(jié)構(gòu)光發(fā)射器和計(jì)算機(jī)，后視圖像采集系統(tǒng)采用高速ＣＣＤ攝像機(jī)，設(shè)置于車體尾部上方外側(cè)，其光軸垂直于所測路面；前視路況數(shù)字視頻采集系統(tǒng)和模式化結(jié)構(gòu)光發(fā)射器與里程計(jì)連接，模式化結(jié)構(gòu)光發(fā)射器設(shè)置于檢測車體后部；里程計(jì)的一端與檢測車體的里程表相連；帶圖像采集卡的計(jì)算機(jī)設(shè)置于檢測車體內(nèi)，與高速ＣＣＤ攝像機(jī)相連。本發(fā)明專利技術(shù)為非接觸式，可快速檢測、可測精度高，圖像直觀可見，并可對測量數(shù)據(jù)以里程標(biāo)志，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，能直接給出道路表面形狀與變化數(shù)值。可適用于其他領(lǐng)域的表面結(jié)構(gòu)非接觸測量。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種道路表面形狀的非接觸測量技術(shù)，特別是一種基于結(jié)構(gòu)光投射的表 面形狀圖像檢測系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
公路、特別是高速公路的路面，其在運(yùn)行一段時(shí)間后所形成的車轍、平整度差、錯(cuò) 臺(tái)等病害是公路例行檢驗(yàn)和年檢的重要項(xiàng)目，因?yàn)檫@些病害現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，不僅引起車體 顛簸、不舒適，而且會(huì)加速車輛的損傷，甚至引起交通事故，因此國際上一直把高速公 路的這些病害參數(shù)作為路面維修時(shí)機(jī)和方式的基本決策依據(jù)之一。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、光 電技術(shù)、高精度測量技術(shù)的進(jìn)步，我國國內(nèi)在路面檢測儀器與技術(shù)方面也有了巨大的發(fā) 展。近年來發(fā)展了一些較高速、非接觸式的車載檢測儀器如激光、超聲測平儀以及根據(jù) 三角測距原理而成的激光路面斷面高程儀，分別采用加速度傳感器、角速度傳感器修正 車體振動(dòng)形成的測量誤差，以及用二次差分原理的共梁雙密度高程測量方法等對路面車 轍參數(shù)進(jìn)行快速測量。上述裝置(系統(tǒng))利用激光傳感器或超聲傳感器對橫向車轍數(shù)據(jù) 采用橫向等間距(最少3點(diǎn))、縱向等間距采樣或"之"字形掃描采樣等方式得到。如專利號為200310106457的技術(shù)公開了一種"激光三維數(shù)字路形儀"，它包括儀器載體車，在車體下一側(cè)設(shè)置平整度儀，車體后端設(shè)置激光路面破損狀況檢測儀及車轍斷面儀。平整度儀由兩個(gè)共梁的高程計(jì)構(gòu)成；路面破損狀況檢測儀有對路面成小角度照明的一族等角間隔多片光源與面陣CCD圖像探測器構(gòu)成；車轍斷面儀由對路面小角度照明的片光源與面陣CCD圖像探測器構(gòu)成。其中車轍數(shù)據(jù)以"之"字形掃描采樣方式得到，車體振動(dòng)帶來的影響沒有看到解決措施，其結(jié)果是測量精度難于保證，很難達(dá)到毫米以下精度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、非接觸式、快速檢測、高密度、數(shù)字化和圖像 直觀可見，可達(dá)毫米級精度，并對測量數(shù)據(jù)以里程標(biāo)志，以正確評價(jià)路面和指導(dǎo)維修的 基于結(jié)構(gòu)光投射的表面形狀圖像檢測系統(tǒng)，可應(yīng)用車轍、平整度、錯(cuò)臺(tái)、坑塘等多種道 路表面變化形成的病害檢測與測量。實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)目的的技術(shù)解決方案為 一種基于結(jié)構(gòu)光投射的表面形狀圖像檢測系 統(tǒng)，包括檢測車體，其特征在于它還包括后視圖像采集系統(tǒng)、前視路況數(shù)字視頻采集系統(tǒng)、里程計(jì)、模式化結(jié)構(gòu)光發(fā)射器和計(jì)算機(jī)，后視圖像采集系統(tǒng)采用高速CCD攝像機(jī)，設(shè)置于檢測車體的尾部上方外側(cè)，其光軸垂直于所測路面；前視路況數(shù)字視頻采集系統(tǒng)和模式化結(jié)構(gòu)光發(fā)射器都與里程計(jì)連接，模式化結(jié)構(gòu)光發(fā)射器設(shè)置于檢測車體后部；里程計(jì)的一端與檢測車體的里程表相連；帶圖像采集卡的計(jì)算機(jī)設(shè)置于檢測車體內(nèi)，通過網(wǎng)卡與高速CCD攝像機(jī)相連。本專利技術(shù)的工作原理是結(jié)構(gòu)光測距原理，通過已知模式的主動(dòng)式結(jié)構(gòu)光投射，利用攝像機(jī)被動(dòng)采集結(jié)構(gòu)光在路面的成像信息，采用高性能并行計(jì)算機(jī)對路面的圖像進(jìn)行處理與分析，根據(jù)結(jié)構(gòu)光模式的變形，再運(yùn)用視覺標(biāo)定原理恢復(fù)路表面變化的深度信息，并定位出病害的位置。設(shè)置在車體上的模式化結(jié)構(gòu)光發(fā)射器向路面投射出已知模式的結(jié)構(gòu)光，該模式可為多線形或網(wǎng)格型、及相位編碼型，投射光與路面成小角度，并具有一定的覆蓋范圍；高速CCD攝像機(jī)垂直路面被動(dòng)采集結(jié)構(gòu)光在路面的成像信息；采用視覺標(biāo)定方法實(shí)現(xiàn)圖象空間與實(shí)際測量空間的映射，將變形后的結(jié)構(gòu)光與在標(biāo)準(zhǔn)模板上形成的結(jié)構(gòu)光進(jìn)行對比，對于變形后的結(jié)構(gòu)光圖像，通過預(yù)處理、灰度校正、二值化、細(xì)化并計(jì)算線上每點(diǎn)到下切線的距離、根據(jù)模板圖像標(biāo)定確定圖像上橫向每個(gè)像素點(diǎn)所代表的實(shí)際距離系等步驟可得到路面深度數(shù)據(jù)。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是1、不用加速度傳感器，能有效消除車體振動(dòng)對平整度測量的影響，并對平整度數(shù)據(jù)嚴(yán)格按里程標(biāo)志；2、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，具有連續(xù)性測量的特點(diǎn)，能直接給出道路表面形狀與變化數(shù)值，克服了多傳感器技術(shù)的價(jià)格高，不能實(shí)現(xiàn)全車道測量與難于同步等困難；3、與相關(guān)專利比，采用直接測量方法，由線結(jié)構(gòu)光照明路面，直接獲取和檢測的是道路表面變化量，不受車輛行駛造成的傳感器顛簸等因素的影響，測量精度高，可達(dá)毫米級精度。 附圖說明圖1為本專利技術(shù)的基于結(jié)構(gòu)光投射的表面形狀圖像檢測系統(tǒng)的總體示意圖。 圖2為本專利技術(shù)的各裝置連接示意圖。 圖3—圖5為本專利技術(shù)的基本原理示意圖。 具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的基本原理和具體結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 結(jié)合圖1，本專利技術(shù)所述的檢測系統(tǒng)由檢測車體5、后視圖像采集系統(tǒng)、前視路況數(shù) 字視頻采集系統(tǒng)7、里程計(jì)8、模式化結(jié)構(gòu)光發(fā)射器2和計(jì)算機(jī)4組成。后視圖像采集系統(tǒng)主要包含高速CCD攝像機(jī)3，其直接安裝固定于檢測車體5的尾部上方外側(cè)。高速 CCD攝像機(jī)3的光軸垂直于所測路面6;模式化結(jié)構(gòu)光發(fā)射器2安裝固定于檢測車體后 部的箱體1內(nèi)，距離地面20cni到30cm，其形成的模式化結(jié)構(gòu)光與路面形成一銳角a橫 向照射路面，由攝像機(jī)從其正上方被動(dòng)采集結(jié)構(gòu)光在路面的成像信息。結(jié)合圖2，本專利技術(shù)的高速CCD攝像機(jī)3、前視路況數(shù)字視頻采集系統(tǒng)7和模式化結(jié) 構(gòu)光發(fā)射器2都由里程計(jì)8驅(qū)動(dòng)，里程計(jì)的一端與檢測車體5的里程表相連。帶圖像采 集卡的計(jì)算機(jī)4通過網(wǎng)卡與高速CCD攝像機(jī)3相連，將采集到的圖像信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù) 字網(wǎng)絡(luò)信號進(jìn)行傳遞。所述的模式化結(jié)構(gòu)光發(fā)射器向路面投射出已知模式的結(jié)構(gòu)光，該模式可為多線形 或網(wǎng)格型、及相位編碼型，投射光與路面成小角度，并具有一定的覆蓋范圍；高速CCD 攝像機(jī)3垂直路面被動(dòng)采集結(jié)構(gòu)光在路面的成像信息；采用視覺標(biāo)定方法實(shí)現(xiàn)圖象空間 與實(shí)際測量空間的映射，將變形后的結(jié)構(gòu)光與在標(biāo)準(zhǔn)模板上形成的結(jié)構(gòu)光進(jìn)行對比，對 于變形后的結(jié)構(gòu)光圖像，通過預(yù)處理、灰度校正、二值化、細(xì)化并計(jì)算線上每點(diǎn)到下切 線的距離、根據(jù)模板圖像標(biāo)定確定圖像上橫向每個(gè)像素點(diǎn)所代表的實(shí)際距離系等步驟可 得到路面深度數(shù)據(jù)。參見圖3_圖5，本專利技術(shù)的基本原理是利用光的直線傳播特性當(dāng)一束光線以固定 高度和傾角射向地面時(shí)，若地面水平，從垂直地面的方向會(huì)觀測到一條直線；當(dāng)?shù)孛娌?是水平面時(shí)，突起部分會(huì)阻礙光線的前進(jìn)，凹陷部分會(huì)使光線走得更遠(yuǎn)，這樣從垂直地 面方向觀測時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)得到的是一條曲線，突起部分曲線靠近光源而凹陷部分的曲線遠(yuǎn)離 光源。分析可得偏離的距離和突起(凹陷)的程度有直接的關(guān)系，并可通過視覺標(biāo)定技 術(shù)獲得其變化量的實(shí)際測量值。根據(jù)這個(gè)原理分析垂直地面方向的曲線形狀得到路面的 凹凸構(gòu)造情況。圖l模擬了一條光線運(yùn)行的軌跡，圖中x軸表示被測路面，z軸表示攝 像機(jī)拍攝方向，結(jié)構(gòu)光光線由o點(diǎn)射出。圖a為路面水平的情況，可以看到當(dāng)?shù)孛嫠?時(shí)，其照射點(diǎn)位于c點(diǎn)。圖b為路面出現(xiàn)凸起的情況，由于凸起的阻擋，光線的照射點(diǎn) 位于a點(diǎn)，從垂直地面的觀察角度看a、 c兩點(diǎn)的距離就是b、 c兩點(diǎn)的距離，由于照射 的角度是預(yù)先確定的，因此可以根據(jù)這個(gè)角度計(jì)算出凸起高度ab。圖c為路面出現(xiàn)凹陷 的情況，同理，可以得到凹陷深度ab。 .權(quán)利要求1、一種基于結(jié)構(gòu)光投射的表面形狀圖像檢測系統(tǒng)，包括檢測車體，其特征在于它還包括后視圖像采集系統(tǒng)、前視路況數(shù)字視頻采集系統(tǒng)、里程計(jì)、模式化結(jié)構(gòu)光發(fā)射器和計(jì)算機(jī)，后視圖像采集系統(tǒng)采用高速CCD攝像機(jī)，設(shè)置于檢測車體的尾部上方外側(cè)，其光軸垂直于所測路面；前視路況數(shù)字視頻采集系統(tǒng)和模式化結(jié)構(gòu)光發(fā)射器都與里程計(jì)連接，模式化結(jié)構(gòu)光發(fā)射器設(shè)置于檢測車體后部；里程計(jì)的一端與檢測車體的里程表相連；帶圖像采集卡的計(jì)算機(jī)設(shè)置于檢本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于結(jié)構(gòu)光投射的表面形狀圖像檢測系統(tǒng)，包括檢測車體［５］，其特征在于：它還包括后視圖像采集系統(tǒng)、前視路況數(shù)字視頻采集系統(tǒng)［７］、里程計(jì)［８］、模式化結(jié)構(gòu)光發(fā)射器［２］和計(jì)算機(jī)［４］，后視圖像采集系統(tǒng)采用高速ＣＣＤ攝像機(jī)［３］，設(shè)置于檢測車體［５］的尾部上方外側(cè)，其光軸垂直于所測路面［６］；前視路況數(shù)字視頻采集系統(tǒng)［７］和模式化結(jié)構(gòu)光發(fā)射器［２］都與里程計(jì)［８］連接，模式化結(jié)構(gòu)光發(fā)射器［２］設(shè)置于檢測車體［５］后部；里程計(jì)［８］的一端與檢測車體［５］的里程表相連；帶圖像采集卡的計(jì)算機(jī)［４］設(shè)置于檢測車體［５］內(nèi)，與高速ＣＣＤ攝像機(jī)相連。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：唐振民，吳允剛，趙春霞，許中寧，
申請(專利權(quán))人：南京理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：84[中國|南京]
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