[发明专利]基于二维图像和深度信息的路面信息提取装置及使用该装置实现路面裂纹信息的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及路面信息检测技术。具体涉及对路面裂缝信息的检测技术。 

背景技术

截至2008年底，中国公路通车总里程达到373.02万公里，高速公路里程达60302公里。根据国家“十一五”发展规划到2020年，我国高速公路通车里程将达到10万公里。随着我国公路建设的不断发展，尤其是高等级公路和高速公路网络的日益完善，公路养护管理已成为我国公路建设领域的重要任务。全面深入的了解路面使用性能是科学制定养护计划的重要基础。由于恶劣气候的破坏、过渡频繁的使用以及公路老化等原因导致路面上出现裂缝，裂缝是绝大部分病害的早期形式。路面裂缝的出现严重的影响了路面质量，影响了行车安全和公路的使用寿命。因此及时发现裂缝并进行修补，避免由于路面裂缝的进一步发展造成的严重影响具有重要的现实意义。 

国内外相关领域的学者一直致力于路面裂缝自动检测相关技术的研究，但大部分的研究工作都只是在测量环境好、路面病害简单且特征明显的情况下，缺乏真正实用、行之有效的自动检测方法。 

传统的人工检测方法，因其耗时费力、不精确、危险、测量结果不一致、影响正常交通等缺点，愈来愈不能适应公路发展的要求。 

目前世界上大部分路面裂缝检测系统均采用基于灰度信息的二维图像处理技术，由于路面的多纹理性、多目标性、裂缝的弱信号性、图像光强的多变性以及裂缝上灰度的多变性等特点，纯路面裂缝图像采集系统很难将路面油污、轮胎痕迹、黑斑，树木阴影，光照不均等与路面实际裂缝相区分，检测效果一直不理想。 

近年来，少数研究机构或企业进行了路面裂缝三维检测技术的探索，如加利福尼亚的Phoenix Scientific公司采用激光雷达测试技术检测路面三维信息。该系统通过测量激光到反射器的反射时间，沿着车辆行驶方向纵向移动建立路面三维模型。但是该系统只能给出裂缝的位置和严重程度，不能够给出裂缝更加详细的信息；加拿大G.I.E公司开发的路表三维激光可视化系统，其核心技术为BIRIS激光传感器，CCD检测由路面反射激光的光度数据，用以分析路面三维信息。该系统具有数据多特征提取，处理快速等优点，但仍然存在价格昂贵、成像解析度不高等问题。加拿大INO公司发展了激光裂缝测量系统LCMS （Laser Crack Measurement System），该系统采用两个高能量线激光器和TDI线扫描相机获取路面信息，进行路面裂缝检测。基于三维检测技术的路面裂缝检测方法，虽然一定程度上解决了二维图像裂缝检测法存在的阴影、油污、不均匀光照等干扰测量结果的问题，然而，理论分析和实验表明，当路面裂缝无明显高度变化如被沙土填充时，获得的三维信息将不能反映路面裂缝情况。此外，由于三维检测技术存在的盲目性和不确定性，在对路面采样信息不足的情况下容易产生误检，即将非裂缝信息检测为裂缝信息；同时，虽然通过该方法也能获得路面的二维灰度信息，然而得到的二维图像质量不高。 

基于双目视觉的立体视觉技术由于系统均匀照明、同名点匹配以及标定等因素的影响，使得立体视觉在路面检测中的应用未达到期望的检测精度和速度。 

由于路面情况复杂，噪声、纹理等大量外界干扰因素的存在，单纯依靠二维或者三维技术难以实现路面病害尤其是裂缝检测的高识别率和低误判率，系统精度低，不确定性大，而且难以实现路面三维形貌的重建。 

发明内容

本发明为了解决现有的路面检测技术单纯依靠二维灰度图像信息或者单纯三维深度信息进行裂缝检测存在的误判率高、识别率低的问题，而提出一种基于二维图像和深度信息的路面信息提取装置及使用该装置实现路面裂纹信息的检测方法。 

本发明所述的基于二维图像和深度信息的路面信息提取装置包括路面深度信息采集组件、二维图像采集组件和触发控制模块；路面深度信息采集组件固定在车体底部，路面深度信息采集组件由结构光激光器和面阵相机组成，结构光激光器发出的结构光条投射到路面上，二维图像采集组件采用线阵相机实现，触发控制模块用于采集车辆行驶的速度信息，并根据所述速度信息输出触发信号同时给面阵相机和线阵相机，面阵相机用于在触发信号的控制下采集结构光激光器在路面上的投影区域的光条图像信息；二维图像采集组件固定在车体底部，与三维结构光组件并排排列，所述线阵相机与结构光激光器固定在一起，用于在触发信号的控制下采集结构光激光器在路面上的投影区域的图像信息。 

上述路面信息提取装置中，路面深度信息采集组件和二维图像采集组件可以放置在车体底部的前部、中部或后部，可以根据具体的车况来定。