[发明专利]一种非接触式的三维道路表面形貌的采集方法和装置

权利要求书

1.一种非接触式的三维道路表面形貌的采集装置，其特征在于：包括车体(1)、一个以上CCD相机(2)、相机支架(3)的转角调节机构和控制及处理装置(4)；所述控制及处理装置(4)设置在车体(1)内，CCD相机(2)、相机支架和转角调节机构设置在车体尾部，且CCD相机(2)伸出车体(1)在车体(1)外；转角调节机构与相机支架(3)相连接，CCD相机(2)通过固定支座设置在相机支架(3)上；CCD相机(2)和转角调节机构都与控制及处理装置(4)相连；通过控制及处理装置(4)控制转角调节机构调节相机支架(3)，进而调节CCD相机(2)始终保持与平面区域垂直；CCD相机(2)将采集到的测试区域路表图像传输给控制及处理装置(4)。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式的三维道路表面形貌的采集装置，其特征在于所述转角调节机构包括电机(5)、凸轮(6)和陀螺仪(11)；陀螺仪(11)和电机(5)都连接控制及处理装置(4)，凸轮(6)与电机(5)的传动轴(7)相连；两个支撑杆分别设置在相机支架(3)两侧，相机支架(3)上设置CCD相机(2)，两个支撑杆通过端部安装的滚轮(10)与凸轮(6)相接触；陀螺仪(11)安装在相机支架(3)上，且电机(5)设置在车体(1)内；陀螺仪(11)检测到的相机支架(3)位置传输给控制及处理装置(4)，控制及处理装置(4)经过分析得到相机支架(3)与相机标准位置时相机支架(3)所处位置的角度差，进而控制及处理装置(4)控制电机(5)带动凸轮(6)转动来调节相机支架(3)一直处于相对相机支架(3)初始位置水平，保证CCD相机(2)始终与所述初始平面区域垂直。

3.根据权利要求1所述的一种非接触式的三维道路表面形貌的采集装置，其特征在于还包括减震垫(9)，减震垫(9)固定在车体(1)的底座上，减震垫(9)通过连接杆(8)与CCD相机(2)的固定支座相连。

4.根据权利要求3所述的一种非接触式的三维道路表面形貌的采集装置，其特征在于所述减震垫(9)为橡胶垫。

5.根据权利要求1所述的一种非接触式的三维道路表面形貌的采集装置，其特征在于所述CCD相机(2)为两个，分别安装在相机支架(3)两端。

6.一种非接触式的三维道路表面形貌的采集方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述非接触式的三维道路表面形貌的采集装置，步骤包括：

(1)、标定初始条件：在控制及处理装置中设定初始条件；在初始位置将相机设定为标准状态，选定一块水平的平面区域为初始区域，设定初始区域内所有点的高程值均为0；

(2)、采集测试区域路表图像：利用采集车进行测试区域的路表图像连续采集，采集测试区域路表图像的速度即为车辆运行速度，在控制及处理装置中设定采集频率，利用电荷耦合器件Charge Coupled Device，也就是CCD相机采集测试区域路表图像，并保持CCD相机始终与所述步骤1中的平面区域垂直；

(3)、计算三维坐标：控制及处理装置利用数字图像处理技术，根据测试区域与初始区域的高度差变化，计算得到各个测试区域的多点三维坐标并输出三维坐标值数据；

(4)、根据输出的多点三维坐标值数据、采集测试区域路表图像的速度和采集频率，通过MATLAB编程，把数据整合，得到测试区域的三维表面形貌信息。

7.根据权利要求6所述的一种非接触式的三维道路表面形貌的采集方法，其特征在于所述步骤2中CCD相机采集测试区域路表图像是使用两个CCD相机同步按照所述设定采集频率的采集，以获得更加精确的路表图像。

8.根据权利要求7所述的一种非接触式的三维道路表面形貌的采集方法，其特征在于所述步骤3计算多点三维坐标方法为：控制及处理装置在采集的第一张图中自动定义若干晶格片作为初始的坐标；在随后测量过程中，每个阶段都采用摄影测量的技术，获得每个晶格片的新的坐标；控制及处理装置根据地面区域光的折射量，由测量得到的每个阶段晶格片3D坐标值，计算出路表的三维坐标；计算的数据用图形的方式表达，并可输出为TIFT、JPEG的文件或以ASCII格式输出。