[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

说明书

本发明公开了一种非接触式的三维道路表面形貌的采集方法和装置；涉及路面采集技术领域；方法包括设定初始条件、采集测试区域路表图像、计算三维坐标、获得三维表面形貌信息；装置包括车体、一个以上CCD相机、相机支架的转角调节机构和控制及处理装置；装置简单，操作方便，可以更加精确和方便地测量三维道路表面形貌的数据信息。

技术领域

本发明涉及路面采集技术领域。

背景技术

路面不平度的采集方式随着科技的发展多种多样，但是更加精确的采集三维道路表面的信息一直是人们追求的目标。目前在车辆动力学领域，对于路面激励的标准已是多年之前制定的，科技研究中需要的是真实路面的信息，因为三维道路表面形貌对于车辆的操作稳定性、使用寿命、行驶安全性和平顺性等起到关键作用，因此，实测三维道路表面三维数据对科技的进展和研究具有非常重要的意义。

现有的非接触式路面不平度采集仪多为激光式路面不平度检测仪，已经得到较多的应用，但是此装置精确度和方便性方面还是有待提高，不能全面地测量三维路面谱的数据。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种非接触式的三维道路表面形貌的采集方法和装置，装置简单，操作方便，可以更加精确和方便地测量和提供三维道路表面形貌的数据信息。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其特征在于：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。

作为优选，步骤2中CCD相机采集测试区域路表图像是使用两个CCD相机同步进行高频的采集，以获得更加精确的路表图像。

作为优选，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。

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、一个以上CCD相机、相机支架的转角调节机构和控制及处理装置；所述控制及处理装置设置在车体内，CCD相机、相机支架和转角调节机构设置在车体尾部，且CCD相机伸出车体在车体外；转角调节机构与相机支架相连接，CCD相机通过固定支座设置在相机支架上；CCD相机和转角调节机构都与控制及处理装置相连；通过控制及处理装置控制转角调节机构调节相机支架，进而调节CCD相机始终保持与所述平面区域垂直；CCD相机将采集到的测试区域路表图像传输给控制及处理装置。