[发明专利]一种基于红外热像图分析的沥青路面裂缝发育程度检测方法

说明书

一种基于红外热图像分析的沥青路面裂缝发育程度检测方法，通过测温型红外热图像仪拍摄路面裂缝，获取路面裂缝的红外热像图，建立起裂缝发育程度与裂缝和路面温差的关系模型，再通过机器学习裂缝发育程度指数的分类函数，能够快速提取路面裂缝目标并进行分类，对噪声环境中微小裂缝信号进行有效去噪，抗噪声能力强，错误和误检率很低，适应于大部分复杂路面检测。

技术领域

本发明属于智能交通系统与信息技术领域，涉及运用测温型红外热像仪和图像处理技术检测沥青路面裂缝的发育程度。通过引入红外热图像可以获取沥青路面裂缝的灰度信息和温度信息，灰度信息可以实现常规基于图像的裂缝识别的目标，而利用温度信息可以进行裂缝发育程度的检测，主要通过实验和机器学习建立起路面和裂缝温差与裂缝发育程度的关系模型。

背景技术

随着道路交通的发展，道路路面的养护和管理问题愈发凸显，其中道路路面的破损检测就成为相关道路养护部门的工作重点之一。然而，目前我国的路面管理系统得到的路面破损数据仍以采用人工检测为主，效率低且受主观因素干扰。随着近年来数字图像处理技术的飞速发展，国内外许多研究人员都对图像识别路面裂缝进行了广泛研究，取得了很好的成果。

(1)基于图像的沥青路面裂缝检测方法

路面表面破损状况是道路工程师用来判断路面中修罩面的主要依据，在路面破损四大指标 (裂缝、松散、变形、其它)中，表面破损最难计测，传统方法是人工目测。但随着科技的进步与检测要求的提高，国内外一直没有停止对高速、高效检测设备的研制与检测方法的研究。

早在上世纪70年代末，国外就有利用车载16mm摄像机的摄影车来采集路面破损图像信息。载有路面破损图像信息的胶卷经过冲洗以后进行人工的判读，并录入计算机。但由于成本以及精度的问题，一般公路都很难应用。

上世纪80年代，随着摄像技术的发展，国外的研究部门开始利用摄像机来开发路面破损信息自动采集系统。如日本的Komatsu系统，该系统利用安装在检测车两旁的人工光源进行照明。数据采集通过一个电视摄像机、传感器、信号处理器和影像记录装置来获得。数据存储由一个高密度影像磁带记录器和一个通用影像磁带记录器组成。图像处理采用并行技术按两个阶段进行，第一个阶段主要是图像分割和特征提取，由一个并行微处理器完成；第二个阶段以并行的方式完成降噪、子图象连接和恢复。由于该系统不能分析裂缝的类型，并且只能在夜间工作，另外还需要多个超级微处理器完成两个阶段的图像处理，该系统最终没有得到商业应用。

在这个期间，瑞士的研究工作者于1995开发了CREHOS系统(裂缝识别全息摄影系统)，目标是建立“完全、彻底的系统”，试图解决以前的系统在区域分辨率和实时处理技术的困难。它将数据存储在一套模拟并行处理器中，应用模拟方法得到路面破损数据，并分析和识别路面破损的类型。该系统虽然缩短了路上的检测时间，在一定程度上提高了工作效率，但是由于成本较高，对路况的要求较高，并且需要人机交互的方式进行图像的摄取和处理分析，该系统仍需要进行更深一部的研究。目前，该系统仍处于研究阶段，尚未商业化。

同时期，美国的Earth公司开发研制的“路面状况评价系统(PCES)”，瑞典基础设施服务公司(IME)开发研制的PAVUE系统都是基于模拟技术的路面破损信息检测系统，采集路面破损图像数据均为模拟量，计算机对这些图像数据不能直接处理，需要将其转换为数字量，使得路面破损信息处理的效率大大降低，并且破损识别和测量的精度也是有限的。

进入上世纪90年代中后期以后，随着硬件技术和数字图像处理技术的发展，尤其是CCD 技术的发展，应用CCD摄像技术进行路面破损检测的研究取得了一定的进展。CCD摄像机具有较高的动态范围、分辨率和灵敏度。通过视频采集卡或者图像采集卡可以方便的将CCD摄像机的视频信号存储到计算机中，进行实时的显示、存储和处理。随着计算机硬件的迅速发展，基于CCD摄像机的数字化图像系统成本大大降低。因此，在场景条件下数字化路面破损自动检测系统的开发中，CCD摄像机和计算机图象处理技术得到广泛应用。