[发明专利]一种采用高光谱成像装置进行路况预警的监测系统

权利要求书

1.一种采用高光谱成像装置进行路况预警的监测系统，其特征在于：包括高光谱成像装置、数据采集模块、预存储模块、数据处理模块、数据传输模块、车载无线接收装置、预警信号灯；其中，所述高光谱成像装置对路面进行实时检测，通过所述数据采集模块进行数据采集，所述数据处理模块进行数据处理获取路面异常信息，并通过数据传输模块传输到交通路况管理系统中，便于及时发布预警信息并对道路进行清理，同时，附近行驶车辆可通过车载无线接收装置接收到上述路面异常信息，提前做好预防；当路面异常信息超出预设安全条件，并对车辆造成威胁时，触发预警信号灯发出红色灯光，对过路车辆进行警示；

还包括与高光谱成像装置相连接的三维扫描装置，所述三维扫描装置用于搭载高光谱成像装置进行三维方向的运动，并且记录高光谱成像装置的运动轨迹，所述运动轨迹用于准确判断路面异常信息的位置点，所述三维方向包括高度方向、以高度方向为法向的平面内的二维正交方向；

所述三维扫描装置包括上部安装板、移动块、高度导向轨、“L”型侧安装板；移动块一端活动连接于上部安装板上，另一端固定连接于“L”型侧安装板上表面中心位置处，高度导向轨固定安装于“L”型侧安装板的侧面中心位置上，高光谱成像装置位于高度导向轨上并可沿高度导向轨上下滑动，进行高度调节。

2.根据权利要求1所述的一种采用高光谱成像装置进行路况预警的监测系统，其特征在于，所述高光谱成像装置包括一个或多个摄像头。

3.根据权利要求2所述的一种采用高光谱成像装置进行路况预警的监测系统，其特征在于，所述多个摄像头包括前置摄像头、后置摄像头和下置摄像头。

4.根据权利要求1所述的一种采用高光谱成像装置进行路况预警的监测系统，其特征在于，所述路面异常信息包括积水、油污、凹坑、抛物；所述抛物包括饮料瓶、碎石块、塑料袋或汽车零部件。

5.根据权利要求1所述的一种采用高光谱成像装置进行路况预警的监测系统，其特征在于，所述预存储模块包括与预存储的路面异常信息一一对应的光谱信息，依据所述光谱信息，数据处理模块可识别出相应的路面异常信息种类。

6.根据权利要求1所述的一种采用高光谱成像装置进行路况预警的监测系统，其特征在于，所述数据处理模块采用以下方法识别出相应的路面异常信息种类，包括如下步骤：

(1)读取高光谱成像装置的图像数据和光谱数据，其中，所述图像数据以最小像素点尺寸划分成图像矩阵A(X_i，Y_j)，其中下标i表示第i行，下标j表示第j列，且1≤i≤m，1≤j≤n；并且第i行第j列像素点对应的光谱矢量为λ_ij；

(2)对获取的光谱矢量λ_ij进行校正处理，假设第h个像素点的光谱矢量为S_h，则S_h＝[S_h1，S_h2...S_hk...S_hc]，其中，S_hk表示第h个像素点在第k个波段的反射率值，其为成像光谱装置获取的图像像素点在每个波段处的反射率值，即为已知量；

(3)将像素点光谱矢量与预存储的路面光谱矢量R进行角匹配，得到每个像素点的光谱角匹配值；光谱角匹配值的计算公式为：

其中，γ_h表示图像第h个像素点的光谱角匹配值，R_k表示正常路面光谱矢量在第k个波段的反射率；

(4)根据角匹配值计算每个像素点的马氏距离，将每个像素点对应的马氏距离与预定的阈值进行比较，并确定马氏距离大于预定阈值的像素点为路面异常信息点；其中，马氏距离的计算公式为：h＝1，2，3...，m*n

其中，MD_h表示图像中第h个像素点的马氏距离，m*n表示图像像素点总数，表示所有像素点的光谱角匹配值的平均值，M^-1为马氏距离矩阵M的逆矩阵，马氏距离矩阵M的计算公式为：其中，C为图像像素点中各个γ_h组成的光谱角匹配向量；

预定阈值Δ可通过以下公式确定：

其中，为图像中每个像素点的马氏距离的平均值，MD_max为图像中每个像素点的马氏距离MD_h中的最大值，也即确定马氏距离MD_h大于预定阈值Δ的像素点为路面异常信息点；

(5)将路面异常信息点的光谱信息与预储存的路面异常信息对应的光谱矢量进行比较，从而识别出相应地路面异常信息种类。