[发明专利]路面三维纹理形貌精确测量装置及方法

说明书

公开了一种路面三维纹理形貌精确测量装置及方法，所述测量装置包括线状激光发射器和双目摄像机，由所述线状激光发射器发射激光约束线，对路面待测区域进行扫描；同时，所述双目摄像机完成激光约束线扫描状态下路面待测区域的视频拍摄；然后，基于MATLAB编程在计算机上实现视频读取、激光约束线目标提取、子区域分割、激光约束线目标质心取亮、子区域视差求解、合成视差矩阵和三维重构等步骤操作，最终完成路面三维形貌的测量。同现行常用的路面纹理形貌测试方法相比，本公开能够方便地实现路面纹理形貌的三维测量，并大幅度改善路面三维纹理形貌的测量精度和分辨率，其分辨率达到像素级。

技术领域

本公开属于道路工程检测及交通安全评价领域，具体而言，涉及路面三维纹理形貌精确测量装置及方法。

背景技术

良好的路面抗滑性能是行车安全的重要保证，而大量的研究又表明路面抗滑性能同其表面三维纹理形貌间关系紧密，路面抗滑性能的好坏直接取决于路面三维纹理形貌的构成与分布。国际道路协会认为路面纹理形貌是影响抗滑性能最主要的因素，影响路面抗滑性能的形貌主要包括微观纹理形貌和宏观纹理形貌。其中，宏观纹理形貌，其波长为0.5mm～50mm，高度尺寸为0.5mm～20mm。这种构造主要由级配、集料粒径、集料形状和集料排列等因素决定；微观纹理形貌，其波长小于0.5mm，高度尺寸介于1μm～0.5mm。这种纹理构造直接与轮胎真实接触，是对沥青胶浆和集料表面微观构造等特性的直接反映。因此，通过检测路面纹理形貌是评价路面抗滑性能的重要方式之一。

目前，常用的路面纹理形貌的测量方法主要有：铺砂法、环形形貌测试法和激光构造深度法等。但是这些测量方法分辨率低，精度并不高，难以达到微观纹理形貌0.5mm的精度要求。更为重要的是这些测量方法主要用于表征形貌沿高程方向的特征属性，很少涉及水平横向、水平纵向及形状等其它方面，即其测量结果为二维信息，并非三维纹理形貌。但研究却表明形貌波长特性、形状特性均会限制影响路面抗滑力的形成。所以，开发稳定可靠、高分辨率、高精度的路面三维形貌检测设备，是实现路面三维纹理形貌精确测量的前提，更是多角度建立形貌类表征指标，更好服务于交通安全的基础。

发明内容

针对现行路面纹理测量方法存在精度不足、分辨率差、难以全面表达三维信息等问题，本公开提供一种路面三维纹理形貌精确测量装置及方法，可以实现路面三维纹理形貌的精确检测，具有精确、分辨率高、重复性强、操作方便等特点。所检测的路面三维纹理形貌，可以从多个方面构建不同属性的表征指标，用于全面分析和评价路面纹理形貌特性，为进一步完善路面抗滑性能检测与评价提供技术支撑。

根据本公开实施例的一方面，提供一种路面三维纹理形貌测量方法，包括：发射激光约束线，对路面待测区域进行扫描；通过双目摄像机完成所述激光约束线扫描状态下所述路面待测区域的视频图像拍摄；所述视频图像的处理方法如下：逐帧读取所述视频图像，并从每帧中提取激光约束线目标，根据所述激光约束线目标的提取结果，完成由所述激光约束线划分的子区域的分割，并对分割后所述子区域中所述激光约束线目标的质心取亮；对每个分割所述子区域，采用半全局匹配算法完成像素点对的匹配，求解每个所述子区域的视差；对每个分割所述子区域的视差进行组合叠加，形成整个所述路面待测试区域的合成视差矩阵；根据所述双目摄像机的参数和所述合成视差矩阵，进行三维重构，完成所述路面待测区域三维纹理形貌的测量。

在上述的路面三维纹理形貌测量方法，所述激光约束线目标的提取方法包括：根据所述视频图像中R、G、B颜色分量分布的不同，将所述路面待测区域和背景进行初步分离，再结合图像的形态学操作，提取出面积最大的目标区域，完成图像去背景；对去背景的图像，进行去相关色度拉升操作，根据去相关色度拉后图像中R、G颜色分量的差异，完成所述激光约束线目标的提取。

根据本公开实施例的另一方面，提供一种路面三维纹理形貌测量装置，包括：