CN101550673B

CN101550673B - 分布式路面破损图像车载采集系统

Info

Publication number: CN101550673B
Application number: CN2009100619114A
Authority: CN
Inventors: 严新平; 初秀民; 毛喆; 吕植勇; 陈先桥; 陈明昭; 龙梅; 汪恩军
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: CN101550673A

Abstract

本发明涉及分布式路面破损图像车载采集系统，它包括车辆、上位机子系统、下位机子系统、云台；上位机子系统、下位机子系统、云台均设置在车辆上；云台设置在车辆外侧；上位机子系统计算机、下位机子系统计算机通过网络接口通讯连接；线扫描数字摄像机设置在云台上，线扫描数字摄像机的镜头指向路面。本发明采用上位机子系统、下位机子系统分布式并行处理的方式，使得本系统对CPU耗费小，图像数据抓取率大大提高，提高了路面图像采集分辨率高、采集速度快。

Description

分布式路面破损图像车载采集系统

技术领域

本发明涉及一种路面破损图像车载采集系统，尤其是由车辆行驶速度精确控制的基于图像处理技术的分布式路面破损图像车载自动采集装置。

背景技术

随着公路运输业的飞速发展，公路的养护管理日渐重要，路面管理系统得到普遍应用。路面破损数据是路面管理系统中重要的基础数据，目前尚依赖人工检测，费时、费力且野外操作存在安全隐患。因此，开发快速的路面破损自动检测系统具有重要意义。图像处理技术是开发快速的路面破损自动检测系统主要手段。加拿大的Roadware公司、美国ICC公司、South Dakota DOT、澳大利亚ARRB等均能生产快速可靠的车载式路面破损图像信息自动采集，可进行高速、连续的采集路面图像，具有可靠性高、操作安全、不影响车辆的正常通行等优点，在国外已得到广泛应用。在国内研究机构如武汉大学、交通部公路科学研究所等也开发了路面破损图像自动采集系统。尽管国内外研究机构和公司在路面破损图像信息采集系统方面一定进展，但仍然存在许多不足，如路面图像采集分辨率与采集速度较低等。随着计算机技术、图像采集与处理技术等高新技术的不断进步，车载式路面破损图像自动采集系统还有待于更新、完善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种路面图像采集分辨率高、采集速度快的分布式路面破损图像车载采集系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

分布式路面破损图像车载采集系统，它包括车辆、上位机子系统、下位机子系统、云台；上位机子系统、下位机子系统、云台均设置在车辆上；云台设置在车辆外侧；

上位机子系统包括用于存储图像文件保存记录表的上位机子系统计算机、全球定位系统、网络接口、光电编码器、计数I/O板；全球定位系统的输出端与上位机子系统计算机的输入端连接；光电编码器的输出端通过计数I/O板与上位机子系统计算机的输入端连接；光电编码器的联轴器与车轮轴连接；

下位机子系统包括用于存储图像文件的下位机子系统计算机、线扫描数字摄像机、图像采集设备、网络接口；光电编码器通过图像采集设备控制线扫描数字摄像机，线扫描数字摄像机的输出端通过图像采集设备与下位机子系统计算机的输入端连接；

上位机子系统计算机、下位机子系统计算机通过网络接口通讯连接；

线扫描数字摄像机设置在云台上，线扫描数字摄像机的镜头指向路面。

上述方案中，上位机子系统还包括二分频电路，光电编码器的输出端通过二分频电路与图像采集设备控制端连接。

上述方案中，所述图像文件保存记录表中至少包括：线扫描数字摄像机拍摄图像文件名和在下位机子系统计算机中的存储路径、该图像文件拍摄时线扫描数字摄像机所处经度和纬度。

上述方案中，云台设置在车辆后部；线扫描数字摄像机的镜头指向车辆后方的路面。

上述方案中，线扫描数字摄像机距离地面垂直距离为2米，线扫描数字摄像机的镜头轴线与地面成45°夹角。

上述方案中，分布式路面破损图像车载采集系统还包括设置在车辆后部外侧的安装支架，云台设置在安装支架顶部的中央。

上述方案中，分布式路面破损图像车载采集系统还包括光电编码器的减震装置，减震装置包括减震汽缸、万向节，减震汽缸包括缸体、活塞杆，活塞杆端部通过万向节与光电编码器的外壳连接，缸体端部与车体铰接。

本发明分布式路面破损图像车载采集系统的原理为：

本发明采用分布式并行处理的方式，上位机子系统利用光电编码器、计数I/O板对脉冲信号进行计数，实时纪录图像文件保存记录表。同时光电编码器为下位机子系统的图像采集设备、线扫描数字摄像机提供外触发信号/采集信号，图像采集设备将采集的路面图像数据流传送到下位机子系统计算机中存储。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、由于采用上位机子系统、下位机子系统分布式并行处理的方式，使得本系统对CPU耗费小，图像数据抓取率大大提高，提高了路面图像采集分辨率高、采集速度快。

2、光电编码器通过二分频电路控制图像采集设备和线扫描数字摄像机，设备简单，成本低。

3、图像文件保存记录表中至少包括：线扫描数字摄像机拍摄图像文件名和在下位机子系统计算机中的存储路径、该图像文件拍摄时线扫描数字摄像机所处经度和纬度，有利于数据的整合，为下一步数据处理创造条件。

4、云台设置在车辆后部；线扫描数字摄像机的镜头指向车辆后方的路面，线扫描数字摄像机距离地面垂直距离为2米，线扫描数字摄像机的镜头轴线与地面成45°夹角，有利于线扫描数字摄像机拍摄。

5、车辆后部外侧的安装支架，云台设置在安装支架顶部的中央，方便云台和其它辅助设备的安装。

6、减震装置可以大大减小光电编码器的震动，避免光电编码器的零件损伤，提高光电编码器的测量精度。

附图说明

图1是本发明实施例的逻辑结构框图

图2是二分频电路原理图

图3是本发明实施例的软件流程图

图4是图像文件保存记录表的数据结构示意图

图5是车辆后部的结构示意图

图6是减震装置的结构示意图

具体实施方式

如图1所示的本发明实施例，它包括车辆、上位机子系统、下位机子系统、云台、安装支架；上位机子系统、下位机子系统、云台、安装支架均设置在车辆上。

上位机子系统包括用于存储图像文件保存记录表的上位机子系统计算机(主控服务器)、全球定位系统GPS、网络接口、光电编码器、计数I/O板、二分频电路等；全球定位系统的输出端与上位机子系统计算机的输入端连接；光电编码器的输出端通过计数I/O板与上位机子系统计算机的输入端连接；光电编码器的联轴器与车轮轴连接；网络接口为千兆以太网卡。

下位机子系统包括用于存储图像文件的下位机子系统计算机(图像采集计算机)、线扫描数字摄像机、图像采集设备、网络接口、千兆网交换机；光电编码器的输出端通过二分频电路与图像采集设备控制端连接，光电编码器通过图像采集设备控制线扫描数字摄像机，线扫描数字摄像机的输出端通过图像采集设备与下位机子系统计算机的输入端连接；网络接口为千兆以太网卡。

上位机子系统计算机、下位机子系统计算机通过千兆以太网卡、千兆网交换机通讯连接；

上述系统中：

线扫描数字摄像机为高速线扫描数字摄像机，选用Basler产品，型号：L104k/2k；

图像采集设备为千兆太网高速图像采集设备，选用北京微视有限公司产品，型号：iPortPT1000-CL；高速线扫描数字摄像机和图像采集设备通过Camera link数据专用线连接起来；

GPS采用诺瓦泰的产品，型号为：OEM4-G2-3111R；

光电编码器采用龙的产品，型号为：E40S；

计数I/O板采用北京双诺测控技术有限公司-产品介绍，型号为：AC4071；

距离测量及同步控制分频电路选用74LS393对光电编码器的脉冲信号实现二分频处理，二分频电路如图2所示，上述电路是2路输入，经74LS393分频后2路输出的分频电路原理图，光电编码器的信号从IN1输入，信号为12V的脉冲信号，74LS393的输入信号是5V的TTL电平信号，因此在输入端用HCPL2631光电隔离，防止外部信号干扰，并且实现12V到5V电平信号的转换。转换后的TTL电平信号经74LS14，高低电平反相，输入到74LS393。74LS393可同时实现两路信号分频，该电路通过跳线实现1/2、1/4、1/8、1/16分频的切换。分频后的信号通过74LS06高压反相器输入标准的TTL脉冲信号。

如图5所示，安装支架9设置在车辆8后部外侧，云台10设置在安装支架9顶部的中央。线扫描数字摄像机设置在云台10上，线扫描数字摄像机的镜头指向车辆后方的路面，线扫描数字摄像机距离地面垂直距离为2米，线扫描数字摄像机的镜头轴线与地面成45°夹角。

光电编码器7的弹性联轴器与车辆8的车轮轴连接，如图6所示，本发明实施例还包括车载光电编码器的减震装置，减震装置包括减震汽缸，减震汽缸包括缸体1、活塞杆3，活塞杆3端部与光电编码器的外壳2连接，缸体1端部与车体4连接。

减震装置还包括万向节6，所述活塞杆3端部通过万向节6与车载光电编码器的外壳2连接。缸体1端部通过吊耳7、螺杆5与车体4铰接。

如图3所示，上位机子系统计算机主程序主要负责同下位机通讯协议的实现，并侦听网络状态，发出调整参数的命令和初始化硬件的参数命令，实时纪录各种静态与动态信息。

上位机子系统计算机主程序距离定位模块，对光电编码器脉冲信号进行计数，计算车速和车行驶距离。上位机主程序绝对定位模块通过串口实时纪录GPS信息。

上位机子系统计算机主程序存储模块实时记录存储路段的各种静态信息和动态信息，信息包括图像文件保存记录表，如图4所示，图像文件保存记录表中包括：线扫描数字摄像机拍摄图像文件名和在下位机子系统计算机中的存储路径、该图像文件拍摄时线扫描数字摄像机所处经度和纬度等信息。

上位机子系统与下位机子系统通过网络接口程序模块进行通信。上位机的网络接口模块包括：通信接口初始化，发送指令，接收摄像机状态参数，网络侦听等功能。

下位机网络接口程序模块包括：通信接口初始化，接收指令，发送摄像机状态参数，侦听网络状态。

下位机将光电编码器接入二分频电路，处理后传递给下位机子系统的高速线扫描数字摄像机，为高速线扫描数字摄像机提供外触发信号/采集信号。

下位机主程序图像采集模块每接收一个二分频电路产生的脉冲信号就扫描1行路面图像，并通过专用网线将采集的路面图像数据流传送到下位机子系统中。当检测车每行驶4米时，下位机通过多线程并行压缩软件把路面图像数据流压缩为以分辨率为2048*2048像素JPG格式路面图像，并实时存储到下位机子系统中。

当下位机主程序检测到停止采集路面图像指令时，终止路面图像采集。

本发明分布式路面破损图像车载采集系统实施例，车辆运行时，通过光电编码器将车距信息转变为连续的脉冲信息，且光电编码器每隔1毫米产生一个脉冲。在上位机子系统中，利用计数I/O板对脉冲信号进行计数，计算车速和车行驶距离，同时将光电编码器接入二分频电路，处理后传递给下位机子系统的高速线扫描数字摄像机，为高速线扫描数字摄像机提供外触发信号/采集信号；上位机子系统通过串口实时纪录GPS信息。在下位机系统中高速线扫描摄像机每接收一个二分频电路产生的脉冲信号就扫描1行路面图像，并通过专用网线将采集的路面图像数据流传送到下位机子系统中。当检测车每行驶4米时，下位机通过多线程并行压缩软件把路面图像数据流压缩为以分辨率为2048*2048像素JPG格式路面图像，并实时存储到下位机子系统中。进行路面图像采集时，采用的千兆以太网高速图像采集设备及其配套驱动软件，可将图像数据流直接导入PC内存，在几乎不耗费CPU利用率的情况下，图像数据抓取率可达1Gb/s，车速可达70公里/小时以上。每幅图像横向覆盖一个标准车道宽度(3.75m)，纵向长4m，图像经拼接后可覆盖采集车行驶经过的整段路面。上位机子系统与下位机子系统通过千兆网络进行通信，同时上位机实时记录存储路段的各种静态信息和动态信息。下位机可实时检测高速线扫描摄像机的状态信息并通过网络传递到上位机。

Claims

1.分布式路面破损图像车载采集系统，其特征在于：它包括车辆、上位机子系统、下位机子系统、云台；上位机子系统、下位机子系统、云台均设置在车辆上；云台设置在车辆外侧；

线扫描数字摄像机设置在云台上，线扫描数字摄像机的镜头指向路面；

云台设置在车辆后部；线扫描数字摄像机的镜头指向车辆后方的路面；

线扫描数字摄像机距离地面垂直距离为2米，线扫描数字摄像机的镜头轴线与地面成45°夹角；

分布式路面破损图像车载采集系统还包括光电编码器的减震装置，减震装置包括减震汽缸、万向节(6)，减震汽缸包括缸体(1)、活塞杆(3)，活塞杆(3)端部通过万向节(6)与光电编码器的外壳(2)连接，缸体(1)端部与车体(4)铰接。

2.如权利要求1所述的分布式路面破损图像车载采集系统，其特征在于：上位机子系统还包括二分频电路，光电编码器的输出端通过二分频电路与图像采集设备控制端连接。

3.如权利要求1所述的分布式路面破损图像车载采集系统，其特征在于：所述图像文件保存记录表中至少包括：线扫描数字摄像机拍摄图像文件名和在下位机子系统计算机中的存储路径、该图像文件拍摄时线扫描数字摄像机所处经度和纬度。

4.如权利要求1所述的分布式路面破损图像车载采集系统，其特征在于：它还包括设置在车辆后部外侧的安装支架，云台设置在安装支架顶部的中央。