CN103485266B - 一种高清晰路面图像采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高清晰路面图像采集方法及装置，针对路面图像采集的两个线阵相机与两个激光器，采用左激光器为右相机照明，右激光器为左相机照明，成对角的照明方式进行路面图像采集，激光器与相机成对角照射，激光线在地面投射的照度由近及远均匀变小。

Description

一种高清晰路面图像采集方法

技术领域

本发明属于仪器科学与技术的领域，具体涉及一种高清晰路面图像采集方法及装置。

背景技术

现有路面检测图像采集均采用相机与激光器共面安装提供照明的方法，由于相机与激光器安装在同一个点，对于激光器而言，越远离中心点，照度越弱，照明效果差，导致图像模糊、发黑和虚化；越靠近中心点，照度越强，导致曝光过度，图像质量发白，同时，相机采集的每个像素点与激光器在该点照明几乎是平行的，导致图像没有立体感，裂缝特征不突出，难以识别。

线阵相机与照明激光器之间存在一定距离，不在同一个平面上，在载车高速行驶的情况下，车载高频振动将导致相机与激光器产生相对位移，从而使得激光器难以为相机提供有效稳定的照明，导致采集图像出现波浪状条纹，影响图像质量。

由于线激光器的线厚度一般在3～8mm，线扫描相机每次采集一行数据，一般在地面上实际对应1mm，这样要求相机的采集目标严格对应到激光线的正中间。而左右成对角的安装方式，导致激光器和相机并不在同一个平面上，实现严格的相机和激光器对应存在困难。

专利号为ZL201110157790.0的名称为“一种用于线阵相机补偿光源的激光灯”的中国专利申请，提供了一个类似的技术方案。该专利提出了一种线阵相机补偿光源，其构成是由多个半导体激光芯片组成的激光灯。该专利主要是针对线阵扫描相机提供一个温度范围宽、使用寿命较长的激光光源，其研究重点为如何利用半导体激光芯片、柱透镜等光电元器件组成良好的激光照明系统。

目前为线阵相机提供照明而且保证照明效果的方法主要有LED灯照明和红外线激光照明。LED灯照明亮度、稳定性、使用寿命较好，但温度影响高（所有性能指标受温度变化影响大）、光照不均匀；而红外线激光照明稳定性高、温度影响低、光照均匀、各项参数均衡，故使用红外线激光器照明较LED灯具有明显的优势。

现有路面图像采集方法是将激光器与相机共面安装进行图像采集，由于相机与激光器安装在同一个面，对于激光器而言，越远离中心点，照度越弱，照明效果差，导致图像模糊、发黑和虚化；越靠近中心点，照度越强，导致曝光过度，图像质量发白，同时，相机采集的每个像素点与激光器在该点照明几乎是平行的，导致图像没有立体感，裂缝特征不突出，难以识别。因此，需要设计一种路面图像的采集方法和固定装置来解决上述问题；

相机与激光器共面安装时，为保证相机与照明激光器在被拍摄目标上严格重合,并在高频振动下保持相对稳定,多采用微调的方式调节传感器。如利用毫 米级甚至更薄的铜片等对某一个传感器进行垫高调节，并采用螺丝直接锁紧，但是由于铜片质地偏软，厚度很薄，在长期高频振动影响下容易挤压变形，最后导致相机与激光器产生相对位移,影响图像采集质量。因此，需要设计一种调节与锁死装置来保证在长期高频振动环境中维持相机与照明激光器的相对位置关系。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种高清晰度路面图像采集方法，采用左激光器为右相机照明，右激光器为左相机照明的成对角的照明方法，有效提高了路面图像的清晰度与立体感，突出了病害，特别是裂缝类病害的特征。同时，本发明设计了一种安装装置，有效实现了车载高速行驶条件下相机与照明激光器的相对位置保持严格一致。

本发明在智能道路路面检测系统中起着非常重要的作用，两台线阵相机用于对路面进行连续拍摄并成像，两台红外线激光器以成对角的方式为两台线阵相机辅助照明，亦即两台相机平行安装，左激光器为右相机照明，右激光器为左相机照明。成对角的照明方式有助于对裂缝类病害制造阴影，从而突出病害，便于后续识别，提高了图像的立体感和路面裂缝识别率。同时，用于解决由于不同天气、不同太阳光强、不同光照角度条件下成像质量受影响的问题。由于线激光器的线厚度一般在3～8mm，线扫描相机每次采集一行数据，一般在地面上实际对应1mm，这样要求相机的采集目标严格对应到激光线的正中间。由于左右成对角的安装方式，导致激光器和相机并不在同一个平面上，实现严 格的相机和激光器对应存在困难。同时，载车行驶的过程中车体自身的振动也会导致安装结构件的振动，使得线激光器和相机采集区域不对应，从而影响成像质量。

针对现有的激光器与相机共面安装的方式，通过图1可见，如果激光垂直照射，同时垂直反射回去，相机针对裂缝和无裂缝区域成像的黑白对比度会很低。通过图2可见，光照如果与相机成一定夹角照射，裂缝里面会形成阴影，这样相机对裂缝和无裂缝区域成像黑白对比度会得到很大的提高，图像的立体感也很明显，给人眼更真实的感觉。

因此，本发明提出一种高清晰路面图像采集方法，针对路面图像采集的两个线阵相机与两个激光器，采用左激光器为右相机照明，右激光器为左相机照明，这种成对角的照明方式进行路面图像采集，这种方法有助于对裂缝类病害制造阴影，在采集的图像上，有效的突出了病害特征，提高图像的立体感，同时由于激光器与相机成对角照射，激光线在地面投射的照度由近及远均匀变小，一并解决了图像边沿模糊和虚化问题。两种采集方法对比图如图3所示。

如图4所示，本装置主要由一个装置底座、两个支撑连接件、两个传感器固定座和一个装置保护罩组成。本装置主要通过支撑连接件与车载平台进行刚性连接，装置底座固定在支撑连接件上，两者之间添加橡胶减震，此减震主要是为了消除车载平台的高频振动传导，保证装置底座上的设备相对位置不变。两个传感器固定座分别固定在装置底座的左右两端，传感器固定座上支持激光器与相机成对角安装，同时支持激光器姿态调节功能（用于调节激光线与相机 扫描线重合），装置保护罩不仅能对传感器进行有效保护（防尘、防水、防树枝划伤等），而且还能为各传感器的暖通提供几乎密闭的空间。

装置底座

装置底座是整个装置的设计核心，在设计中必须考虑如下四点：

(1)保证在高频振动下装置底座自身不会发生形变，同时它和连接部件的相对位置保持不变，则要求此装置底座具有足够高的强度与刚性；

(2)装置底座安装于车载平台上，考虑载车的承载重量和安全系数，则要求其材质具有密度小、整体重量轻以及可塑性强等特点；

(3)由于固定在装置底座上的均为工业级传感器，仪器主要由高精密的电子元器件组成，则要求此装置底座无磁性；

(4)考虑到此装置底座为工业测量产品的一部分，则要求其具有较高的表面处理性能和耐腐蚀性。

针对以上四点要求，经过多次选材和长时间的测试论证，发现工业铝合金型材完全满足以上四点要求，因此，本装置底座选用工业级别的铝合金型材来进行结构设计。装置底座由一根80mm×160mm的型材作为主固定板，上下各固定一个80mm×40mm的型材为辅固定板，最后将三根型材使用特制角件进行连接，即构成装置底座。

支撑连接件 

支撑连接件是整个装置与外界平台连接的重要部件，在设计上必须考虑以下两点：

(1)支撑连接件上的装置底座在车载运动下具有较高的安全系数，同时需阻止高频振动传导到固定装置上；

(2)为保证整个固定装置和外界平台固定牢固可靠，则需具有较强的刚性连接，才足以在车载运动下具有较高的安全系数。

针对以上两点进行设计，如图5所示，该部件通过“托”的方式来与装置底座进行连接，同时在连接点处添加橡胶减震，从受力分析来看，它既能保证支撑连接件上的装置底座在车载运动下具有较高的安全系数，同时橡胶减震还能抵消掉部分高频振动；该部件与外界平台连接通过“夹”的方式进行刚性连接，有效保证了装置在各个方面的受力均衡。

传感器固定座 

该部件（如图6所示）在本装置中有两套，分别安装在装置底座上的左右两端。它不仅支持激光器与相机扫描线成20°～40°对角安装，而且支持激光器姿态调节功能。本调节模块采用扩大误差的理念，设计从5mm～8mm规格的垫块，每个规格之间相隔0.1mm。同时，在传感器安装底板上四周预留多个垫块填充槽，通过在填充槽填充垫块的方式对激光器的姿态进行调节。由于垫块质地硬，具备一定的厚度，在安装紧固后不易发生变形，能保证在长期高频振动环境中维持相机与照明激光器的相对位置关系。

装置保护罩 

此部件（如图4所示）不仅保护安装在装置内的传感器，而且在设计上考虑了它在车载高频振动下对传感器之间相对位置产生的干扰。因此，要求保护罩的重量较轻，同时具备足够的强度，故部件通过选择在较薄的铝板上添加多个长条形冲孔来增加刚性。

线阵相机扫描线与激光线重合

线扫描相机每次采集一行数据，一般在地面上实际对应1mm，而红外线激光器投射的激光线厚度L为3～8mm宽（如图7实线线框），激光器为相机提供连续稳定照明的同时，还必须保证相机的扫描线（图7中虚线）在激光线的范围内进行拍摄才能采集到有效的图像数据。

为保证激光器对线阵相机长时间连续稳定地提供照明，除了要求安装激光器和相机的固定装置具有足够的强度与刚性外，还必须要求安装装置支持激光器姿态调节与位置锁死模块，只有将激光线的中线尽可能调节到与相机扫描线几乎重合的情况下，才能保证在车载运动下各传感器的相对位置关系具有较高的稳定性和可靠性。

有益效果

传统的路面检测图像采集均采用相机与激光器共面安装提供照明的方法，由于相机与激光器安装在同一个点，对于激光器而言，越远离中心点，照度越弱，照明效果差，导致图像模糊、发黑和虚化；越靠近中心点，照度越强，导 致曝光过度，图像质量发白，同时，相机采集的每个像素点与激光器在该点照明几乎是平行的，导致图像没有立体感，裂缝特征不突出，难以识别。而采用左激光器为右相机照明，右激光器为左相机照明的方法，对路面纹理特征能有效制造阴影,突出路面颗粒度，且成角度照明方法不会出现中间过度曝光的情况，图像亮度更加均匀。

线阵相机与照明激光器之间存在一定距离，不在同一个平面上，在载车高速行驶的情况下，车载高频振动将导致相机与激光器产生相对位移，从而使得激光器难以为相机提供有效稳定的照明，导致采集图像出现波浪状条纹，影响图像质量。本发明设计采用铝型材作为传感器安装承载板，在保证一定刚度的情况下保证一定的韧度，同时在铝型材与载车车体连接件间采用橡胶减震，有效减少车体高频振动传导到铝型材，从而保证相机与激光器之间的相对稳定位置关系。

由于线激光器的线厚度一般在3～8mm，线扫描相机每次采集一行数据，一般在地面上实际对应1mm，这样要求相机的采集目标严格对应到激光线的正中间。而左右成对角的安装方式，导致激光器和相机并不在同一个平面上，实现严格的相机和激光器对应存在困难。本发明设计了一种调节相机和激光器重合的并进行有效锁紧的方法。设计从5mm～8mm规格的一系列垫块，每个规格之间相隔0.1mm。选用这些不同规格的垫块作为传感器姿态调节的部件，由于垫块质地硬，具备一定的厚度，在安装紧固后不易发生变形，能保证在长期高频振动环境中维持激光器与固定底座的相对位置不变。

附图说明

图1现有的激光器与相机共面安装的方式；

图2光照如果与相机成一定夹角照射；

图3不同照明效果对比图，其中，左为激光器对相机成对角照明，右为激光器对相机共面照明；

图4基于高清晰度路面图像采集装置示意图；

图5支撑连接件托与夹固定方式示意图；

图6传感器固定座示意图；

图7相机线与激光线重合图。

其中，1是装置底座；2是传感器固定座；3是支撑连接件；4是装置保护罩；5是托；6是夹。

具体实施方式

一种高清晰路面图像采集方法，针对路面图像采集的两个线阵相机与两个激光器，采用左激光器为右相机照明，右激光器为左相机照明，成对角的照明方式进行路面图像采集，激光器与相机成对角照射，激光线在地面投射的照度由近及远均匀变小。

在所述方法中使用的采集装置主要由一个装置底座、两个支撑连接件、两个传感器固定座和一个装置保护罩组成，其中，所述采集装置主要通过支撑连接件与车载平台进行刚性连接，装置底座固定在支撑连接件上，两者之间添加橡胶减震，此减震主要是为了消除车载平台的高频振动传导，保证装置底座上 的设备相对位置不变，两个传感器固定座分别固定在装置底座的左右两端，传感器固定座上支持激光器与相机成对角安装，同时支持激光器姿态调节功能，主要用于调节激光线与相机扫描线重合，装置保护罩不仅能对传感器进行有效保护，防尘、防水、防树枝划伤，而且还能为各传感器的暖通提供密闭的空间。

所述装置底座保证在高频振动下装置底座自身不会发生形变，同时它和连接部件的相对位置保持不变，此装置底座具有足够高的强度与刚性；装置底座安装于车载平台上，考虑载车的承载重量和安全系数，则要求其材质具有密度小、整体重量轻以及可塑性强的特点；由于固定在装置底座上的均为工业级传感器，仪器主要由高精密的电子元器件组成，则要求此装置底座无磁性；考虑到此装置底座为工业测量产品的一部分，则要求其具有较高的表面处理性能和耐腐蚀性，所述装置底座选用工业级别的铝合金型材来进行结构设计，装置底座由一根80mm×160mm的型材作为主固定板，上下各固定一个80mm×40mm的型材为辅固定板，最后将三根型材使用特制角件进行连接，即构成装置底座。

所述支撑连接件上的装置底座在车载运动下具有较高的安全系数，同时需阻止高频振动传导到固定装置上；为保证整个固定装置和外界平台固定牢固可靠，则需具有较强的刚性连接，才足以在车载运动下具有较高的安全系数；所述支撑连接件通过“托”的方式来与装置底座进行连接，同时在连接点处添加橡胶减震，既能保证支撑连接件上的装置底座在车载运动下具有较高的安全系数，同时橡胶减震还能抵消掉部分高频振动；该部件与外界平台连接通过“夹”的方式进行刚性连接，有效保证了装置在各个方面的受力均衡。

所述传感器固定座设置有两套，分别安装在装置底座上的左右两端，所述传感器固定座不仅支持激光器与相机扫描线成20°-40°对角安装，而且具有支持激光器姿态调节功能的调解模块，所述调节模块采用扩大误差的理念，设计从5mm～8mm规格的垫块，每个规格之间相隔0.1mm；同时，在传感器安装底板上四周预留多个垫块填充槽，通过在填充槽填充垫块的方式对激光器的姿态进行调节。

所述装置保护罩通过选择在较薄的铝板上添加多个长条形冲孔来增加刚性。

本发明是一套使用两个线阵相机结合两个红外线激光器实现高清晰度路面图像采集的方法，在道路检测与养护领域有着很广泛的应用，因此，该方法有着广泛的实用性和通用性。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种高清晰路面图像采集方法，其特征在于：针对路面图像采集的两个线阵相机与两个激光器，采用左激光器为右相机照明，右激光器为左相机照明，成对角的照明方式进行路面图像采集，激光器与相机成对角照射，激光线在地面投射的照度由近及远均匀变小；用于所述方法中的高清晰路面图像采集装置，所述采集装置主要由一个装置底座、两个支撑连接件、两个传感器固定座和一个装置保护罩组成，其中，所述采集装置主要通过支撑连接件与车载平台进行刚性连接，装置底座固定在支撑连接件上，两者之间添加橡胶减震，此减震主要是为了消除车载平台的高频振动传导，保证装置底座上的设备相对位置不变，两个传感器固定座分别固定在装置底座的左右两端，传感器固定座上支持激光器与相机成对角安装，同时支持激光器姿态调节功能，主要用于调节激光线与相机扫描线重合，装置保护罩不仅能对传感器进行有效保护，防尘、防水、防树枝划伤，而且还能为各传感器的暖通提供密闭的空间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述装置底座保证在高频振动下装置底座自身不会发生形变，同时它和连接部件的相对位置保持不变，此装置底座具有足够高的强度与刚性；装置底座安装于车载平台上，考虑载车的承载重量和安全系数，则要求其材质具有密度小、整体重量轻以及可塑性强的特点；由于固定在装置底座上的均为工业级传感器，仪器主要由高精密的电子元器件组成，则要求此装置底座无磁性；考虑到此装置底座为工业测量产品的一部分，则要求其具有较高的表面处理性能和耐腐蚀性，所述装置底座选用工业级别的铝合金型材来进行结构设计，装置底座由一根80mm×160mm的型材作为主固定板，上下各固定一个80mm×40mm的型材为辅固定板，最后将三根型材使用特制角件进行连接，即构成装置底座。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述支撑连接件上的装置底座在车载运动下具有较高的安全系数，同时需阻止高频振动传导到固定装置上；为保证整个固定装置和外界平台固定牢固可靠，则需具有较强的刚性连接，才足以在车载运动下具有较高的安全系数；所述支撑连接件通过“托”的方式来与装置底座进行连接，同时在连接点处添加橡胶减震，既能保证支撑连接件上的装置底座在车载运动下具有较高的安全系数，同时橡胶减震还能抵消掉部分高频振动；该部件与外界平台连接通过“夹”的方式进行刚性连接，有效保证了装置在各个方面的受力均衡。

4.根据权利要求2所述的采集方法，其特征在于：所述传感器固定座设置有两套，分别安装在装置底座上的左右两端，所述传感器固定座不仅支持激光器与相机扫描线成20°-40°对角安装，而且具有支持激光器姿态调节功能的调解模块，所述调节模块采用扩大误差的理念，设计从5mm～8mm规格的垫块，每个规格之间相隔0.1mm；同时，在传感器安装底板上四周预留多个垫块填充槽，通过在填充槽填充垫块的方式对激光器的姿态进行调节。

5.根据权利要求2所述的采集方法，其特征在于：所述装置保护罩通过选择在较薄的铝板上添加多个长条形冲孔来增加刚性。