CN104048603B - 一种列阵激光标线‑面阵ccd高分辨大视场测量系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种列阵激光标线‑面阵CCD高分辨大视场测量系统与方法，其中该系统包括一支撑平台、一便携式水平液槽以及位于支撑平台上的多组激光标线‑面阵CCD图像探测单元、一列阵CCD同步控制器和一计算机图像采集与处理装置，计算机图像采集与处理装置接收CCD图像探测单元同步采集的激光标线图像，并基于便携式水平液槽置于待测表面时的激光标线基准图像得到待测表面激光标线图像测量数据的共水平面基的统一坐标数据表达。本发明利用双曝光差分干涉原理，实现从二维复杂拼接向一维简单串接的转换，将N组CCD坐标严格平顺连接得到分辨率与视场宽度皆为分系统N倍的统一坐标的理想的高分辨大视场系统。

Description

一种列阵激光标线-面阵CCD高分辨大视场测量系统与方法

技术领域

本发明属于针对道路、平台的高分辨、大视场路面特性测试技术领域，尤其是一种列阵激光标线-面阵CCD高分辨大视场测量系统与方法。

背景技术

在CCD图像探测与测量技术中，以CCD为基础的光电技术已成为现代高新技术的核心，广泛用于摄像、监测、检测设备中，特别是在现代先进的路面状况自动智能检测设备中，激光图像--CCD探测技术更是最基本的技术，因此CCD探测的技术性能(如像机的像素与帧频、探测的分辨率与测量精度、探测的视场宽度)都直接影响测量设备的技术水平和测量结果。但对一台确定的(有确定像素与帧频的)CCD其测量技术指标如；分辨率与精度及视场大小是相互矛盾的，要得到高分辨高精度，则测量视场就不能大，分之亦然。但是任何测量设备的设计理想的技术指标总是希望各项指标都同时达到最好。如路面检测设备的表面裂缝病害分辨率达到毫米，车辙和三维破损的高程测量精度达到亚毫米，平整度和纹理结构的的高程检测精度要求更高达0.1mm。同时要求检测视场宽度应达到车道宽度。然而即使最先进的价格到达500万的国内外先进设备的技术指标也远未同时达到这一理想状态。为保证检测分辨率和精度达到规程基本要求，常采用减小测量视场宽度，一般限于保证轮迹带数据的2—3米宽度，即所谓70％车道宽度要求。牺牲占全车道宽1/3的车道两侧视场的技术状况数据显然是很不完善的测量，更重要的是丢失全车道的基准信息，使测量数据只有统计价值而降低了确定性。

为保证基本分辨率和精度下扩大探测视场，人们采用分区段探测方法，但各CCD有独立的探测坐标很难保证严格拼接，需要复杂的定标调整和软件校正才能达到平顺拼接，而在表面精确测量技术中要求各段CCD坐标完全一致，对同一图像应数值严格相等，最好连接形成统一的CCD坐标，分辨率与精度及视场宽度都达到单个CCD的n倍。希望实现高精度，高分辨又实现能覆盖全车道甚至多车道的大视场高分辨测量，并有效消除各种拼接与畸变等误差的理想性能。所以超车道宽视场高分辨断面特性的测量成为急待解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种列阵激光标线-面阵CCD高分辨大视场测量系统与方法，通过简单的CCD平顺串联以及共水平基的设计，实现图像的匹配连接，实现对路面特性的高分辨、大视场检测。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种高分辨大视场测量系统，其包括一支撑平台、多组激光标线-面阵CCD图像采集单元、一列阵CCD同步采集控制器、一便携式水平液槽以及一计算机图像采集与处理装置，所述激光标线-面阵CCD图像采集单元、列阵CCD同步采集控制器、计算机图像采集与处理装置均置于所述支撑平台上，其中：

所述便携式水平液槽包括一个弯折的塑料膜布以及双侧壁套杆，所述塑料膜布弯折形成具有底部和侧壁的水平液槽，双侧壁套杆支撑所述侧壁，水平液槽内装有液体，该便携式水平液槽可移动地设置在待测表面；

所述激光标线-面阵CCD图像采集单元均由一组平面激光发生器和CCD成像单元组成，每组平面激光发生器、CCD成像单元与待测量表面形成三角测距关系，每个平面激光发生器用于向待测路面或便携式水平液槽发射激光标线且各激光标线连接形成一条线，每个CCD成像单元位于同一平面内且其各自的视场相互连接或部分重叠；

所述列阵CCD同步控制器与所述每个CCD成像单元连接并且用于控制各CCD成像单元同步采集各自视场内的激光标线图像，实现激光标线图像的同步分段采集，其中：所述列阵CCD同步控制器至少控制执行两次采集：所述便携式水平液槽置于待测表面时的标准激光标线采集得到基准激光标线图像，以及移除便携式水平液槽时对待测表面的激光标线采集得到待测表面激光标线图像；

所述计算机图像采集与处理装置用于接收所述CCD成像单元同步采集的图像数据，并基于所述便携式水平液槽置于待测表面时的基准激光标线图像得到待测表面激光标线图像的共水平面基的统一坐标数据表达。

进一步的实施例中，所述支撑平台置于一可移动平台上。

进一步的实施例中，所述支撑平台置于一标准载车上。

进一步的实施例中，所述CCD成像单元采用分辨率为1392*950，帧频120的CCD成像单元。

进一步的实施例中，所述平面激光发生器采用单色性良好的连续单横模平面激光发生器。(如选波长为532nm，功率为500mw的激光器)。

进一步的实施例中，所述连续单横模平面激光发生器选用波长为532nm，功率为500mw的激光器。

本发明的另一方还提出一种基于所述列阵激光标线-面阵CCD高分辨大视场测量系统实 现的路面测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将便携式水平液槽置于待测路面，列阵CCD同步控制器控制多个CCD成像单元同步采集平面激光发生器发射到水平液槽上所形成的激光标线图像，作为基准激光标线图像，其中每组平面激光发生器和CCD成像单元构成一分系统；

步骤2、移除所述便携式水平液槽，列阵CCD同步控制器控制多个CCD成像单元同步采集平面激光发生器发射到待测路面上所形成的激光标线图像；

步骤3、基于步骤1和步骤2采集的图像数据进行差分处理，得到待测表面的各分系统激光标线图像，处理后得到平顺连接且严格共水平面基的统一坐标数据表达。

由以上本发明的技术方案可知，本发明所提出的列阵激光标线-面阵CCD高分辨大视场测量系统及方法，用双曝光差分干涉原理消除各种系统误差的创新设计思想，用待测路面标线图像与同位水平平面的基准图像的差分实现多组CCD-激光标线系统共水平基表达，实现从二维复杂拼接向一维简单串接的转换，并有效消除了系统误差。

与现有技术相比，本发明的显著效果在于：

1、实现了激光-CCD测量系统相互矛盾的性能指标，同时达到高分辨高精度大视场的理想状况；

2、利用本发明的上述技术方案，可将N组CCD坐标严格平顺连接得到分辨率与视场宽度皆为分系统N倍的统一坐标的理想的高分辨大视场系统，可有效解决相应测量领域的难题：全车道甚至多车道大视场测量问题；

3、本发明不采用复杂的机械调整和复杂的拼接硬软件实现多图像严格拼接，利用双曝光查差分实现共水平基的数据表达；

4、利用检测图像与基准激光标线图像差分，有效消除系统畸变与误差，可实现高分辨检测。

附图说明

图1为本发明一实施方式列阵激光标线-面阵CCD高分辨大视场测量系统的原理示意图。

图2为图1实施例列阵激光标线-面阵CCD高分辨大视场测量系统的一个具体示例连接示意图。

图3为图1和图2中激光标线-面阵CCD图像采集单元的结构示意图。

图4为图1实施例中水平液槽的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

如图1、图2、图3所示，根据本发明的较优实施例，一种列阵激光标线-面阵CCD高分辨大视场测量系统，包括一支撑平台、一便携式水平液槽3、多组激光标线-面阵CCD图像采集单元4、一列阵CCD同步控制器6以及一计算机图像采集与处理装置7，所述多组激光标线-面阵CCD图像采集单元4、列阵CCD同步控制器6、计算机图像采集与处理装置7均置于前述支撑平台上，其中：

所述便携式水平液槽3包括一个弯折的塑料膜布31以及双侧壁套杆32，参考图4所示，所述塑料膜布弯折形成具有底部和侧壁的水平液槽，双侧壁套杆32支撑所述侧壁，水平液槽内装有液体，如图1和图2所示，该便携式水平液槽3可移动地设置在待测表面；

如图1、2结合图3所示，所述每组激光标线-面阵CCD图像采集单元4均由一组平面激光发生器1和CCD成像单元2组成，每组平面激光发生器1、CCD成像单元2与待测量表面形成三角测距关系，每个平面激光发生器1用于向待测路面或便携式水平液槽3发射激光标线且各激光标线连接形成一条线5(如图1和图2所示，其中的标号5表示在水平液槽的标准水平面或待测表面形成的全视场激光标线)，每个CCD成像单元2位于同一平面内且其各自的视场相互连接或部分重叠；

列阵CCD同步控制器6与每个CCD成像单元2连接并且用于控制各CCD成像单元2同步采集各自视场内的激光标线图像，实现激光标线图像的同步分段采集，每组平面激光发生器1和CCD成像单元2构成一个(测量)分系统，其中：所述列阵CCD同步控制器6至少控制执行两次采集：所述便携式水平液槽3置于待测表面时的激光标线采集得到基准激光标线图像，以及移除便携式水平液槽3时对待测表面的激光标线采集得到待测表面激光标线图像；

所述计算机图像采集与处理装置7用于接收所述CCD成像单元2同步采集的图像数据，并基于所述便携式水平液槽3置于待测表面时的基准激光标线图像得到待测表面激光标线图像的共水平面基的统一坐标数据表达。

如前所述，结合图1和图2所示，利用前述方案可实现将N组CCD坐标严格平顺连接，得到分辨率与视场宽度皆为分系统N倍的统一坐标的理想的高分辨大视场系统。

作为可选的实施方式，所述支撑平台置于一可移动推车上。

在另外的实施例中，所述支撑平台置于一标准载车上。

本实施例中，前述CCD成像单元2为面阵CCD成像单元。

作为优选的实施方式，所述CCD成像单元2采用分辨率为1392*950，帧频120的CCD成像单元。

作为优选的实施方式，所述平面激光发生器1选用单横模平面片激光器。

作为一个示例性的实施，例如，选用波长为532nm、功率为500mw单横模平面片激光光源作为平面激光发生器1，其可在路面产生激光线线长1.5米，以及分辨率1392*950、帧频120的面阵CCD成像单元2构成一个激光标线-面阵CCD图像采集单元，如前所述，如果取N＝3，则可得到总像素4176，帧频保存120，而对路面测量分辨率可达到毫米级，高程测量精度达亚毫米级，而视场宽度远大于车道宽的理想技术指标。显然，根据本发明的上述实施例的教导，还可设计出各项技术指标都同步得到理想高水平的列阵系统。

作为一个具体的示例性实施方式，与上述测量系统匹配的水平液槽长度大于4米，横向宽150毫米，深度20毫米，其中注入的液体为深灰色乳液，液面最浅处5毫米，使其对激光反射率与路面相近。

在另选的实施例中，还可以配备储液器和移液器，整套高精度大视场图像采集系统可安装于小型推车上作为便携式路段或定点检测设备，或安装于载车上作为快速自动检测设备，水平液槽设备结构简单，重量轻可折叠，方便便携于现场安装。

本发明的另一方面还提出一种列阵激光标线-面阵CCD高分辨大视场测量系统实现的路面测量方法，包括以下步骤：

步骤1、将上述便携式水平液槽3置于待测路面，列阵CCD同步控制器6控制多个CCD成像单元2同步采集平面激光发生器1发射到水平液槽3上的激光标线图像，作为基准激光标线图像；

步骤2、移除所述便携式水平液槽3，列阵CCD同步控制器6控制多个CCD成像单元2同步采集平面激光发生器1发射到待测路面上的激光标线图像；

步骤3、参考前述说明和附图1、2所示，在本步骤中基于步骤1和步骤2采集的图像数据进行差分处理，得到待测表面的各分系统激光标线图像，处理后得到平顺连接且严格共水平面基的统一坐标数据表达。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种高分辨大视场测量系统，其特征在于，包括一支撑平台、多组激光标线-面阵CCD图像采集单元、一列阵CCD同步采集控制器、一便携式水平液槽以及一计算机图像采集与处理装置，所述激光标线-面阵CCD图像采集单元、列阵CCD同步采集控制器、计算机图像采集与处理装置均置于所述支撑平台上，其中：

所述便携式水平液槽包括一个弯折的塑料膜布以及双侧壁套杆，所述塑料膜布弯折形成具有底部和侧壁的水平液槽，双侧壁套杆支撑所述侧壁，水平液槽内装有液体，该便携式水平液槽可移动地设置在待测表面；

所述激光标线-面阵CCD图像采集单元均由一组平面激光发生器和CCD成像单元组成，每组平面激光发生器、CCD成像单元与待测量表面形成三角测距关系，每个平面激光发生器用于向待测路面或便携式水平液槽发射激光标线且各激光标线连接形成一条线，每个CCD成像单元位于同一平面内且其各自的视场相互连接或部分重叠；

所述列阵CCD同步控制器与所述每个CCD成像单元连接并且用于控制各CCD成像单元同步采集各自视场内的激光标线图像，实现激光标线图像的同步分段采集，其中：所述列阵CCD同步控制器至少控制执行两次采集：所述便携式水平液槽置于待测表面时的标准激光标线采集得到基准激光标线图像，以及移除便携式水平液槽时对待测表面的激光标线采集得到待测表面激光标线图像；

所述计算机图像采集与处理装置用于接收所述CCD成像单元同步采集的图像数据，并基于所述便携式水平液槽置于待测表面时的基准激光标线图像得到待测表面激光标线图像的共水平面基的统一坐标数据表达。

2.根据权利要求1所述的高分辨大视场测量系统，其特征在于，所述支撑平台置于一可移动平台上。

3.根据权利要求1所述的高分辨大视场测量系统，其特征在于，所述支撑平台置于一标准载车上。

4.根据权利要求1所述的高分辨大视场测量系统，其特征在于，所述CCD成像单元采用分辨率为1392*950，帧频120的CCD成像单元。

5.根据权利要求1所述的高分辨大视场测量系统，其特征在于，所述平面激光发生器采用单色性良好的连续单横模平面激光发生器。

6.根据权利要求5所述的高分辨大视场测量系统，其特征在于，所述连续单横模平面激光发生器选用波长为532nm，功率为500mw的激光器。

7.一种基于权利要求1所述高分辨大视场测量系统的路面测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将便携式水平液槽置于待测路面，列阵CCD同步控制器控制多个CCD成像单元同步采集平面激光发生器发射到水平液槽上所形成的激光标线图像，作为基准激光标线图像，其中每组平面激光发生器和CCD成像单元构成一分系统；

步骤2、移除所述便携式水平液槽，列阵CCD同步控制器控制多个CCD成像单元同步采集平面激光发生器发射到待测路面上所形成的激光标线图像；

步骤3、基于步骤1和步骤2采集的图像数据进行差分处理，得到待测表面的各分系统激光标线图像，处理后得到平顺连接且严格共水平面基的统一坐标数据表达。