CN104878679A - 一种车载车辙实时检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载车辙实时检测系统及检测方法，该检测系统包括安装在检测车上的第一系统和设置在检测车外的第二系统，第一系统包括用于采集路面车辙图像信息的图像采集装置和接收所述图像采集装置采集到的车辙图像信息并进行存储、分析、处理的车辙图像信息实时分析装置，车辙图像信息实时分析装置包括集成有FPGA、多个图像采集卡的检测盒和显示屏；高速CCD面阵相机将拍照得到的车辙图像信息发送给图像采集卡，图像采集卡接收和存储车辙图像信息，FPGA读取图像采集卡中存储的车辙图像信息并对其进行分析、处理；显示屏用于显示经FPGA处理后的车辙图像信息。本发具有集成度高、高效、可视性、测量精度高、实时同步的优点。

Description

一种车载车辙实时检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及道路检测领域，特别是一种车载车辙实时检测系统及检测方法。

背景技术

车辙是指路面上沿行车轨迹产生的纵向带状凹槽，由于路面车辆行驶产生的流动变形、磨损、沉陷造成。车辙直接危害路面的质量，降低路面的使用寿命，缩短维修周期；另外，高速行驶中，方向稍微转动即容易出现难以应对的事故。所以定期对路面车辙进行检测并维修是非常有必要的。

目前，车辙检测系统中多使用两台绿光或红外线激光器，由于绿光线激光器的功率要求高，目前使用是532nm绿光半导体线激光器，由于产品工艺及质量原因，导致在检测使用中，绿光的亮度会逐渐衰减甚至有时候直接点不亮，极大地影响了检测使用。另一方面，绿激光由于其技术的难度，高性能、质量有保证的激光器价格非常昂贵。

一般，车辙检测系统的检测方法流程是：激光斜向照射在路面上->高速相机拍摄照片->工控电脑内采集软件A->通过图像采集卡采集图片->硬盘保存->数据转存->数据处理计算机->处理前各种准备->专用数据处理软件B->出结果报告。由此可以看出，目前阶段的车辙检测过程复杂繁琐，同时依赖现有的标定软件、数据处理软件等，极易出现数据出错、解析识别错误等相关问题，由于数据处理是在检测结束回来后解析的，不同步性导致出错无法补救。

发明内容

针对上述技术问题，本发明公开的一种车载车辙实时检测系统及检测方法，解决了现有技术中车辙检测的数据需要存储在硬盘后带回工控中心的数据处理计算机进行数据处理浪费时间、不同步性等问题，具有集成度高、高效、可视性、测量精度高、实时同步的优点。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明所述的一种车载车辙实时检测系统，其包括安装在检测车上的第一系统和设置在检测车外的第二系统，其中，所述第一系统包括：图像采集装置，用于采集路面车辙图像信息，其包括发射激光照射路面的近红外线激光器、对所述近红外线激光器照射路面拍照的多个高速CCD面阵相机；车辙图像信息实时分析装置，接收所述图像采集装置采集到的车辙图像信息并进行存储、分析、处理，其包括检测盒和显示屏，所述检测盒集成有FPGA、多个图像采集卡，且所述图像采集卡的数量等于所述高速CCD面阵相机的数量，所述高速CCD面阵相机将拍照得到的车辙图像信息发送给所述图像采集卡，所述图像采集卡接收和存储车辙图像信息，FPGA读取所述图像采集卡中存储的车辙图像信息并对其进行分析、处理得出车辙深度数据；所述显示屏用于显示经FPGA处理后的车辙深度数据；所述第二系统包括：上位机，读取经FPGA处理后的车辙深度数据并显示，对所述图像采集装置和所述车辙图像信息实时分析装置进行监控。

优选的，所述近红外线激光器固定于检测车车尾上方，所述近红外线激光器的出光张角与其到竖直地面的距离能够使所述近红外线激光器发出的激光能覆盖待测路面的宽度。

优选的，每个所述高速CCD面阵相机分别与每个所述图像采集卡一一对应，每个所述高速CCD面阵相机拍照得到的车辙图像信息发送给与其相对应的图像采集卡。

优选的，所述图像采集卡包括SRAM，所述图像采集卡将接收到的车辙图像信息存储在SRAM中，FPGA从所述SRAM中读取车辙图像信息并对其进行分析、处理。

优选的，所述高速CCD面阵相机与其对应的图像处理卡通讯连接。

优选的，所述上位机是PC电脑或者工业计算机。

优选的，所述上位机与FPGA通过USB接口连接或者无线网络通信实现车辙图像信息的传输。

一种车载车辙实时检测系统的检测方法，包括以下步骤：

步骤1)所述图像采集装置采集车辙图像信息：所述近红外线激光器发出激光照射路面，多个所述高速CCD面阵相机同时拍摄所述近红外线激光器发出激光照射的路面采集车辙图像信息；

步骤2)所述车辙图像信息实时分析装置对多个所述高速CCD面阵相机采集到的车辙图像信息进行分析、处理：每个所述高速CCD面阵相机将拍照得到的车辙图像信息发送给与其对应的一个所述图像采集卡，所述图像采集卡将接收车辙图像信息存储在所述SRAM，FPGA读取所述SRAM里存储的车辙图像信息并对其进行分析、处理得出车辙深度数据；经FPGA处理后的车辙深度数据通过所述显示屏显示；

步骤3)上位机实时显示、监控：上位机读取经FPGA处理后的车辙深度数据并显示，对所述图像采集装置和所述车辙图像信息实时分析装置进行监控。

优选的，FPGA读取所述SRAM里存储的车辙图像信息并对其进行分析、处理得出车辙深度数据包括以下步骤：

步骤A)根据所述SRAM存储的车辙图像信息，对红外线激光器发出激光照射的路面位置进行标定；

步骤B)对所述SRAM存储的车辙图像信息进行预处理，采用线性滤波和非线性滤波结合的方法滤除干扰噪声；

步骤C)结合标定的路面位置和经过预处理的车辙图像信息，计算出路面车辙深度数据。

优选的，所述采用线性滤波和非线性滤波结合的方法滤除干扰噪声的具体步骤是：首先采用中值滤波处理车辙图像信息中的噪声，其次采用小波变换滤除中值滤波未滤除的高频噪声。

本发明相较于现有技术的有益效果是：

(1)本发明提供一种车载车辙实时检测系统及检测方法，该车载车辙实时检测系统包括安装在检测车上的第一系统和设置在检测车外的第二系统，第一系统包括用于采集路面车辙图像信息的图像采集装置和接收所述图像采集装置采集到的车辙图像信息并进行存储、分析、处理的车辙图像信息实时分析装置，即在检测车里面就可以完成车辙图像信息的采集、存储、分析、处理并得到车辙深度数据，不必再通过硬盘转存到工控计算机中通过专门软件进行数据处理；同时，车辙图像信息实时分析装置还连接有显示屏，通过显示屏可以在检测车里面实时显示车辙深度数据而不用通过工控计算机才能显示车辙深度数据，一方面系统集成度高、节约了时间，另一方面检测结果直观可靠、便于检测车在车辙检测过程中的实时调整，所以，该车载车辙实时检测系统具有集成度高、高效、可视性、实时同步的优点。

(2)本发明提供一种车载车辙实时检测系统及检测方法，检测系统中的近红外线激光器固定于检测车车尾上方，近红外线激光器的出光张角与其到竖直地面的距离满足近红外线激光器发出的激光能覆盖待测路面的宽度，这样检测系统的检测面覆盖整个待测路面的宽度，不仅可以对单车道进行检测，还可以同时对多车道进行检测，具有节约时间、提高效率的优点。

(3)本发明提供一种车载车辙实时检测系统及检测方法，每个所述高速CCD面阵相机与一个所述图像采集卡对应，每个所述高速CCD面阵相机拍照得到的车辙图像信息发送给与其对应的一个所述图像采集卡，这种一对一的设置使得车辙图像数据发送和读取不容易出错，提高了车辙图像信息的测量精度。

附图说明

图1是本发明一种实施例提供的车载车辙检测系统的示意图；

图2是本发明一种实施例提供的车载车辙检测系统的结构框图；

图3是本发明另一种实施例提供的车载车辙检测系统的检测方法的流程图；

图4是本发明另一种实施例提供的FPGA对车辙图像信息进行分析、处理的流程图；

图5是本发明另一种实施例提供的车辙深度数据的实时监控图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

实施例1

本发明提供一种车载车辙检测系统，结合图1和图2可知，该车载车辙实时检测系统，包括安装在检测车上的第一系统100和设置在检测车外的第二系统200。

第一系统100包括用于采集路面车辙图像信息的图像采集装置101和接收图像采集装置采集到的车辙图像信息并进行存储、分析、处理的车辙图像信息实时分析装置102。图像采集装置101包括发射激光照射路面的近红外线激光器1011、对近红外线激光器1011照射路面拍照的多个高速CCD(chargecoupled device)面阵相机1012。近红外线激光器1011固定于检测车车尾上方，近红外线激光器1011的出光张角与其到竖直地面的距离满足近红外线激光器1011发出的激光能覆盖待测路面的宽度，这种设置下，车载车辙检测系统的检测面覆盖整个待测路面的宽度，不仅可以对单车道进行检测，还可以同时对多车道进行检测，具有节约时间、提高效率的优点。本实施例中，近红外线激光器1011优选波长808nm、功率10W的半导体红外近红外线激光器；高速CCD面阵相机1012带有近红外透镜的窗口镜头，只对近红外光有较高的透射率。

车辙图像信息实时分析装置102包括检测盒1021和显示屏1022，检测盒1021集成有FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)10222、多个图像采集卡10211，高速CCD面阵相机1012将拍照得到的车辙图像信息发送给图像采集卡10211，图像采集卡10211接收和存储车辙图像信息；图像采集卡10211设有SRAM(Static Random Access Memory，静态随机存取存储器)，图像采集卡10211将从高速CCD面阵相机1012接收到的车辙图像信息存储在SRAM中，FPGA从SRAM中读取车辙图像信息并对其进行分析、处理得出车辙深度数据；显示屏1022用于显示经FPGA处理后得到的车辙深度数据，显示屏1022与FPGA通过USB接口连接。其中，每个高速CCD面阵相机1012与一个图像采集卡10211对应，每个高速CCD面阵相机1012拍照得到的车辙图像信息发送给与其对应的一个图像采集卡10211，这种一对一的设置使得车辙图像数据发送和读取不容易出错，提高了车辙图像信息的测量精度。单相机拍摄，拍摄全车道视场非常大，通常情况下，相机拍摄所得图像边缘存在较大的畸变误差，本实施例中，为了适应单车道或者多车道等不同待检测路面宽度的同时保证拍照获取车辙图像信息的正确和精度，高速CCD面阵相机1012的个数优选为10个，每2个高速面阵CCD相机1012对应一条车道，剩余2个高速CCD面阵相机1012留作备用；图像采集卡10211的个数也对应优选为10个。高速CCD面阵相机1012和图像采集卡10211均设有CameraLink接口和USB3.0接口，为了进一步提高车辙图像数据读取的速度，本实施例中优选高速CCD面阵相机1012与其对应的一个图像处理卡10211通过CameraLink进行通讯连接。

车辙图像信息实时分析装置102实现了在检测车里面就可以完成车辙图像信息的采集、存储、分析、处理并得出车辙深度数据，在检测车跑完指定路线的同时就可以得出路面车辙深度数据，不必再通过硬盘转存到工控计算机中通过专门软件进行数据处理；其通过硬件进行数据处理，可以稳定、高效地处理数据；同时，车辙图像信息实时分析装置102还连接有显示屏1022，通过显示屏1022可以在检测车里面实时显示车辙深度数据而不用通过工控计算机才能显示车辙深度数据，一方面系统结构简单、集成度高、节约时间，另一方面检测结果车辙深度数据直观可靠、便于检测车在车辙检测过程中的实时调整，使得该车载车辙实时检测系统具有集成度高、高效、可视性、实时同步的优点。

第二系统200包括上位机200，用于读取经FPGA处理后的车辙深度数据并显示，对图像采集装置101和车辙图像信息实时分析装置102进行监控。上位机可以是PC电脑或者工业计算机。上位机与FPGA通过USB接口连接或者无线网络通信实现车辙深度数据的传输，考虑到检测路线遥远，本实施例优选无线网络通信中433MHz频段通信方式。上位机可以不出现车辙图像信息处理的中间过程，即不出现图片等无用信息，如果特定用户需要，可以通过无线网络通信，将检测路面的车辙图像从FPGA发送给上位机显示。

实施例2

本实施例提供一种采用实施例1中的车辙实时检测系统进行车辙检测的检测方法，如图3所示，主要包括以下步骤：

步骤1)所述图像采集装置采集车辙图像信息：所述近红外线激光器发出激光照射路面，多个所述高速CCD面阵相机同时拍摄所述近红外线激光器发出激光照射的路面采集车辙图像信息；

步骤2)车辙图像信息实时分析装置对多个所述高速CCD面阵相机采集到的车辙图像信息进行分析、处理：每个所述高速CCD面阵相机将拍照得到的车辙图像信息发送给与其对应的一个所述图像采集卡，所述图像采集卡将接收车辙图像信息存储在所述SRAM，FPGA读取所述SRAM里存储的车辙图像信息并对其进行分析、处理得出车辙深度数据；经FPGA处理后的车辙深度数据通过所述显示屏显示；

步骤3)上位机实时显示、监控：上位机读取经FPGA处理后的车辙深度数据并显示，对所述图像采集装置和所述车辙图像信息实时分析装置进行监控。

其中，FPGA读取SRAM里存储的车辙图像信息并对其进行分析、处理得出车辙深度数据的流程如图4所示，具体包括以下步骤：

步骤A)根据所述SRAM存储的车辙图像信息，对红外线激光器发出激光照射的路面位置进行标定，本实施例采用激光三角测量法对红外线激光器发出激光照射的路面位置进行标定，具体为：设(u,v)是待测路面在高速CCD面阵相机上的成像点，r＝(u²+v²)^0.5是成像点到高速CCD面阵相机镜头中心的距离，k是畸变系数，(u^，,v^，)是畸变校正后的像点坐标，用多项式拟合标定方法并通过解线性方程来求解待测路面的位置点和成像点的变换关系。

u^，＝u*(1+k₁r²+k₂r⁴+…)

v^，＝v*(1+k₁r²+k₂r⁴+…)

步骤B)对所述SRAM存储的车辙图像信息进行预处理。检测车在待检测路面行驶，周围存在很多对车辙图像信息产生干扰的噪声，需要对车辙图像信息进行噪声滤除。本实施例采用线性滤波和非线性滤波结合的方法滤除干扰噪声。中值滤波处理噪声效果良好，但是激光线轮廓仍然掺杂着高频噪声，所以本实施例优选首先采用中值滤波处理车辙图像信息中的噪声，其次采用小波变换滤除中值滤波未滤除的高频噪声；经中值滤波和小波变换后的车辙图像光线轮廓正确而且清晰。

步骤C)结合标定的路面位置和经过预处理的车辙图像信息，计算出路面车辙深度数据。红外线激光器发出激光照射在待测路面，经过散射或反射后在高速CCD面阵相机的近红外透镜窗口镜头成像；当待测路面表面形状高低不平存在车辙，对应高速CCD面阵相机中的成像位置也会发生相应的位移；通过成像位移和实际位置变化的对应关系，可以从成像换算实际待测路面的位置信息，得出车辙深度数据，并且根据得到的车辙深度数据绘制道路的剖面曲线。

图5是根据本实施例的检测方法在显示屏或者上位机中显示的车辙深度数据的实时监控图，其中，横坐标表示检测车行驶路程，单位是米；纵坐标是车辙深度数据，单位是毫米。通过图5可以看出，每一组车辙深度的实时数据像心跳监护一样，实时跳动显示，具有很强的可视性、实时性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种车载车辙实时检测系统，其特征在于，包括：安装在检测车上的第一系统和设置在检测车外的第二系统，其中，所述第一系统包括：

图像采集装置，用于采集路面车辙图像信息，其包括发射激光照射路面的近红外线激光器、对所述近红外线激光器照射路面拍照的多个高速CCD面阵相机；

车辙图像信息实时分析装置，接收所述图像采集装置采集到的车辙图像信息并进行存储、分析、处理，其包括检测盒和显示屏，所述检测盒集成有FPGA、多个图像采集卡，且所述图像采集卡的数量等于所述高速CCD面阵相机的数量，所述高速CCD面阵相机将拍照得到的车辙图像信息发送给所述图像采集卡，所述图像采集卡接收和存储车辙图像信息，FPGA读取所述图像采集卡中存储的车辙图像信息并对其进行分析、处理得出车辙深度数据；所述显示屏用于显示经FPGA处理后的车辙深度数据；

所述第二系统包括：上位机，读取经FPGA处理后的车辙深度数据并显示，对所述图像采集装置和所述车辙图像信息实时分析装置进行监控。

2.如权利要求1所述的车载车辙实时检测系统，其特征在于，所述近红外线激光器固定于检测车车尾上方，所述近红外线激光器的出光张角与其到竖直地面的距离能够使所述近红外线激光器发出的激光能覆盖待测路面的宽度。

3.如权利要求2所述的车载车辙实时检测系统，其特征在于，每个所述高速CCD面阵相机分别与每个所述图像采集卡一一对应，每个所述高速CCD面阵相机拍照得到的车辙图像信息发送给与其相对应的图像采集卡。

4.如权利要求3所述的车载车辙实时检测系统，其特征在于，所述图像采集卡包括SRAM，所述图像采集卡将接收到的车辙图像信息存储在SRAM中，FPGA从所述SRAM中读取车辙图像信息并对其进行分析、处理。

5.如权利要求4任一项所述的车载车辙实时检测系统，其特征在于，所述高速CCD面阵相机与其对应的图像处理卡通讯连接。

6.如权利要求5所述的车载车辙实时检测系统，其特征在于，所述上位机是PC电脑或者工业计算机。

7.如权利要求6所述的车载车辙实时检测系统，其特征在于，所述上位机与FPGA通过USB接口连接或者无线网络通信实现车辙图像信息的传输。

8.一种如权利要求7中所述的车载车辙实时检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)所述图像采集装置采集车辙图像信息：所述近红外线激光器发出激光照射路面，多个所述高速CCD面阵相机同时拍摄所述近红外线激光器发出激光照射的路面采集车辙图像信息；

步骤2)所述车辙图像信息实时分析装置对多个所述高速CCD面阵相机采集到的车辙图像信息进行分析、处理：每个所述高速CCD面阵相机将拍照得到的车辙图像信息发送给与其对应的一个所述图像采集卡，所述图像采集卡将接收车辙图像信息存储在所述SRAM，FPGA读取所述SRAM里存储的车辙图像信息并对其进行分析、处理得出车辙深度数据；经FPGA处理后的车辙深度数据通过所述显示屏显示；

步骤3)上位机实时显示、监控：上位机读取经FPGA处理后的车辙深度数据并显示，对所述图像采集装置和所述车辙图像信息实时分析装置进行监控。

9.如权利要求8所述的检测方法，其特征在于，FPGA读取所述SRAM里存储的车辙图像信息并对其进行分析、处理得出车辙深度数据包括以下步骤：

步骤A)根据所述SRAM存储的车辙图像信息，对红外线激光器发出激光照射的路面位置进行标定；

步骤B)对所述SRAM存储的车辙图像信息进行预处理，采用线性滤波和非线性滤波结合的方法滤除干扰噪声；

步骤C)结合标定的路面位置和经过预处理的车辙图像信息，计算出路面车辙深度数据。

10.如权利要求9所述的检测方法，其特征在于，所述采用线性滤波和非线性滤波结合的方法滤除干扰噪声的具体步骤是：首先采用中值滤波处理车辙图像信息中的噪声，其次采用小波变换滤除中值滤波未滤除的高频噪声。