CN105157626A - 一种使用结构光的固定式道面检测装置及方法 - Google Patents

一种使用结构光的固定式道面检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及主动三维检测和图像识别领域，尤其是<b>一</b>种使用结构光的固定式道面检测装置及方法。本发明针对现有技术存在的问题，提供<b>一</b>种使用结构光的固定式道面检测装置及方法。本发明使用检测单元定向投射已知结构光，辅助二维相机对道面待检测区进行拍照，然后通过控制处理单元根据目标检测检测方法对拍摄图像进行异常检测，判断图像中是否有入侵物或者判断道面的平整度是否达到要求，对发现的异常状况进行报警。对跑道上所有待检测区域重复以上方法可以实现完整的跑道道面检测。

Description

一种使用结构光的固定式道面检测装置及方法
技术领域
本发明涉及主动三维检测和图像识别领域，尤其是一种使用结构光的固定式道面检测装置及方法。
背景技术
机场跑道的道面情况对航班起降安全有直接影响。跑道必须保持平整、洁净，而跑道破损和入侵异物对起降航班的安全构成了严重威胁。跑道破损指由老化、外力等多种原因造成的跑道风化、开裂、破碎、石块脱落等问题。入侵异物指可能损伤航空器的某种外来的物质、碎屑或物体，如金属零件、防水塑料布、碎石块、报纸、瓶子、行李牌等。
为保障航班起降安全，对跑道道面状况应保持检测，及时发现道面破损和入侵异物问题。然而在大型机场实际运行中，难以频繁关闭跑道进行检查。而长时间不对跑道进行检查，增加了跑道入侵异物引发事故的风险。从保障飞行器安全运行的角度出发，大型机场需要自动化检测设备，保持对跑道道面状况的频繁检测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，首创一种使用结构光的固定式道面检测装置及方法，通过定向投射已知结构光辅助二维图像检测技术，对三维空间中的平面进行异常检测，判断待检测区域是否有入侵物和或者判断道面的平整度是否达到要求，对发现的异常状况进行报警。
本发明采用的技术方案如下：
一种使用结构光的固定式道面检测装置包括：
至少一组检测单元，用于对道面待检测区域进行静止式检测或者运动式检测，直到完成道面待检测区的全覆盖检测；其中所述检测单元包含一个安装在转台上的产生结构光图案的结构光产生器和一个安装在另一部转台上的相机，结构光产生器与相机全部安装在道面待测区域侧方；所述结构光图案为多条等间距平行直线图案或者多条相较于一点的直线图案，当结构光图案是多条相交于一点的直线图案时，安装时和使用时应使结构光图案的交点始终投射向地平线上无穷远处，使得结构光图案投射在道面的图案为平行线；检测单元中的结构光光源和相机在道面同侧安装时，两个设备与检测区域内任意一点连线的夹角应大于5度；当分别在道面两侧安装时，两个设备与检测区域内任意一点连线的夹角应小于170度。
在检测单元工作同时，控制处理单元，用于遥控结构光产生器、相机和转台进行工作；然后控制处理单元通过相机采集待测区域的图像，根据目标检测算法对道面待检测区域的图像进行处理，判断道面待检测区域是否有入侵物和或者判断道面的平整度是否达到要求，对发现的异常状况进行报警。
进一步的，所述检测单元对道面待检测区域进行静止式检测具体步骤包括：
步骤11：将相机转向道面待检测区域的一角；
步骤12：旋转结构光产生器，使得结构光图案投射到相机视野区域；
步骤13：将结构光产生器旋转角度为αL，旋转方向与结构光图案的中心线垂直，停止并保持该角度，相机拍摄一张照片，使得其中αL单位为弧度，为系统设定检测最小物体直径，RL为结构光产生器设定覆盖半径；重复本步骤，直到结构光图案完成对相机当前视野的全覆盖；
步骤14：按照“弓”字形轨迹移动相机视野将相机视野转向道面待检测区域中另一个相邻区域，完成对道面待检测区域的全覆盖检测；每次转动相机视野依次重复步骤12和13。
进一步的，所述检测单元对道面待检测区域进行运动式检测具体包括：
步骤111：将相机转向道面待检测区域的一角；
步骤112：旋转结构光产生器，让结构光图案投射到相机视野区域；
步骤113：将结构光产生器以角速度ωL保持匀速转动，或以角速度ωL保持匀速左右往返转动，旋转方向与结构光图案投射在道面图案的中心线垂直，使得结构光图案投射在道面待检测区域；同时，相机以固定帧率NFPS进行连续拍摄；其中，ωL单位为弧度/秒，NFPS单位为帧/秒，角速度和帧率的关系为持续本步骤，直到结构光图案完成对相机当前视野的全覆盖；
步骤114：按照“弓”字形轨迹移动相机视野将相机视野转向道面待检测区域中另一个相邻区域，完成对道面待检测区域的全覆盖检测；每次转动相机视野依次重复步骤112和113。
进一步的，所述控制处理单元遥控结构光产生器、相机和转台进行工作；然后控制处理单元通过相机采集待测区域的图像，根据目标检测算法对道面待检测区域的图像进行处理，判断道面待检测区域是否有入侵物和或者判断道面的平整度是否达到要求，对发现的异常状况进行报警具体包括：
步骤21：控制处理单元提取结构光图案投射像素坐标，具体做法是：将彩色图像转变成灰度图，并将强度值高于判定阈值T1的N1个像素的坐标收入集合阈值的设定取决于结构光图案的亮度设定，T1取值在结构光图案成像亮度最低强度值的50％到95％之间；
步骤22：检测直线，具体做法是：对集合C中的所有点使用Hough变换进行直线检测，得到N2条直线的极坐标参数表达其中r结构光图案成像后直线到原点的距离，θ为结构光图案成像后直线的旋转角度，N2为结构光图案投射入相机视野的直线数量；所述原点指的是图像坐标系原点；
步骤23：将结构光图案投射像素坐标划分成N2个直线子集，具体做法是：将集合C中属于第j(1≤j≤N2)条直线上的点(xi,yi),1≤i≤N1划分入子集Cj,1≤j≤N2，判定标准为|xicosθj+yisinθj-rj|<T2，其中T2为距离判定阈值，单位为像素，取值为3到20；共分成N2个子集第j个子集包含第j条直线上的全部的点；
步骤24：计算直线连续性，具体做法是：将每一个子集Cj中的点(xi,yi)按照序列值vji＝-xisinθj+yicosθj的大小排序，然后从头到尾依次计算排序中相邻两个点的序列值相差的绝对值|vj(i+1)-vji|，如果相邻两个点的序列值相差的绝对值大于连续性判定阈值T3，则道面平整度有问题或者道面上存在入侵物，发出报警，并提供将存在入侵物或者平整度有问题的道面区域坐标，其中T3取值为15到50；
步骤25：对所有拍摄的图像重复步骤21到步骤24，完成所有彩色图像中入侵物检测和判断道面的平整度是否达到要求，对发现的异常状况进行报警，并提供所有存在入侵物或者平整度有问题的道面区域坐标。
进一步的，所述结构光图案投射过程中，通过增加直线密度，使得结构光图案一次投影实现对整个相机视野区域的覆盖，具体是：当结构光图案是等间距平行线时，令结构光图案中相邻平行线投射角间距为αP，增加平行线密度，使αP≤αL；当结构光是多条相交于一点的直线图案时，令结构光投射在道面待测区域的平行线的相邻直线间距为DJ，增加平行线密度使其中αP单位为弧度，为系统设定检测最小物体直径。
一种使用结构光的固定式道面检测方法包括：
步骤1：至少一组检测单元对道面待检测区域进行静止式检测或者运动式检测，直到完成道面待检测区的全覆盖检测；其中所述检测单元包含一个安装在转台上的产生结构光图案的结构光产生器和一个安装在另一部转台上的相机，结构光产生器与相机全部安装在道面待测区域侧方；其中所述结构光图案为多条等间距平行直线图案或者多条相较于一点的直线图案，当结构光图案是多条相交于一点的直线图案时，安装时和使用时应使结构光图案的交点始终投射向地平线上无穷远处，使得结构光图案投射在道面的图案为平行线；检测单元中的结构光光源和相机在道面同侧安装时，两个设备与检测区域内任意一点连线的夹角应大于5度；当分别在道面两侧安装时，两个设备与检测区域内任意一点连线的夹角应小于170度。
步骤2：控制处理单元根据目标检测算法对道面待检测区域的图像进行处理，判断道面待检测区域是否有入侵物或者判断道面的平整度是否达到要求，对发现的异常状况进行报警。
进一步的，所述检测单元对道面待检测区域进行静止式检测具体步骤包括：
步骤11：将相机转向道面待检测区域的一角；
步骤12：旋转结构光产生器，使得结构光图案投射到相机视野区域；
步骤13：将结构光产生器旋转角度为αL，旋转方向与结构光图案的中心线垂直，停止并保持该角度，相机拍摄一张照片；其中αL单位为弧度，为系统设定检测最小物体直径，RL为结构光产生器设定覆盖半径；重复本步骤，直到结构光图案完成对相机当前视野的全覆盖；
步骤14：按照“弓”字形轨迹移动相机视野将相机视野转向道面待检测区域中另一个相邻区域，完成对道面待检测区域的全覆盖检测；每次转动相机视野依次重复步骤12和13。
进一步的，所述检测单元对道面待检测区域进行运动式检测具体包括：
步骤111：将相机转向道面待检测区域的一角；
步骤112：旋转结构光产生器，让结构光图案投射到相机视野区域；
步骤113：将结构光产生器以角速度ωL保持匀速转动，或以角速度ωL保持匀速左右往返转动，旋转方向与结构光图案投射在道面图案的中心线垂直，使得结构光图案投射在道面待检测区域；同时，相机以固定帧率NFPS进行连续拍摄；其中，ωL单位为弧度/秒，NFPS单位为帧/秒，角速度和帧率的关系为持续本步骤，直到结构光图案完成对相机当前视野的全覆盖；
步骤114：按照“弓”字形轨迹移动相机视野将相机视野转向道面待检测区域中另一个相邻区域，完成对道面待检测区域的全覆盖检测；每次转动相机视野依次重复步骤112和113。
进一步的，所述步骤2具体包括：
步骤21：控制处理单元提取结构光图案投射像素坐标，具体做法是：将彩色图像转变成灰度图，并将强度值高于判定阈值T1的N1个像素的坐标收入集合阈值的设定取决于结构光图案的亮度设定，T1取值在结构光图案成像亮度最低强度值的50％到95％之间；
步骤22：检测直线，具体做法是：对集合C中的所有点使用Hough变换进行直线检测，得到N2条直线的极坐标参数表达其中r结构光图案成像后直线到原点的距离，θ为结构光图案成像后直线的旋转角度，N2为结构光图案投射入相机视野的直线数量；所述原点指的是图像坐标系原点；
步骤23：将结构光图案投射像素坐标划分成N2个直线子集，具体做法是：将集合C中属于第j(1≤j≤N2)条直线上的点(xi,yi),1≤i≤N1划分入子集Cj,1≤j≤N2，判定标准为|xicosθj+yisinθj-rj|<T2，其中T2为距离判定阈值，单位为像素，取值为3到20；共分成N2个子集第j个子集包含第j条直线上的全部的点；
步骤24：计算直线连续性，具体做法是：将每一个子集Cj中的点(xi,yi)按照序列值vji＝-xisinθj+yicosθj的大小排序，然后从头到尾依次计算排序中相邻两个点的序列值相差的绝对值|vj(i+1)-vji|，如果相邻两个点的序列值相差的绝对值大于连续性判定阈值T3，则道面平整度有问题或者道面上存在入侵物，发出报警，并提供将存在入侵物或者平整度有问题的道面区域坐标，其中T3取值为15到50；
步骤25：对所有拍摄的图像重复步骤21到步骤24，完成所有彩色图像中入侵物检测和判断道面的平整度是否达到要求，对发现的异常状况进行报警，并提供所有存在入侵物或者平整度有问题的道面区域坐标。
进一步的，结构光图案投射过程中，通过增加直线密度，使得结构光图案一次投影实现对整个相机视野区域的覆盖，具体是：当结构光图案是等间距平行线时，令结构光图案中相邻平行线投射角间距为αP，增加平行线密度，使αP≤αL；当结构光是多条相交于一点的直线图案时，令结构光投射在道面待测区域的平行线的相邻直线间距为DJ，增加平行线密度使其中αP单位为弧度，为系统设定检测最小物体直径。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
现有道面检测技术大致可以分成雷达、激光、图像检测三类。本发明与激光检测的相似点在于均使用了激光设备，但差别是很明显的。激光检测中，激光作为测量手段，生成点云三维图像，从而进行检测。而本发明使用激光仅作为结构光的投射光源，所需的能量低、安全性好，且设备复杂度低、成本低。本发明与图像检测更为相似，均从相机拍摄的2D图像中进行检测。然而，普通的图像检测使用的光源仅为照明光源，无特殊结构图案，依靠道面上外观的变化进行判断；本发明使用的光源无需照亮整个被拍摄区域，而是在被拍摄区域上投影已知结构光，通过识别道面投影结构光的形变，计算道面平整度，判断是否存在入侵物，从而实现道面检测。横向比较道面检测技术，本发明提出的装置成本远低于雷达和激光，又解决了图像检测中光源需求和检测算法准确率等技术瓶颈的限制，大幅提高了检测能力与机场适用性。
在视频/图像检测的基础上使用结构光，解决了在低光照条件下无法检测到问题，简化了目标检测算法的复杂度，提高了对目标的检测能力，降低了误警率，大幅提升了视频/图像检测系统的性能。
相比雷达和激光等解决样问题的主动检测手段，设备成本低，易于安装调试。
附图说明
图1是多条等间距平行直线的结构光图案；
图2是多条相较于一点的结构光图案。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
工作原理：通过定向投射已知结构光辅助二维图像检测技术，对三维空间中的平面进行异常检测的装置和方法。应用于道面检测中，能够进行入侵异物、平整度和损坏检测。本发明装置由一组或多组检测单元检测和一个控制处理单元。每组检测单元包含一个安装在转台上的结构光光源和一个安装在另一部转台上的相机。在检测过程中，结构光产生器产生结构图案向道面上待检测区域投射已知的结构光图案；同时相机拍摄结构光图案覆盖的道面待检测区域。控制处理单元通过道路上待检测区域上透射的结构光投射图案的提取，计算图案的非线性与不连续性从而判定出道面是否存在平整度或入侵物问题。通过多次移动结构光和拍照区域，能够实现对待检测区域的完整覆盖。
实施方式：
一种使用结构光的固定式道面检测装置包括：
至少一组检测单元，用于对道面待检测区域进行静止式检测或者运动式检测，直到完成道面待检测区的全覆盖检测；其中所述检测单元包含一个安装在转台上的产生结构光图案的结构光产生器和一个安装在另一部转台上的相机，结构光产生器与相机全部安装在道面待测区域侧方；所述结构光图案为多条等间距平行直线图案或者多条相较于一点的直线图案，当结构光图案是多条相交于一点的直线图案时，安装时和使用时应使结构光图案的交点始终投射向地平线上无穷远处，使得结构光图案投射在道面的图案为平行线；
在检测单元工作同时，控制处理单元，用于遥控结构光产生器、相机和转台进行工作；然后控制处理单元通过相机采集待测区域的图像，根据目标检测算法对道面待检测区域的图像进行处理，判断道面待检测区域是否有入侵物和或者判断道面的平整度是否达到要求，对发现的异常状况进行报警。
进一步的，检测单元对道面待检测区域进行静止式检测具体步骤包括：
步骤11：将相机转向道面待检测区域的一角；
步骤12：旋转结构光产生器，使得结构光图案投射到相机视野区域；
步骤13：将结构光产生器旋转角度为αL，旋转方向与结构光图案的中心线垂直，停止并保持该角度，相机拍摄一张照片；为确保结构光图案检测无遗漏且易于观察，则αL的取值满足其中αL单位为弧度，为系统设定检测最小物体直径，RL为结构光产生器设定覆盖半径；重复本步骤，直到结构光图案完成对相机当前视野的全覆盖；
步骤14：按照“弓”字形轨迹移动相机视野将相机视野转向道面待检测区域中另一个相邻区域，完成对道面待检测区域的全覆盖检测；每次转动相机视野依次重复步骤12和13。
进一步的，检测单元对道面待检测区域进行运动式检测具体包括：
步骤111：将相机转向道面待检测区域的一角；
步骤112：旋转结构光产生器，让结构光图案投射到相机视野区域；
步骤113：将结构光产生器以角速度ωL保持匀速转动，或以角速度ωL保持匀速左右往返转动，旋转方向与结构光图案投射在道面图案的中心线垂直，转动时须保证结构光图案能投射在道面待检测区域；同时，相机以固定帧率NFPS进行连续拍摄；其中，ωL单位为弧度/秒，NFPS单位为帧/秒，角速度和帧率的关系为旋转方向与结构光图案的直线方向尽量垂直；持续本步骤，直到结构光图案完成对相机当前视野的全覆盖；
步骤114：按照“弓”字形轨迹移动相机视野将相机视野转向道面待检测区域中另一个相邻区域，完成对道面待检测区域的全覆盖检测；每次转动相机视野依次重复步骤112和113。
进一步的，控制处理单元遥控结构光产生器、相机和转台进行工作；然后控制处理单元通过相机采集待测区域的图像，根据目标检测算法对道面待检测区域的图像进行处理，判断道面待检测区域是否有入侵物和或者判断道面的平整度是否达到要求，对发现的异常状况进行报警具体包括：
步骤21：控制处理单元提取结构光图案投射像素坐标，具体做法是：将彩色图像转变成灰度图，并将强度值高于判定阈值T1的N1个像素的坐标收入集合阈值的设定取决于结构光图案的亮度设定，T1取值在结构光图案成像亮度最低强度值的50％到95％之间；
步骤22：检测直线，具体做法是：对集合C中的所有点使用Hough变换进行直线检测，得到N2条直线的极坐标参数表达其中r结构光图案成像后直线到原点的距离，θ为结构光图案成像后直线的旋转角度，N2为结构光图案投射入相机视野的直线数量；所述原点指的是图像坐标系原点；
步骤23：将结构光图案投射像素坐标划分成N2个直线子集，具体做法是：将集合C中属于第j(1≤j≤N2)条直线上的点(xi,yi),1≤i≤N1划分入子集Cj,1≤j≤N2，判定标准为|xicosθj+yisinθj-rj|<T2，其中T2为距离判定阈值，单位为像素，取值为3到20；共分成N2个子集第j个子集包含第j条直线上的全部的点；
步骤24：计算直线连续性，具体做法是：将每一个子集Cj中的点(xi,yi)按照序列值vji＝-xisinθj+yicosθj的大小排序，然后从头到尾依次计算排序中相邻两个点的序列值相差的绝对值|vj(i+1)-vji|，如果相邻两个点的序列值相差的绝对值大于连续性判定阈值T3，则道面平整度有问题或者道面上存在入侵物，发出报警，并提供将存在入侵物或者平整度有问题的道面区域坐标，其中T3取值为15到50；
步骤25：对所有拍摄的图像重复步骤21到步骤24，完成所有彩色图像中入侵物检测和判断道面的平整度是否达到要求，对发现的异常状况进行报警，并提供所有存在入侵物或者平整度有问题的道面区域坐标。
进一步的，结构光图案为多条等间距平行直线图案或者多条相较于一点的直线图案，当结构光图案是多条相交于一点的直线图案时，安装时和使用时应使结构光图案的交点始终投射向地平线上无穷远处，使得结构光图案投射在道面的图案为平行线；结构光图案使用的是激光器发射的结构光图案，能够定向投射出特定结构图案，发散度极小，投射距离长，光源频段可以是红外光和可见光。
其中通过增加直线密度，使得结构光图案投影实现对整个相机视野区域的覆盖，具体是：当结构光图案是等间距平行线时，令结构光图案中相邻平行线投射角间距为αP，增加平行线密度，使αP≤αL；当结构光是多条相交于一点的直线图案时，令结构光投射在道面待测区域的平行线的相邻直线间距为DJ，增加平行线密度使其中αP单位为弧度，为系统设定检测最小物体直径。
进一步的，检测单元中的结构光光源和相机在道面同侧安装时，两个设备与检测区域内任意一点连线的夹角应大于5度；当分别在道面两侧安装时，两个设备与检测区域内任意一点连线的夹角应小于170度。典型的安装位置为：(1)相机安装在塔架上，结构光光源安装在相邻塔架上；(2)相机安装在塔架上，结构光光源安装在跑道边灯上。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种使用结构光的固定式道面检测装置，其特征在于包括：
至少一组检测单元，用于对道面待检测区域进行静止式检测或者运动式检测，直到完成道面待检测区的全覆盖检测；其中所述检测单元包含一个安装在转台上的产生结构光图案的结构光产生器和一个安装在另一部转台上的相机，结构光产生器与相机全部安装在道面待测区域侧方；所述结构光图案为多条等间距平行直线图案或者多条相较于一点的直线图案，当结构光图案是多条相交于一点的直线图案时，安装时和使用时应使结构光图案的交点始终投射向地平线上无穷远处，使得结构光图案投射在道面的图案为平行线；检测单元中的结构光光源和相机在道面同侧安装时，两个设备与检测区域内任意一点连线的夹角应大于5度；当分别在道面两侧安装时，两个设备与检测区域内任意一点连线的夹角应小于170度；
在检测单元工作同时，控制处理单元用于遥控结构光产生器、相机和转台进行工作；然后控制处理单元通过相机采集待测区域的图像，根据目标检测算法对道面待检测区域的图像进行处理，判断道面待检测区域是否有入侵物和或者判断道面的平整度是否达到要求，对发现的异常状况进行报警。
2.根据权利要求1所述的一种使用结构光的固定式道面检测装置，其特征在于所述检测单元对道面待检测区域进行静止式检测具体步骤包括：
步骤11：将相机转向道面待检测区域的一角；
步骤12：旋转结构光产生器，使得结构光图案投射到相机视野区域；
步骤13：将结构光产生器旋转角度为αL，旋转方向与结构光图案的中心线垂直，停止并保持该角度，相机拍摄一张照片，使得其中αL单位为弧度，为系统设定检测最小物体直径，RL为结构光产生器设定覆盖半径；重复本步骤，直到结构光图案完成对相机当前视野的全覆盖；
步骤14：按照“弓”字形轨迹移动相机视野将相机视野转向道面待检测区域中另一个相邻区域，完成对道面待检测区域的全覆盖检测；每次转动相机视野依次重复步骤12和13。
3.根据权利要求1所述的一种使用结构光的固定式道面检测装置，其特征在于所述检测单元对道面待检测区域进行运动式检测具体包括：
步骤111：将相机转向道面待检测区域的一角；
步骤112：旋转结构光产生器，让结构光图案投射到相机视野区域；
步骤113：将结构光产生器以角速度ωL保持匀速转动，或以角速度ωL保持匀速左右往返转动，旋转方向与结构光图案投射在道面图案的中心线垂直，使得结构光图案投射在道面待检测区域；同时，相机以固定帧率NFPS进行连续拍摄；其中，ωL单位为弧度/秒，NFPS单位为帧/秒，角速度和帧率的关系为持续本步骤，直到结构光图案完成对相机当前视野的全覆盖；
步骤114：按照“弓”字形轨迹移动相机视野将相机视野转向道面待检测区域中另一个相邻区域，完成对道面待检测区域的全覆盖检测；每次转动相机视野依次重复步骤112和113。
4.根据权利要求1所述的一种使用结构光的固定式道面检测装置，其特征在于所述控制处理单元遥控结构光产生器、相机和转台进行工作；然后控制处理单元通过相机采集待测区域的图像，根据目标检测算法对道面待检测区域的图像进行处理，判断道面待检测区域是否有入侵物和或者判断道面的平整度是否达到要求，对发现的异常状况进行报警具体包括：
步骤21：控制处理单元提取结构光图案投射像素坐标，具体做法是：将彩色图像转变成灰度图，并将强度值高于判定阈值T1的N1个像素的坐标收入集合C＝{(x1,y1),(x2,y2),...,(xN1,yN1)}；阈值的设定取决于结构光图案的亮度设定，T1取值在结构光图案成像亮度最低强度值的50％到95％之间；
步骤22：检测直线，具体做法是：对集合C中的所有点使用Hough变换进行直线检测，得到N2条直线的极坐标参数表达其中r结构光图案成像后直线到原点的距离，θ为结构光图案成像后直线的旋转角度，N2为结构光图案投射入相机视野的直线数量；所述原点指的是图像坐标系原点；
步骤23：将结构光图案投射像素坐标划分成N2个直线子集，具体做法是：将集合C中属于第j(1≤j≤N2)条直线上的点(xi,yi),1≤i≤N1划分入子集Cj,1≤j≤N2，判定标准为|xicosθj+yisinθj-rj|<T2，其中T2为距离判定阈值，单位为像素，取值为3到20；共分成N2个子集第j个子集包含第j条直线上的全部的点；
步骤24：计算直线连续性，具体做法是：将每一个子集Cj中的点(xi,yi)按照序列值vji＝-xisinθj+yicosθj的大小排序，然后从头到尾依次计算排序中相邻两个点的序列值相差的绝对值|vj(i+1)-vji|，如果相邻两个点的序列值相差的绝对值大于连续性判定阈值T3，则道面平整度有问题或者道面上存在入侵物，发出报警，并提供将存在入侵物或者平整度有问题的道面区域坐标，其中T3取值为15到50；
步骤25：对所有拍摄的图像重复步骤21到步骤24，完成所有彩色图像中入侵物检测和判断道面的平整度是否达到要求，对发现的异常状况进行报警，并提供所有存在入侵物或者平整度有问题的道面区域坐标。
5.根据权利要求1至4之一所述的一种使用结构光的固定式道面检测装置，其特征在于结构光图案投射过程时，通过增加直线密度，使得结构光图案一次投影实现对整个相机视野区域的覆盖，具体是：当结构光图案是等间距平行线时，令结构光图案中相邻平行线投射角间距为αP，增加平行线密度，使αP≤αL；当结构光是多条相交于一点的直线图案时，令结构光投射在道面待测区域的平行线的相邻直线间距为DJ，增加平行线密度使其中αP单位为弧度，为系统设定检测最小物体直径。
6.根据权利要求1所述的一种使用结构光的固定式道面检测方法，其特征在于包括：
步骤1：至少一组检测单元对道面待检测区域进行静止式检测或者运动式检测，直到完成道面待检测区的全覆盖检测；其中所述检测单元包含一个安装在转台上的产生结构光图案的结构光产生器和一个安装在另一部转台上的相机，结构光产生器与相机全部安装在道面待测区域侧方；其中所述结构光图案为多条等间距平行直线图案或者多条相较于一点的直线图案，当结构光图案是多条相交于一点的直线图案时，安装时和使用时应使结构光图案的交点始终投射向地平线上无穷远处，使得结构光图案投射在道面的图案为平行线；检测单元中的结构光光源和相机在道面同侧安装时，两个设备与检测区域内任意一点连线的夹角应大于5度；当分别在道面两侧安装时，两个设备与检测区域内任意一点连线的夹角应小于170度；
步骤2：控制处理单元根据目标检测算法对道面待检测区域的图像进行处理，判断道面待检测区域是否有入侵物或者判断道面的平整度是否达到要求，对发现的异常状况进行报警。
7.根据权利要求6所述的一种使用结构光的固定式道面检测方法,其特征在于所述检测单元对道面待检测区域进行静止式检测具体步骤包括：
步骤11：将相机转向道面待检测区域的一角；
步骤12：旋转结构光产生器，使得结构光图案投射到相机视野区域；
步骤13：将结构光产生器旋转角度为αL，旋转方向与结构光图案的中心线垂直，停止并保持该角度，相机拍摄一张照片；其中αL单位为弧度，为系统设定检测最小物体直径，RL为结构光产生器设定覆盖半径；重复本步骤，直到结构光图案完成对相机当前视野的全覆盖；
步骤14：按照“弓”字形轨迹移动相机视野将相机视野转向道面待检测区域中另一个相邻区域，完成对道面待检测区域的全覆盖检测；每次转动相机视野依次重复步骤12和13。
8.根据权利要求6所述的一种使用结构光的固定式道面检测方法,其特征在于所述检测单元对道面待检测区域进行运动式检测具体包括：
步骤111：将相机转向道面待检测区域的一角；
步骤112：旋转结构光产生器，让结构光图案投射到相机视野区域；
步骤113：将结构光产生器以角速度ωL保持匀速转动，或以角速度ωL保持匀速左右往返转动，旋转方向与结构光图案投射在道面图案的中心线垂直，使得结构光图案投射在道面待检测区域；同时，相机以固定帧率NFPS进行连续拍摄；其中，ωL单位为弧度/秒，NFPS单位为帧/秒，角速度和帧率的关系为持续本步骤，直到结构光图案完成对相机当前视野的全覆盖；
步骤114：按照“弓”字形轨迹移动相机视野将相机视野转向道面待检测区域中另一个相邻区域，完成对道面待检测区域的全覆盖检测；每次转动相机视野依次重复步骤112和113。
9.根据权利要求6所述的一种使用结构光的固定式道面检测方法，其特征在于步骤2具体包括：
步骤21：控制处理单元提取结构光图案投射像素坐标，具体做法是：将彩色图像转变成灰度图，并将强度值高于判定阈值T1的N1个像素的坐标收入集合C＝{(x1,y1),(x2,y2),...,(xN1,yN1)}；阈值的设定取决于结构光图案的亮度设定，T1取值在结构光图案成像亮度最低强度值的50％到95％之间；
步骤22：检测直线，具体做法是：对集合C中的所有点使用Hough变换进行直线检测，得到N2条直线的极坐标参数表达其中r结构光图案成像后直线到原点的距离，θ为结构光图案成像后直线的旋转角度，N2为结构光图案投射入相机视野的直线数量；所述原点指的是图像坐标系原点；
步骤23：将结构光图案投射像素坐标划分成N2个直线子集，具体做法是：将集合C中属于第j(1≤j≤N2)条直线上的点(xi,yi),1≤i≤N1划分入子集Cj,1≤j≤N2，判定标准为|xicosθj+yisinθj-rj|<T2，其中T2为距离判定阈值，单位为像素，取值为3到20；共分成N2个子集C1,C2,...CN2，第j个子集包含第j条直线上的全部的点；
步骤24：计算直线连续性，具体做法是：将每一个子集Cj中的点(xi,yi)按照序列值vji＝-xisinθj+yicosθj的大小排序，然后从头到尾依次计算排序中相邻两个点的序列值相差的绝对值|vj(i+1)-vji|，如果相邻两个点的序列值相差的绝对值大于连续性判定阈值T3，则道面平整度有问题或者道面上存在入侵物，发出报警，并提供将存在入侵物或者平整度有问题的道面区域坐标，其中T3取值为15到50；
步骤25：对所有拍摄的图像重复步骤21到步骤24，完成所有彩色图像中入侵物检测和判断道面的平整度是否达到要求，对发现的异常状况进行报警，并提供所有存在入侵物或者平整度有问题的道面区域坐标。
10.根据权利要求6至9之一所述的一种使用结构光的固定式道面检测方法,其特征在于结构光图案投射过程时，通过增加直线密度，使得结构光图案一次投影实现对整个相机视野区域的覆盖，具体是：当结构光图案是等间距平行线时，令结构光图案中相邻平行线投射角间距为αP，增加平行线密度，使αP≤αL；当结构光是多条相交于一点的直线图案时，令结构光图案投射在道面待测区域的平行线的相邻直线间距为DJ，增加平行线密度使其中αP单位为弧度，为系统设定检测最小物体直径。
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