CN110208278A - 路面表观裂痕视觉测量系统 - Google Patents

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彭真明
龙鸿峰
贺晨
曹思颖
何艳敏
蒲恬
赵学功
杨春平
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Abstract

本发明涉及路面表观裂痕视觉测量系统，具有通过数据线与数据采集装置连接存储单元，存储单元的信号输出端与用于计算采集到的图像与实物尺寸之间比例关系的数据标定单元连接，数据标定单元将标定好的数据输出到用于对所述图像中路面裂痕进行标识的数据分析单元中，并且数据分析单元与所述的存储单元双向信号连接。本发明避免了传统人工检测时检测人员容易疲劳和受操作经验等主观因素影响较大的缺点，大幅度降低了操作人员的劳动强度，明显提高了操作的效率。并且相较于现有的车载路面裂痕测量系统本发明还能够适应更多的场景，同时便于现场架设，适应性得到了明显加强。

Description

路面表观裂痕视觉测量系统
技术领域
本发明涉及图像处理系统，具体讲是路面表观裂痕视觉测量系统。
背景技术
公路交通是交通运输体系中重要的组成部分，而路面本身容易受到各种损害，导致出现裂痕，所以路面裂痕是公路养护中十分重要的检测对象。但是由于中国公路里程十分庞大，完全由人工检测路面裂痕费时费力，而且在一些特殊情况下人工检测很不方便，例如：高速公路等。因此针对路面裂痕的自动检测系统显得十分重要。
目前的路面表观裂痕测量方式主要有3种，分别为基于视觉的测量系统、基于探地雷达的测量系统和基于激光的测量系统。由于基于视觉的探测系统相较于其他两种系统具有精度高、信噪比好等优势，国内外许多研究学者正积极地将其应用到路面裂痕测量之中。因此设计一套装置来完成路面表观裂痕的视觉测量任务，成为了近年来研究的热点。
目前市面上已有的路面裂痕测量装置大多是基于激光的测量系统，基于视觉的测量系统非常少见。而且基于激光的测量系统大多为车载平台，且体积庞大，不宜携带。当裂痕出现在路面边缘等特殊位置时，基于激光的测量系统不便于对其进行精确的测量。因此设计一套基于视觉的路面表观裂痕视觉测量装置，并且满足体积较小、轻便且易携带等特征变得十分重要。
发明内容
本发明提供了一种路面表观裂痕视觉测量系统，以解决现有的路面裂痕测量装置体积庞大、不易携带、且对特殊位置裂痕不易测量等问题。
本发明路面表观裂痕视觉测量系统，具有通过数据线与数据采集装置连接存储单元，存储单元的信号输出端与用于计算采集到的图像与实物尺寸之间比例关系的数据标定单元连接，数据标定单元将标定好的数据输出到用于对所述图像中路面裂痕进行标识的数据分析单元中，并且数据分析单元与所述的存储单元双向信号连接。
通过数据采集装置采集路面图像，将图像经存储单元传输到数据标定单元进行比例尺的标定，然后在数据分析单元中通过各向异性扩散滤波算法和Kuwaraha滤波，以及Jerman滤波增强算法等现有算法，计算出凸显中的路面裂痕位置并进行标记。
具体的，所述的数据采集装置包括与图像采集设备连接的延长杆，在延长杆上设有用于调节图像采集设备与地面距离和/或角度的支撑结构。图像采集设备上设有摄像头等摄像装置，对路面进行拍照/拍摄。通过支撑结构对图像采集设备进行支撑固定，同时也可以调节图像采集设备的离地高度和/或角度，以便能够更方便更清晰的对路面表观裂痕的图像进行采集。
优选的，图像采集设备通过可转向结构与延长杆连接，由此可以单独对图像采集设备进行角度的调节。
可选的一种结构为，所述的可转向结构为万向轴结构。这种结构简单，不易损坏，并且能够使图像采集设备360°转动。除此之外，也可以采用横向连接轴、球形台等转向结构。
进一步的，在延长杆的与图像采集设备的相对端设有配重结构，这样能够使图像采集时更加稳定，并且不需要人工即可稳固放置。
优选的，支撑结构上设有调节延长杆高低的伸缩结构，如螺纹伸缩结构等，以调节图像采集设备与路面之间的距离。
在此基础上，在所述的数据分析单元中设有：
图像预处理模块：用于对采集到的路面表观裂痕图像进行处理，包括了各向异性扩散滤波和Kuwaraha滤波。先通过各向异性扩散滤波对采集到的路面裂痕图像进行平滑处理，然后将得到的平滑结果再利用Kuwaraha滤波算法进行去噪，得到预处理图像。相关参考文献可以参看：[1]Perona P,Malik J.Scale-space and edge detection usinganisotropic diffusion[J].IEEE Transactions on pattern analysis and machineintelligence,1990,12(7):629-639；[2]Kuwahara M,Hachimura K,Eiho S,etal.Processing of RI-angiocardiographic images[M]Digital processing ofbiomedical images.Springer,Boston,MA,1976:187-202；
裂痕检测模块：用于从预处理后的路面表观裂痕图像中提取裂痕区域，获取裂痕图像；
裂痕测量模块，用于将裂痕图像中的像素信息转换成裂痕实际尺寸信息，其中比例尺信息接收数据标定单元的输出数据。
本发明路面表观裂痕视觉测量系统，避免了传统人工检测时检测人员容易疲劳和受操作经验等主观因素影响较大的缺点，大幅度降低了操作人员的劳动强度，明显提高了操作的效率。并且相较于现有的车载路面裂痕测量系统本发明还能够适应更多的场景，同时便于现场架设，适应性得到了明显加强。
以下结合实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。
附图说明
图1为本发明路面表观裂痕视觉测量系统的结构框图。
图2为图1中图像采集装置的结构示意图。
图3为实施例中采集的原始路面图像。
图4为通过本发明的系统处理后的路面表观图像。
具体实施方式
如图1所示本发明路面表观裂痕视觉测量系统，路面表观裂痕视觉测量系统，具有通过USB数据线与数据采集装置连接存储单元，存储单元中设有用于存储各类数据的硬盘。存储单元的信号输出端与用于计算采集到的图像与实物尺寸之间比例关系的数据标定单元连接。数据标定单元将标定好的数据输出到用于对所述图像中路面裂痕进行标识的数据分析单元中，并且数据分析单元与所述的存储单元双向信号连接。在所述的数据分析单元中设有：
图像预处理模块：用于对采集到的路面表观裂痕图像进行处理，包括了各向异性扩散滤波和Kuwaraha滤波。先通过各向异性扩散滤波对采集到的路面裂痕图像进行平滑处理，然后将得到的平滑结果再利用Kuwaraha滤波算法进行去噪，得到预处理图像。相关参考文献可以参看：[1]Perona P,Malik J.Scale-space and edge detection usinganisotropic diffusion[J].IEEE Transactions on pattern analysis and machineintelligence,1990,12(7):629-639；[2]Kuwahara M,Hachimura K,Eiho S,etal.Processing of RI-angiocardiographic images[M]Digital processing ofbiomedical images.Springer,Boston,MA,1976:187-202；
裂痕检测模块：用于从预处理后的路面表观裂痕图像中提取裂痕区域，获取裂痕图像；
裂痕测量模块，用于将裂痕图像中的像素信息转换成裂痕实际尺寸信息，其中比例尺信息接收数据标定单元的输出数据。
如图2所示，所述的数据采集装置包括通过万向轴形式的可转向结构2与图像采集设备1连接的延长杆3，使图像采集设备1能够360°转动。图像采集设备1采用200有效分辨率的CMOS摄像头，该摄像头由CMOS成像模块和5～50mm调焦镜头构成。在延长杆3的与图像采集设备1的相对端设有配重结构5。通过配重结构5能够使图像采集时更加稳定，并且不需要人工即可稳固放置。延长杆3上设有用于调节图像采集设备与地面距离和角度的支撑结构4，支撑结构4采用三脚架结构。支撑结构4的每个支脚通过螺纹连接的伸缩结构6分为上下两部分，用于调节延长杆3和图像采集设备1的高低。
如图3所示，通过数据采集装置中的图像采集设备1采集到图3所示的路面图像，路面图像为棋盘格图像f(x,y)。通过存储单元将该棋盘格图像f(x,y)的路面图像传输到数据标定单元中，数据标定单元对棋盘格图像f(x,y)应用角点检测算法，获取棋盘格图像f(x,y)中的棋盘角点，并统计相邻角点之间的欧式距离DR，此时得到的距离单位为像素；然后根据像素与实际尺寸比例尺换算公式计算出具体的比例尺p，具体如下式所示：
其中，p表示比例尺，DR表示相邻角点之间的像素距离，Dd表示棋盘格图像f(x,y)中正方形的边长。
再通过数据分析单元中的图像预处理模块对采集得到的路面图像进行预处理，应用各向异性扩散滤波算法和Kuwaraha滤波去除原始路面图像中的随机噪声干扰，得到预处理后的路面表观裂痕图像g(x,y)。
然后通过裂痕检测模块从路面表观裂痕图像g(x,y)中提取裂痕区域，应用Jerman滤波增强算法，再使用阈值进行分割得到裂痕图像V(x,y)，然后使用形态学属性配合固定阈值去除误检测区域，记录每一个裂痕区域的长宽信息RR(单位：像素)，如图4所示的标记区域表示的裂痕区域。
最后由裂痕测量模块将裂痕图像V(x,y)中的裂痕区域的实际长宽转换成裂痕实际尺寸信息Rd，如图4中与各裂痕区域对应的数字部分。其中比例尺信息来源于图像标定系统。

Claims (7)

1.路面表观裂痕视觉测量系统，其特征为：具有通过数据线与数据采集装置连接存储单元，存储单元的信号输出端与用于计算采集到的图像与实物尺寸之间比例关系的数据标定单元连接，数据标定单元将标定好的数据输出到用于对所述图像中路面裂痕进行标识的数据分析单元中，并且数据分析单元与所述的存储单元双向信号连接。
2.如权利要求1所述的路面表观裂痕视觉测量系统，其特征为：所述的数据采集装置包括与图像采集设备(1)连接的延长杆(3)，在延长杆(3)上设有用于调节图像采集设备与地面距离和/或角度的支撑结构(4)。
3.如权利要求2所述的路面表观裂痕视觉测量系统，其特征为：图像采集设备(1)通过可转向结构(2)与延长杆(3)连接。
4.如权利要求3所述的路面表观裂痕视觉测量系统，其特征为：所述的可转向结构(2)为万向轴结构。
5.如权利要求2所述的路面表观裂痕视觉测量系统，其特征为：在延长杆(3)的与图像采集设备(1)的相对端设有配重结构(5)。
6.如权利要求2所述的路面表观裂痕视觉测量系统，其特征为：支撑结构(4)上设有调节延长杆(3)高低的伸缩结构(6)。
7.如权利要求1至6之一所述的路面表观裂痕视觉测量系统，其特征为：在所述的数据分析单元中设有：
图像预处理模块：用于对采集到的路面表观裂痕图像进行处理；
裂痕检测模块：用于从预处理后的路面表观裂痕图像中提取裂痕区域，获取裂痕图像；
裂痕测量模块，用于将裂痕图像中的像素信息转换成裂痕实际尺寸信息，其中比例尺信息接收数据标定单元的输出数据。
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