CN113420732B - 一种路面病害检测方法、装置和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种路面病害检测方法、装置和存储介质。该方法包括：通过至少三个车载激光器向路面发射激光，并通过与各所述车载激光器连接的车载相机采集路面图像；获取所述路面图像中各所述激光点对应的图像像素坐标；根据所述图像像素坐标获得所述车载相机的光心到各所述激光点的射线向量；基于射线求交，根据单位投射向量和所述射线向量获得所述路面上的所述激光点的像素坐标；根据所述像素坐标获得路面法线向量，并根据所述像素坐标和所述路面法线向量获得路面基准点。本发明的技术方案可以保证路面病害图像信息的准确性，使后期对路面的养护作业可以更顺利进行。
Description
技术领域
本发明涉及智能交通技术领域，具体而言，涉及一种路面病害检测方法、装置和存储介质。
背景技术
路面病害，例如裂缝、坑洼等，对道路设施和行车安全造成了潜在的威胁。通过道路检测以及时发现和处治路面病害，是维持路面服役性能、阻止其进一步退化的关键操作。针对道路路面病害检测，目前存在通过车载相机采集路面图像的方式来实现，可通过从中提取病害尺寸等信息，以为后续养护作业提供工程量参考。但对于例如长距离且存在崎岖的道路，配备有相机的车辆会经常发生颠簸，这将导致相机与路面的相对位置关系不断发生变化，进而影响从其拍摄的图像中所提取的路面病害信息的准确性，并影响后期对路面的养护作业。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种路面病害检测方法、装置和存储介质。
第一方面，本发明提供了一种路面病害检测方法，该方法包括：
通过至少三个车载激光器向路面发射激光，并通过与各所述车载激光器连接的车载相机采集路面图像，其中，所述路面图像包括各所述车载激光器投射至所述路面的激光点；
获取所述路面图像中各所述激光点对应的图像像素坐标；
根据所述图像像素坐标获得所述车载相机的光心到各所述激光点的射线向量；
基于射线求交，根据单位投射向量和所述射线向量获得所述路面上的所述激光点的像素坐标，其中，所述单位投射向量为所述车载激光器在所述车载相机的相机坐标系下的投射向量；
根据所述像素坐标获得路面法线向量，并根据所述像素坐标和所述路面法线向量获得路面基准点。
第二方面，本发明提供了一种路面病害检测装置，该装置包括：
获取模块，用于通过至少三个车载激光器向路面发射激光，并通过与各所述车载激光器连接的车载相机采集路面图像，其中，所述路面图像包括各所述车载激光器投射至所述路面的激光点；
第一处理模块，用于获取所述路面图像中各所述激光点对应的图像像素坐标；
第二处理模块，用于根据所述图像像素坐标获得所述车载相机的光心到各所述激光点的射线向量；
第三处理模块，用于基于射线求交，根据单位投射向量和所述射线向量获得所述路面上的所述激光点的像素坐标，其中，所述单位投射向量为所述车载激光器在所述车载相机的相机坐标系下的投射向量；
第四处理模块，用于根据所述像素坐标获得路面法线向量，并根据所述像素坐标和所述路面法线向量获得路面基准点。
第三方面，本发明提供了一种路面病害检测装置，该装置包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，当所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的路面病害检测方法。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上所述的路面病害检测方法。
本发明的路面病害检测方法、装置和存储介质的有益效果是，通过车载激光器与车载相机的配合，不仅可用于长距离的路面巡检，且对于存在使车辆发生颠簸的情况，通过定期或不定期的图像采集，可以实现路面法线向量和路面基准点的实时确定，进而可实现对相机-路面位姿的主动式标定和调整，通过实时标定相机位姿，适应行车颠簸过程的位姿动态变化，提升病害测量精度，保证路面病害图像信息的准确性，使后期对路面的养护作业可以更顺利进行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的路面病害检测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的路面病害检测装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例的一种路面病害检测方法，该方法包括如下步骤：
通过至少三个车载激光器向路面发射激光，并通过与各所述车载激光器连接的车载相机采集路面图像，其中，所述路面图像包括各所述车载激光器投射至所述路面的激光点。
具体地，车载激光器可采用可见光激光器，此时车载相机选择相应的可见光相机。车载激光器还可采用红外光激光器，相应地，此时车载相机选用红外相机。在采用移动车辆对路面进行巡检以获得路面病害信息时，可将刚性连接的激光器和相机共同设置于车辆上。以三个车载激光器为例，令相机坐标系下激光器发射点的坐标为C，投射向量为R，则三个车载激光器对应的坐标分别为C 1、C 2、C 3，投射向量分别为R 1、R 2、R 3。
获取所述路面图像中各所述激光点对应的图像像素坐标。
具体地，各车载激光器沿车辆行进方向投射的激光点只要不共线即可，通过相机便可采集包括三个激光点的路面图像，此时，采用主动式的激光标识，而不是设置在路面上的固定的被动式的标识，可以适用于各类路面的长距离巡检。然后可通过例如特征检测算法从路面图像中提取三个激光点分别对应的图像像素坐标，即I 1、I 2、I 3。
根据所述图像像素坐标获得所述车载相机的光心到各所述激光点的射线向量。
具体地，在获得激光点对应的图像像素坐标后，可进一步获得真实的激光点相对于相机光心的射线向量。
基于射线求交，根据单位投射向量和所述射线向量获得所述路面上的所述激光点的像素坐标，其中，所述单位投射向量为所述车载激光器在所述车载相机的相机坐标系下的投射向量。
具体地，单位投射向量即为上述投射向量R 1、R 2、R 3，单位投射向量和射线向量均相当于空间中的射线，因此，基于射线求交原理，可获得路面上的各激光点的像素坐标。
根据所述像素坐标获得路面法线向量，并根据所述像素坐标和所述路面法线向量获得路面基准点。
具体地，目前采用移动车辆对路面进行巡检时，当将相机安装于车辆上后，相机与车辆的相对位置关系便已固定，故通常采用发车前的相机-路面位姿为基准，在处理后续相机采集的路面病害图像时，该基准始终保持不变。但是，当车辆发生例如颠簸时，相机-路面位姿实际上发生了变化，此时若继续采用该固定的基准，则会影响从图像中提取的信息准确性，例如，计算得到的路面裂缝长度将变短或变长，为后续养护作业提供不准确的工程量参考，进而影响后期对路面的养护作业。
在本实施例中，通过车载激光器与车载相机的配合，不仅可用于长距离的路面巡检，且对于存在使车辆发生颠簸的情况，通过定期或不定期的图像采集，可以实现路面法线向量和路面基准点的实时确定，进而可实现对相机-路面位姿的主动式标定和调整，通过实时标定相机位姿，适应行车颠簸过程的位姿动态变化，提升病害测量精度，保证路面病害图像信息的准确性，使后期对路面的养护作业可以更顺利进行。
另外，由于先对相机位姿进行标定，再利用其调整获取路面病害图像信息的基准。其中，车载相机和车载激光器的使用相当于主动发射激光标记，故可将其中位姿标定方法称为主动式相机位姿标定方法。
可选地，所述根据所述图像像素坐标获得所述车载相机的光心到各所述激光点的射线向量包括：
根据第一公式确定所述射线向量，所述第一公式包括：
其中，D表示所述射线向量，K表示所述车载相机的内参矩阵，
，u、v表示所述激光点对应的所述图像像素坐标。
在本实施例中，内参矩阵为3×3矩阵。由于激光点对应的图像像素坐标为二维坐标u、v，故在进行计算时，在其后补1以形成I。三个激光器分别对应的射线向量为D 1、D 2、D 3。
可选地，所述基于射线求交，根据单位投射向量和所述射线向量获得所述路面上的所述激光点的像素坐标包括：
根据第二公式确定所述像素坐标，所述第二公式包括：
其中，O表示所述像素坐标，C表示所述车载激光器在所述车载相机的相机坐标系下的坐标，R表示所述单位投射向量。
在本实施例中，基于射线求交原理，可计算得到三个激光器分别对应的像素坐标O 1、O 2、O 3。
可选地，所述车载激光器的数量为三个且沿逆时针方向设置；所述根据所述像素坐标获得路面法线向量包括：
根据第三公式确定所述路面法线向量，所述第三公式包括：
其中，N表示所述路面法线向量，O 1、O 2、O 3分别表示三个所述车载激光器发射至所述路面上的所述激光点的所述像素坐标。
在本实施例中，三个激光点，或者说O 1、O 2、O 3可以确定一个平面，该平面可视为路面法线向量的基准面，或者说该平面可视为路面。在车辆发生颠簸时，其中至少一个点会发生变化，例如O 1发生变化，此时确定的路面将相较于之前发生倾斜，相应地，此时的路面法线向量也会发生变化。据此调整相机-路面位姿标定，可以保证从路面病害图像中所提取信息的准确性，进而使后期对路面的养护作业可以更顺利进行。
可选地，所述根据所述像素坐标和所述路面法线向量获得路面基准点包括：
根据第四公式确定所述路面基准点，所述第四公式包括：
其中，O 0表示所述路面基准点，
，
。
在本实施例中，路面基准点位于上述基准面上，故横、纵坐标均可取0，仅取竖坐标，也就是z0，z0可根据任意一个激光点，例如O 1，以及路面法线向量N计算得到。也就是基于1点和法线向量描述路面和相机位姿关系，并利用3点标定法快速求解位姿关系，实时性强。
另外，路面基准点也可以任选多个激光点O 1、O 2、O 3中的一点。
可选地，该方法还包括如下步骤：
当所述车载激光器的数量大于三个时，在获得各所述车载激光器对应的所述投射向量后，采用数值优化算法获取所述路面法线向量的基准面。
在本实施例中，例如有四个不共线的车载激光器，其中任意三个便可确定一个平面，此时可能会出现四个平面。采用数值优化算法，例如采用加权平均等方法从中确定一个，或者基于四个生成一个最优平面作为路面法线向量的基准面。从而使获取的路面法线向量和路面基准点更为精确，进一步保证路面病害图像信息的准确性。
如图2所示，本发明实施例的一种路面病害检测装置包括：
获取模块，用于通过至少三个车载激光器向路面发射激光，并通过与各所述车载激光器连接的车载相机采集路面图像，其中，所述路面图像包括各所述车载激光器投射至所述路面的激光点；
第一处理模块，用于获取所述路面图像中各所述激光点对应的图像像素坐标；
第二处理模块，用于根据所述图像像素坐标获得所述车载相机的光心到各所述激光点的射线向量；
第三处理模块，用于基于射线求交，根据单位投射向量和所述射线向量获得所述路面上的所述激光点的像素坐标，其中，所述单位投射向量为所述车载激光器在所述车载相机的相机坐标系下的投射向量；
第四处理模块，用于根据所述像素坐标获得路面法线向量，并根据所述像素坐标和所述路面法线向量获得路面基准点。
在本发明另一实施例中，一种路面病害检测装置包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，当所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的路面病害检测方法。
需要注意的是，该装置可以为车载服务器或远程服务器等计算机装置。
在本发明另一实施例中，一种计算机可读存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上所述的路面病害检测方法。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种路面病害检测方法，其特征在于，包括：
通过至少三个车载激光器向路面发射激光，并通过与各所述车载激光器连接的车载相机采集路面图像，其中，所述路面图像包括各所述车载激光器投射至所述路面的激光点；
获取所述路面图像中各所述激光点对应的图像像素坐标；
根据所述图像像素坐标获得所述车载相机的光心到各所述激光点的射线向量；
基于射线求交，根据单位投射向量和所述射线向量获得所述路面上的所述激光点的像素坐标，其中，所述单位投射向量为所述车载激光器在所述车载相机的相机坐标系下的投射向量；
根据所述像素坐标获得路面法线向量，并根据所述像素坐标和所述路面法线向量获得路面基准点；
所述根据所述图像像素坐标获得所述车载相机的光心到各所述激光点的射线向量包括：
根据第一公式确定所述射线向量，所述第一公式包括：
其中，D表示所述射线向量，K表示所述车载相机的内参矩阵，
，u、v表示所述激光点对应的所述图像像素坐标。
2.根据权利要求1所述的路面病害检测方法，其特征在于，所述基于射线求交，根据单位投射向量和所述射线向量获得所述路面上的所述激光点的像素坐标包括：
根据第二公式确定所述像素坐标，所述第二公式包括：
其中，O表示所述像素坐标，C表示所述车载激光器在所述车载相机的相机坐标系下的坐标，R表示所述单位投射向量。
3.根据权利要求2所述的路面病害检测方法，其特征在于，所述车载激光器的数量为三个且沿逆时针方向设置；所述根据所述像素坐标获得路面法线向量包括：
根据第三公式确定所述路面法线向量，所述第三公式包括：
其中，N表示所述路面法线向量，O 1、O 2、O 3分别表示三个所述车载激光器发射至所述路面上的所述激光点的所述像素坐标。
4.根据权利要求3所述的路面病害检测方法，其特征在于，所述根据所述像素坐标和所述路面法线向量获得路面基准点包括：
根据第四公式确定所述路面基准点，所述第四公式包括：
其中，O 0表示所述路面基准点， 
， 
。
5.根据权利要求2所述的路面病害检测方法，其特征在于，还包括：
当所述车载激光器的数量大于三个时，在获得各所述车载激光器对应的所述投射向量后，采用数值优化算法获取所述路面法线向量的基准面。
6.根据权利要求1至5任一项所述的路面病害检测方法，其特征在于，还包括：
根据所述路面法线向量和所述路面基准点调整相机-路面位姿标定。
7.一种路面病害检测装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于通过至少三个车载激光器向路面发射激光，并通过与各所述车载激光器连接的车载相机采集路面图像，其中，所述路面图像包括各所述车载激光器投射至所述路面的激光点；
第一处理模块，用于获取所述路面图像中各所述激光点对应的图像像素坐标；
第二处理模块，用于根据所述图像像素坐标获得所述车载相机的光心到各所述激光点的射线向量；
第三处理模块，用于基于射线求交，根据单位投射向量和所述射线向量获得所述路面上的所述激光点的像素坐标，其中，所述单位投射向量为所述车载激光器在所述车载相机的相机坐标系下的投射向量；
第四处理模块，用于根据所述像素坐标获得路面法线向量，并根据所述像素坐标和所述路面法线向量获得路面基准点；
所述第二处理模块具体用于：
根据第一公式确定所述射线向量，所述第一公式包括：
其中，D表示所述射线向量，K表示所述车载相机的内参矩阵， 
，u、v表示所述激光点对应的所述图像像素坐标。
8.一种路面病害检测装置，其特征在于，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，当所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如权利要求1至6任一项所述的路面病害检测方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如权利要求1至6任一项所述的路面病害检测方法。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Effective date of registration: 20211221 Address after: Room 1210, block C, building 1, Xinghe legend Garden Phase III, Longtang community, Minzhi street, Longhua District, Shenzhen City, Guangdong Province Applicant after: Shenzhen Urban Traffic Planning and Design Research Center Co.,Ltd. Applicant after: Shenzhen Traffic Science Research Institute Co., Ltd Address before: Room 1210, block C, building 1, Xinghe legend Garden Phase III, Longtang community, Minzhi street, Longhua District, Shenzhen City, Guangdong Province Applicant before: Shenzhen Urban Traffic Planning and Design Research Center Co.,Ltd. |
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