[发明专利]一种基于线结构光的路面裂缝检测系统及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测系统和方法，特别是涉及一种基于线结构光的路面裂缝检测系统及其检测方法，属于基于计算机视觉的路面检测技术领域。

背景技术

目前，在道路裂缝检测领域，主流的还是采用基于裂缝二维图像的裂缝识别方法，其分析的依据是裂缝在一定光照条件下的光照特性与路面本身存在的差异，但这并不是裂缝的本质特征；由于无法彻底克服二维图像传感原理决定的，其在采集过程中的光照条件、阴影、路面油污和干湿色差等干扰因素，仅通过裂缝二维图像获得的信息无法提取到完整的裂缝，且无法反映裂缝的深度特征。

裂缝最基本特征是由其三维形貌结构体现的；将裂缝的基本特征作为分析对象进行检测能够更准确地识别裂缝，而且能完全避开照明条件、阴影、油污和干湿条件带来的影响。

由于线结构光三维检测技术具有检测精度高速度快的特点，而且线结构光三维检测技术采用的扫描模式也很适合采用车载方式扫描长距离的公路路面，基于结构光的三维检测技术已成为当前裂缝检测的研究热点。

当前，比较新的路面裂缝三维检测方法有2013年德克萨斯州立大学奥斯汀分校交通研究中心的W Ouyang和B Xu在文献《Pavement cracking measurements using 3D laser-scan images》中提出的一种通过对路表整体进行完全的三维重构的方式提取裂缝的方法。他们利用一个定制的三维激光扫描系统采集高精度的路面三维轮廓数据，并通过三维重构将路面的三维信息全部恢复成路面的三维轮廓，然后通过NURBS曲面进行曲面拟合去除路面的大型轮廓变化和起伏影响，转化为裂缝信息较为显著的深度图，然后通过Haar小波提取两级高频子图中系数较大区域，作为裂缝可能出现的区域，再具体分析该区域的深度及其变化来确定裂缝。

虽然，上述这种方法实现了真正意义上立足于全局和裂缝的根本特征，综合了裂缝整体的特征做检测，对实现真正意义上的基于裂缝的三维特征提取有着极其重要的意义，代表了裂缝检测的最新的研究方向。上述方法基本思路毫无疑问是正确的，但是在实际研究过程中，也发现了该方法的一些不足之处：上述方法利用的NURBS曲面在拟合路面基本轮廓和起伏影响时候在不同的路况下效果不一，难以做到完美地将路面基本轮廓和起伏与路面细节轮廓信息分离，而且通过裂缝的高频特性提取裂缝碎片会出现较多窄裂缝和浅裂缝的漏检问题。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种基于线结构光的路面裂缝检测系统及其检测方法，特别适用于起伏路面的裂缝检测。

本发明所要解决的技术问题是提供结构紧凑、拆装方便、制作容易、安全可靠、实用性强的基于线结构光的路面裂缝检测系统，不仅可避免因路面颠簸起伏导致的光条纹沿扫描方向上下漂移问题，而且采集精度高、检测处理速度快，具有产业上的利用价值。

本发明所要解决的另一技术问题是提供响应快速、处理高效、结果可靠的基于线结构光的路面裂缝检测方法，消除现有技术从结构光深度图像中提取裂缝主要依据图像中裂缝的频率特性、而出现较多误检漏检等问题，以及有效地实时去除路面起伏或车辆振动引起的误差，实现从裂缝在深度图像中的三维轮廓形状特征角度考虑，从而提供一种按图像中信息的不同形状特征进行区分的裂缝提取方法，相比于现有技术以路面光照特性为依据的主流的裂缝检测方法具有更佳的检测效果。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于线结构光的路面裂缝检测系统，包括移动平台，均安装于移动平台上的线结构光传感模块、计算机和系统支架；所述线结构光传感模块包括近红外线激光器、摄像机和窄带滤光片，所述近红外线激光器和摄像机均通过系统支架安装于移动平台。

其中，所述近红外线激光器垂直照射向待测路面，所述摄像机朝向近红外线激光器垂直照射于待测路面的光线进行拍摄，所述窄带滤光片设置于摄像机的拍摄镜头正后方；所述摄像机与计算机相连，将拍摄采集到的包含待测路面三维信息的光条图像传输至计算机；所述计算机通过调用图像传输存储处理模块进行存储，以及基于直线拟合和裂缝曲线形状特征进行路面裂缝检测。

本发明还提供一种基于线结构光的路面裂缝检测方法，采用前述的检测系统对待测路面进行路面裂缝检测，包括以下步骤：

步骤1、通过线结构光传感模块采集包含待测路面三维信息的光条图像，并传输至计算机形成光条图像序列；

步骤2、从光条图像序列中提取出路面横向轮廓线，再采用直线拟合以及做差计算拼接生成路面深度图像；

步骤3、根据裂缝曲线形状特征，从路面深度图像中提取出路面裂缝。