CN105421201B - 路面图像采集装置和路面图像采集车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路面图像采集装置和路面图像采集车。该路面图像采集装置包括设备梁(1)、线阵相机(2)和线激光照明设备(3)，线阵相机(2)和线激光照明设备(3)均设置在设备梁(1)上，线激光照明设备(3)绕Y轴相对于竖直轴线向线阵相机(2)偏转角度A，线阵相机(2)的扫描线和线激光照明设备(3)的条形结构光在车道宽度内重合。根据本发明的路面图像采集装置，可以解决现有技术中在路面中间及纹理较小的区域易产生非常明显的光饱和与反光现象的问题。

Description

路面图像采集装置和路面图像采集车

技术领域

本发明涉及道路工程养护技术领域，具体而言，涉及一种路面图像采集装置和路面图像采集车。

背景技术

路面破损状况是公路管理部门评价路面使用性能并进行公路路面养护决策的主要依据之一。

以前路面破损状况的调查主要依靠人工进行调查，通过目测确定路面病害类型，利用直尺进行路面病害长度或面积的丈量。人工路面破损调查方法不仅效率低、精度差、危险性高，而且对交通尤其是高速公路有非常不利的影响。

随着机器视觉技术的出现及普及应用，利用车载的高分辨率数字相机进行路面图像采集并对图像进行自动处理和病害识别的路面破损的自动检测方法得到了较为广泛的应用。由于采集路面图像的相机需要在快速移动(最高速度达到100km/h)的情况下进行数据采集，自然照明无法满足自动识别所需要的高清晰图像采集的要求，因此一般需要增加主动照明装置，为相机提供额外的照明。目前主动照明装置大都采用普通白光源，如卤素灯、LED灯等。普通白光源的主要缺陷在于：1)功率消耗大，使用成本高。为提供宽度为3m左右的高强度带状光源，功率消耗达到3000W以上。2)需要车载大功率发电机提供电源，增加整车设备的改装难度，无法实现检测车的轻型化，不利于山区窄路的检测。3)白光光源与阳光色谱范围相同，图像采集时无法有效消除阳光投射路边物体(如树木、建筑物、移动的车体)在地面形成的阴影。

为克服上述常规照明***存在的缺陷，有研究提出了基于激光照明的线扫相机图像采集技术。申请公布号为CN 103485266A，发明名称为“一种高清晰路面图像采集方法及装置”的中国发明专利申请提出了一种采用两个线阵相机和两个激光照明装置的路面图像采集方法，为了增加图像的对比度，在裂缝区域形成阴影，采用左激光器为右相机照明，右激光器为左相机照明，成对角的方式分别对左半幅路面和右半幅路面进行图像采集，再通过后处理的方式对两个半幅路面进行拼接形成全幅路面图像。该方法采用两个线阵相机及相机和激光相机共面安装的方法，1)增加了整体设备成本；2)需要进行图像拼接，易形成左右图像的错位；3)需要分别进行两侧的相机扫描线和激光光源的对准，校准难度大，不易维护；4)在路面中间及纹理较小的区域易产生非常明显的光饱和与反光现象,大幅降低了对路面病害的识别率。

发明内容

本发明的目的是提出一种路面图像采集装置和路面图像采集车，以解决现有技术中在路面中间及纹理较小的区域易产生非常明显的光饱和与反光现象的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种路面图像采集装置，包括设备梁、线阵相机和线激光照明设备，线阵相机和线激光照明设备均设置在设备梁上，线激光照明设备绕Y轴相对于竖直轴线向线阵相机偏转角度A，线阵相机的扫描线和线激光照明设备的条形结构光在车道宽度内重合。

优选地，线阵相机设置在设备梁的第一端端部，线激光照明设备设置在设备梁的第二端，线阵相机绕Y轴相对于竖直轴线向线激光照明设备偏转角度B。

优选地，线阵相机设置在设备梁的中部，线激光照明设备为两个，两个线激光照明设备分别设置在设备梁的两端，且两个线激光照明设备的条形结构光在车道宽度内重合。

优选地，线阵相机的扫描线和线激光照明设备的条形结构光相对于X轴成F度夹角。

优选地，线阵相机绕X轴相对于竖直轴线偏转角度C，线激光照明设备绕X轴相对于竖直轴线偏转角度D，线阵相机和线激光照明设备绕X轴同向偏转，线阵相机和线激光照明设备绕X轴形成夹角E，其中角度D大于角度C。

优选地，角度A为9度。

优选地，线激光照明设备为红色激光光源。

优选地，线阵相机的镜头上设置有滤光片。

优选地，路面图像采集装置还包括测速器和控制器，测速器测量路面图像采集装置的行进速度，控制器在行进速度超出安全速度时控制线激光照明设备关闭；或路面图像采集装置还包括测速器、控制器和遮光装置，测速器测量路面图像采集装置的行进速度，控制器在行进速度超出安全速度时控制遮光装置遮挡线激光照明设备发射的条形结构光。

根据本发明的另一方面，提供了一种路面图像采集车，包括车体和路面图像采集装置，该路面图像采集装置为上述的路面图像采集装置，路面图像采集装置的设备梁绕X轴可转动地设置在车体上。

本发明的路面图像采集装置，包括设备梁、线阵相机和线激光照明设备，线阵相机和线激光照明设备均设置在设备梁上，线激光照明设备绕Z轴相对于竖直轴线向线阵相机偏转角度A，线阵相机的扫描线和线激光照明设备的条形结构光在车道宽度内重合。线阵相机的扫描线和所述线激光照明设备的条形结构光在车道宽度内重合，因此可以使线阵相机获取足够的照明，能够保证路面的成像质量，同时由于线激光照明设备朝线阵相机偏转一定角度，使得线阵相机的扫描线上的每一点都有斜射的光源，从而有助于对裂缝形成阴影，形成对比度明显的裂缝图像，有利于裂缝的识别，同时可以使得路面中间及纹理较小的区域具有较好成像效果，减少光饱和与反光现象的产生。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明第一实施例的路面图像采集装置的结构原理图；

图2是本发明第一实施例的路面图像采集装置的侧视图；

图3是本发明第一实施例的路面图像采集装置的俯视图；

图4是本发明第二实施例的路面图像采集装置的结构原理图；

图5是本发明第二实施例的路面图像采集装置的俯视图；

图6是本发明实施例的路面图像采集装置的路面照射示意图。

附图标记说明：1、设备梁；2、线阵相机；3、线激光照明设备。

具体实施方式

在以下详细描述中，提出大量特定细节，以便于提供对本发明的透彻理解。但是，本领域的技术人员会理解，即使没有这些特定细节也可实施本发明。在其它情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程、组件和电路，以免影响对本发明的理解。

在本发明的各实施例中，以图1中设备梁基面中间位置点为原点，平行于设备梁基面的方向为X轴，垂直于设备梁基面向下的方向是Z轴，垂直于设备梁基面向外的方向是Y轴。

结合参见图1至图6所示，根据本发明的实施例，路面图像采集装置包括设备梁1、线阵相机2和线激光照明设备3，线阵相机2和线激光照明设备3均设置在设备梁1上，线激光照明设备3绕Y轴相对于竖直轴线向线阵相机2偏转角度A，线阵相机2的扫描线和线激光照明设备3的条形结构光在车道宽度内重合。线激光照明设备3例如为激光器。

线阵相机2的扫描线和线激光照明设备3的条形结构光在车道宽度内重合，因此可以使线阵相机2获取足够的照明，能够保证路面的成像质量，同时由于线激光照明设备3朝线阵相机2偏转一定角度，使得线阵相机2的扫描线上的每一点都有斜射的光源，从而有助于对裂缝形成阴影，形成对比度明显的裂缝图像，有利于裂缝的识别，同时可以使得路面中间及纹理较小的区域具有较好成像效果，减少光饱和与反光现象的产生。

线激光照明设备3的偏转角度可以在8度至10度之间，具体应该以实际线激光照明设备3的安装高度来定，需要保证线激光照明设备3在设定的偏转角度下，能够覆盖整个路面宽度。

优选地，在本实施例中，线激光照明设备3绕Y轴相对于竖直轴线向线阵相机2偏转角度A为9度。由于激光的单色及线性偏振的特性，极易与环境光中的某些频谱段的光波发生耦合谐振，因此容易在特定的表面形成镜面反射，尤其是在采集的路面图像修补、泛油及其它光滑的区域易形成白色高亮区域。为避免线激光的偏振现象造成拍摄的路面图像中心区域产生耀斑，影响图像采集的质量，根据光的入射与反射原理，使线激光照明设备3镜头发射的出射光轴线与法线绕Y轴成9°的安装形式，可以有效改善图像中间部分亮度呈现过饱和的状态。

通过使线激光照明设备3朝线阵相机2偏转一定角度的方式，可以消除采集图像中间区域过亮、图像微观细节缺失等情况，使在任何情况下采集的路面图像没有明显的明暗差异不会出现阴影，有效地提高了采集的路面图像对比度。

在本实施例中，线激光照明设备3的安装高度为200cm以上时，照射宽度为大于360cm，此处的安装高度为激光镜头前端面距离地面的高度。对于线阵相机2而言，安装高度为相机镜头前端面距离地面的高度。在大于360cm照射宽度范围内，激光照射强度均匀，有效的图像范围内中间与两端的灰度值均匀性误差不大于5％，而且根据不同路面的反射系数，线激光照明设备3的输出功率连续可调，可以满足图像的清晰度、对比度、锐度等需求。

结合参见图1至图3所示，为本发明的第一实施例，在本实施例中，设备梁上设置了一个线阵相机2和一个线激光照明设备3，其中线阵相机2设置在设备梁1的第一端端部，线激光照明设备3设置在设备梁1的第二端，线阵相机2绕Y轴相对于竖直轴线向线激光照明设备3偏转角度B，并最终在路面上形成如图6所示的线阵相机2的扫描线M和线激光照明设备3的条形结构光N重合的照射带。线阵相机2绕Y轴相对于竖直轴线向线激光照明设备3偏转，可以避免线阵相机2垂直采集路面图像造成拍摄的路面图像中心区域产生反光或光饱和问题，提高图像采集的质量。偏转角度B例如在8度至10度之间，优选地，偏转角度B为9度。

采用单相机和单线激光照明设备3的组合，不仅节约了设备生产成本，而且功耗小、结构简单，同时通过相机和线激光照明设备3安装角度的设置消除了采集图像中间区域过亮、图像微观细节缺失等现象。

优选地，线阵相机2的扫描线和线激光照明设备3的条形结构光整体相对于X轴成F度夹角，可以改善因线激光照明设备3投光方向造成横向裂缝明暗反差不明显的问题，有效提高图像的对比度。此处的F度夹角例如为6度夹角。

优选地，线阵相机2绕X轴相对于竖直轴线偏转角度C，线激光照明设备3绕X轴相对于竖直轴线偏转角度D，线阵相机2和线激光照明设备3绕X轴同向偏转，线阵相机2和线激光照明设备3绕X轴形成夹角E，其中角度D大于角度C。通过使线激光照明设备3和线阵相机2之间绕X轴形成一定角度的偏转，并可以进一步抑制耀斑的影响及改善图像的对比度，避免了因出射角光幕与入射角采光视场在空间平行并重合距离过长而造成线阵相机前场过亮，进而影响图像微观细节的清晰度和对比度，并且也使得耀斑区域偏离了镜头中心的成像范围。在本实施例中，线阵相机2的镜头的入射光轴与线激光照明设备3的镜头的出射光轴绕X轴形成约1.5°的夹角。

由于线阵相机2和线激光照明设备3的出射光轴绕X轴形成约1.5°的夹角，因此使得线阵相机2和线激光照明设备3形成非共面安装，此处的非共面安装是指，线阵相机2的出射光轴与扫描线所形成的面和线激光照明设备3的出射光轴与条形结构带所形成的面不共面，此种结构可以使线激光照明设备3的照射角度和线阵相机2的拍摄角度形成错位，从而避免了线阵相机2和线激光照明设备3共面设置造成的图像对比度下降等问题。

线激光照明设备3为红色激光光源或绿色激光光源，在本实施例中，线激光照明设备3为红色激光光源。红色激光光源的波长可以使线阵相机2获得最大的光照强度，能够有效提高线阵相机2的成像质量。

在线阵相机2的镜头上还可以设置滤光片。由于激光有很好的单色性，在线阵相机的镜头上加一滤光片，仅允许与红色激光光源波长相近的自然光通过，有效地消除了强阳光***影的影响。而且，加滤光片后，路面图像中由于树枝造成的阴影可以基本消除，方便了后期的图像处理，降低了误识别的概率。

此外，线激光照明设备3最大功率约为15W，安全防护等级属于3B级别，人眼直视的情况下会造成对眼睛不可逆转的伤害。为防止车辆在静止或慢速行驶的情况下，人眼直视激光造成意外，本发明设计了根据行驶速度控制激光开关的激光安全防护控制***，该激光安全防护控制***包括测速器和控制器，测速器通过提取编码器信号，计算车辆的行驶速度，并将行驶速度输送给控制器，若控制器判断行驶速度低于最小安全速度，则关闭所有线激光照明设备3，以此控制线激光照明设备3的开关，避免在慢速或静止情况下，对人眼的直射。

在另外一个实施方式中，激光安全防护控制***包括测速器、控制器和遮光装置，测速器测量路面图像采集装置的行进速度，控制器在行进速度超出安全速度时控制遮光装置遮挡线激光照明设备3发射的条形结构光。当控制器判断行驶速度低于最小安全速度时，就对遮光装置进行性控制，使遮光装置遮挡线激光照明设备3发射的条形结构光，从而避免对人眼直射而造成意外。

结合参见图4和图5所示，为本发明的第二实施例，在本实施例中，线阵相机2为一个，线激光照明设备3为两个线阵相机2设置在设备梁1的中部，两个线激光照明设备3分别设置在设备梁1的两端，且两个线激光照明设备3的条形结构光在车道宽度内重合。

通过设置两个线激光照明设备3，并使两个线激光照明设备3的条形结构光在车道宽度内重合的方式，可以增强路面照射强度，提高线阵相机2的成像质量。

本实施例中的线阵相机2的安装角度并不发生偏转，而是沿Z轴方向向下照射并采集图像，两个线激光照明设备3均偏转一定角度，并使形成的条形结构光重合，并与线阵相机2的扫描线重合，从而保证能够对线阵相机2的扫描目标充分照明。

在本实施例中，两个线激光照明设备3在设备梁1上的设置位置相对于线阵相机2的中心对称，从而保证两个线激光照明设备3能以相同的照射角度在路面形成条形结构光，且能够具有较好的重合质量，有效提高对路面的照射强度。

根据本发明的实施例，路面图像采集车包括车体和路面图像采集装置，该路面图像采集装置为上述的路面图像采集装置，路面图像采集装置的设备梁1绕X轴可转动地设置在车体上。车辆在使用过程中设备梁悬架***因疲劳衰减会造成一定程度的永久性沉降，影响本发明***的静态相关的综合参数。因此，将设备梁1绕X轴可转动地设置在车体上，根据设备梁的沉降距离进行相应调整，保证线阵相机2的扫描线始终和线激光照明设备3的条形结构带始终保持较好的配合，从而避免产生此类偏差。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种路面图像采集装置，其特征在于，包括设备梁(1)、线阵相机(2)和线激光照明设备(3)，所述线阵相机(2)和所述线激光照明设备(3)均设置在所述设备梁(1)上，所述线激光照明设备(3)绕Y轴相对于竖直轴线向所述线阵相机(2)偏转角度A，所述线阵相机(2)的扫描线和所述线激光照明设备(3)的条形结构光在车道宽度内重合；所述角度A为9度；所述线阵相机(2)设置在所述设备梁(1)的第一端端部，所述线激光照明设备(3)设置在所述设备梁(1)的第二端，所述线阵相机(2)绕Y轴相对于竖直轴线向所述线激光照明设备(3)偏转角度B；所述线阵相机(2)绕X轴相对于竖直轴线偏转角度C，所述线激光照明设备(3)绕X轴相对于竖直轴线偏转角度D，所述线阵相机(2)和所述线激光照明设备(3)绕X轴同向偏转，所述线阵相机(2)和所述线激光照明设备(3)绕X轴形成夹角E，其中角度D大于角度C；所述线阵相机(2)的镜头的入射光轴与所述线激光照明设备(3)的镜头的出射光轴绕X轴形成约1.5°的夹角。

2.根据权利要求1所述的路面图像采集装置，其特征在于，所述线阵相机(2)设置在所述设备梁(1)的中部，所述线激光照明设备(3)为两个，两个所述线激光照明设备(3)分别设置在所述设备梁(1)的两端，且两个所述线激光照明设备(3)的条形结构光在车道宽度内重合。

3.根据权利要求1或2所述的路面图像采集装置，其特征在于，所述线阵相机(2)的扫描线和所述线激光照明设备(3)的条形结构光相对于X轴成F度夹角。

4.根据权利要求1或2所述的路面图像采集装置，其特征在于，所述角度A为9度。

5.根据权利要求1或2所述的路面图像采集装置，其特征在于，所述线激光照明设备(3)为红色激光光源。

6.根据权利要求1或2所述的路面图像采集装置，其特征在于，所述线阵相机(2)的镜头上设置有滤光片。

7.根据权利要求1或2所述的路面图像采集装置，其特征在于，所述路面图像采集装置还包括测速器和控制器，所述测速器测量所述路面图像采集装置的行进速度，所述控制器在所述行进速度超出安全速度时控制所述线激光照明设备(3)关闭；

或

所述路面图像采集装置还包括测速器、控制器和遮光装置，所述测速器测量所述路面图像采集装置的行进速度，所述控制器在所述行进速度超出安全速度时控制所述遮光装置遮挡所述线激光照明设备(3)发射的条形结构光。

8.一种路面图像采集车，包括车体和路面图像采集装置，其特征在于，所述路面图像采集装置为权利要求1至7中任一项所述的路面图像采集装置，所述路面图像采集装置的设备梁(1)绕X轴可转动地设置在所述车体上。