一種路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，包括支架，在支架上部設(shè)置有相互平行的導(dǎo)軌和絲桿，支架上方設(shè)置有固定架，固定架的下部活動式安裝在絲桿和導(dǎo)軌上；固定架中安裝有相互平行且正對地面的線形激光器和線陣相機，在線形激光器和線陣相機的前方分別安裝有發(fā)射透鏡和第一接收透鏡；固定架中還安裝有面陣相機，面陣相機前方設(shè)置有第二接收透鏡，發(fā)射透鏡和第二接收透鏡的法線相交，且交點落在地面上。本實用新型使用光源復(fù)用，線光源不但為面陣相機提供結(jié)構(gòu)光，而且為線陣相機提供照明光，提高了表面三維數(shù)據(jù)的采集的精度，同時又能得到路面二維圖像，且操作簡單靈活，計算方便。
【專利說明】一種路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于路面測量【技術(shù)領(lǐng)域】，是一種基于線光源的路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]交通事故與路面的抗滑性能有很大的關(guān)系，而路面抗滑性能直接受到路面紋理深度的影響。道路表面的凹凸程度可用表面三維數(shù)據(jù)來表示，可用于評定路面表面的宏觀粗糙度、排水性能及抗滑性。同時在采集三維數(shù)據(jù)的可得到路面二維圖像。隨著交通道路的增加，車輛的快速的增加，交通事故發(fā)生也在上升，影響交通事故的因素很多，路表面抗滑性能差是其中最主要的因素，如果改變路表面的抗滑性能，在很大程度上可見減少交通事故的多發(fā)性。傳統(tǒng)測量表面三維數(shù)據(jù)的方法有:鋪砂法、激光測距儀、數(shù)字圖像法。其中，鋪砂法由于受人為因素的影響，測試結(jié)果的誤差較大，鋪砂法效率低、獲取數(shù)據(jù)點難。激光測距儀采用的是點陣式激光光源，采集到的是不連續(xù)的點，容易造成一些點的缺失，不能真實再現(xiàn)路面紋理特性，影響測量精度。數(shù)字圖像法受外界環(huán)境光照的強度、照相角度等影響很大，有待進一步提高；當(dāng)前迫切需要提出一種測量精度高的裝置來解決傳統(tǒng)測量精度低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述現(xiàn)有兩種檢測法存在的缺陷或不足，本實用新型的目的在于，提供一種路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，提高數(shù)據(jù)采集精度和效率，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理過程提供良好的基礎(chǔ)。
[0004]為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，包括支架，在支架上部設(shè)置有相互平行的導(dǎo)軌和絲桿，支架上方設(shè)置有固定架，固定架的下部活動式安裝在絲桿和導(dǎo)軌上；固定架中安裝有相互平行且正對地面的線形激光器和線陣相機，在線形激光器和線陣相機的前方分別安裝有發(fā)射透鏡和第一接收透鏡；固定架中還安裝有面陣相機，面陣相機前方設(shè)置有第二接收透鏡，發(fā)射透鏡和第二接收透鏡的法線相交，且交點落在地面上。
[0006]進一步地，所述的發(fā)射透鏡與線形激光器的發(fā)射面之間的距離為發(fā)射透鏡的焦距，二者平行設(shè)置；所述的第一接收透鏡與線陣相機的靶面之間的距離為第一接收透鏡的焦距，二者平行設(shè)置；所述的第二接收透鏡與面陣相機的靶面之間的距離為第二接收透鏡的焦距，二者平行設(shè)置。
[0007]進一步地，所述的絲桿上安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器和用于驅(qū)動絲桿旋轉(zhuǎn)的電動機，旋轉(zhuǎn)編碼器與一個計算機連接，計算機還分別與線陣相機和面陣相機連接。
[0008]進一步地，所述的固定架的底部固結(jié)有與軌道配合的滑塊，和與絲桿配合的螺紋接頭。
[0009]進一步地，所述的支架底部安裝有滾輪。[0010]進一步地，所述的線形激光器的發(fā)射面距離地面的高度為40?50cm。
[0011]進一步地，所述的發(fā)射透鏡和第二接收透鏡的法線的夾角為35°?50°。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是激光三角測距的原理圖；
[0014]1-支架，2-旋轉(zhuǎn)編碼器，3-電動機，4-絲桿，5-導(dǎo)軌，6_滑塊，7_螺紋接頭，8_第二接收透鏡，9-面陣相機，10-固定架，11-發(fā)射透鏡，12-線形激光器，13-線陣相機，14-第一接收透鏡，15-滾輪；
【具體實施方式】
[0015]如圖1所示，本實用新型包括支架I，支架I上安裝有電動機3、旋轉(zhuǎn)編碼器2、導(dǎo)軌
5、絲桿4 ;在支架I的上方安裝有固定架10，將線陣相機13、線形激光器12、面陣相機9、發(fā)射透鏡11、第一接收透鏡14和第二接收透鏡8安裝在固定架10上，使線形激光器12的發(fā)射面正對地面(平行于地面)，且線陣相機13和線形激光器12平行設(shè)置。
[0016]發(fā)射透鏡11與線形激光器12的發(fā)射面之間的距離為發(fā)射透鏡11的焦距，二者平行設(shè)置；所述的第一接收透鏡14與線陣相機13的靶面之間的距離為第一接收透鏡14的焦距，二者平行設(shè)置；所述的第二接收透鏡8與面陣相機9的靶面之間的距離為第二接收透鏡8的焦距，二者平行設(shè)置。發(fā)射透鏡11和第二接收透鏡8的法線相交，且交點落在地面上。
[0017]為了實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的自動化，更加方便數(shù)據(jù)的采集和讀取，在本實用新型的絲桿4上安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器2和用于驅(qū)動絲桿4旋轉(zhuǎn)的電動機3，旋轉(zhuǎn)編碼器2與一個計算機連接，計算機還分別與線陣相機13和面陣相機9連接。
[0018]線形激光器12具有良好的光源特性，激光束發(fā)出的激光束是比較均勻，對紅外光線比較敏感，頻譜響應(yīng)在面陣面陣相機9和線陣相機13的感光區(qū)域內(nèi)，拍出來的圖片的效果比較好，適用于高精度的測量和測試。
[0019]制作時，將固定架10和面陣相機9、第一接收透鏡14、線形激光器12、發(fā)射透鏡
11、線陣相機13、第二接收透鏡8固定成一個整體。
[0020]旋轉(zhuǎn)編碼器2 —端和計算機連接，另一端并行連接在面陣相機9和線陣相機13上，旋轉(zhuǎn)編碼器2用于將固定架10的位移信號轉(zhuǎn)換成電信號傳輸給計算機，計算機將電信號以觸發(fā)的形式發(fā)送給面陣相機9和線陣相機13，以此控制面陣相機9和線陣相機13的拍攝頻率，即面陣相機9和線陣相機13以一定的間隔時間采集圖像，面陣相機9和線陣相機13將采集到的圖像分別傳送給計算機，最終得出路面的三維數(shù)據(jù)和二維數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)可恢復(fù)出路面的三維圖像和路面二維圖像。
[0021]調(diào)整電動機3和旋轉(zhuǎn)編碼器2，使絲桿4每旋轉(zhuǎn)I毫米，旋轉(zhuǎn)編碼器2發(fā)出m個脈沖；旋轉(zhuǎn)編碼器2實時向計算機發(fā)出脈沖信號，計算機采用閾值法，每接收到m個脈沖信號，即向面陣相機9發(fā)送一次觸發(fā)信號；每接收到η個脈沖，即向面陣相機9發(fā)送一次觸發(fā)信號。同時，在電動機3旋轉(zhuǎn)時，由于螺紋接頭7與絲桿4的配合，使絲桿4旋轉(zhuǎn)時，固定架10在絲桿4上移動；而固定架10底部的另一端支撐在滑塊6上，沿軌道向前運動。
[0022]線形激光器12發(fā)射激光光束，光束經(jīng)發(fā)射透鏡11到達被測路面后，由于漫反射，該光束的一部分通過第二接收透鏡8反射到面陣相機9的靶面上，一部分通過第一接收透鏡14反射到線陣相機13的靶面上。
[0023]面陣相機9實時接收計算機發(fā)送的觸發(fā)信號，每接收到一次觸發(fā)信號采集一幅圖像，并將采集到的圖像實時發(fā)送給計算機，共得到N副圖像；同時線陣相機13實時接收計算機發(fā)送的觸發(fā)信號，每接收到一次觸發(fā)信號采集一幅圖像，并將采集到的圖像實時發(fā)送給計算機，共得到M副圖像。
[0024]無論何種圖像，其成像規(guī)律是相同的:當(dāng)一束平行光線照射到光滑表面時，表面各點反射回來的還是一束平行光線，且光線強度是一致的。這束平行光線反射到感光膠片上時，膠片各點的感光度是一致的，因此人們觀察到圖像的各個亮點度或灰度是均勻一致的，并由此得出所拍攝物體表面很光滑的結(jié)論，反之，當(dāng)一束平行光線照射在粗糙的物體表面上時，反射回來的不再是一束平行的光線。此時，反射到感光膠片上各點光線的強度是不同的，因此人們觀察到的圖像各點亮度或灰度發(fā)生變化，表面凸起的部分亮，表面下凹的部分光線暗。根據(jù)圖像各點的明暗差異，可以分析區(qū)分出物體表面凹凸不平的程度。
[0025]計算機對從面陣相機9接收到的每副圖像依次進行圖像去噪，再對每副圖像通過閾值重心法逐列進行質(zhì)心提取，將每一列的質(zhì)心的坐標(biāo)值與該副圖像中其對應(yīng)的參考基準(zhǔn)面相應(yīng)列的高度坐標(biāo)值相減得到差值V，再通過公式I分別計算得到每副圖像每一列所代表的高度值X，共得到M*N個高度值X，其中，M為每副圖像在面陣相機9的靶面上所占的列數(shù)，a為第二接收透鏡8和發(fā)射透鏡11的法線的交點到第二接收透鏡8中心的距離，D為第二接收透鏡8和發(fā)射透鏡11的水平距離，b為第二接收透鏡8的焦距:
【權(quán)利要求】
1.一種路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，包括支架(I)，其特征在于，在支架(I)上部設(shè)置有相互平行的導(dǎo)軌(5)和絲桿(4)，支架(I)上方設(shè)置有固定架(10)，固定架(10)的下部活動式安裝在絲桿(4)和導(dǎo)軌(5)上；固定架(10)中安裝有相互平行且正對地面的線形激光器(12)和線陣相機(13)，在線形激光器(12)和線陣相機(13)的前方分別安裝有發(fā)射透鏡(11)和第一接收透鏡(14);固定架(10)中還安裝有面陣相機(9)，面陣相機(9)前方設(shè)置有第二接收透鏡(8)，發(fā)射透鏡(11)和第二接收透鏡(8)的法線相交，且交點落在地面上。
2.如權(quán)利要求1所述的路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，其特征在于，所述的發(fā)射透鏡(11)與線形激光器(12)的發(fā)射面之間的距離為發(fā)射透鏡(11)的焦距，二者平行設(shè)置；所述的第一接收透鏡(14)與線陣相機(13)的靶面之間的距離為第一接收透鏡(14)的焦距，二者平行設(shè)置；所述的第二接收透鏡(8)與面陣相機(9)的靶面之間的距離為第二接收透鏡(8)的焦距，二者平行設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1所述的路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，其特征在于，所述的絲桿(4)上安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器(2)和用于驅(qū)動絲桿(4)旋轉(zhuǎn)的電動機(3)，旋轉(zhuǎn)編碼器(2)與一個計算機連接，計算機還分別與線陣相機(13)和面陣相機(9)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，其特征在于，所述的固定架(10)的底部固結(jié)有與軌道配合的滑塊(6)，和與絲桿(4)配合的螺紋接頭(7)。
5.如權(quán)利要求1所述的路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，其特征在于，所述的支架(I)底部安裝有滾輪(15)。
6.如權(quán)利要求1所述的路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，其特征在于，所述的線形激光器(12)的發(fā)射面距離地面的高度為40?50cm。
7.如權(quán)利要求1所述的路面二維圖像和表面三維數(shù)據(jù)的復(fù)合采集裝置，其特征在于，所述的發(fā)射透鏡(11)和第二接收透鏡(8)的法線的夾角為35°?50°。
【文檔編號】E01C23/01GK203741686SQ201420084313
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】李偉, 孫朝云, 包靜, 劉祝, 蘇瑜, 侯云飛 申請人:長安大學(xué)