一種基于圖像處理的公路路面分析系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于圖像處理的公路路面分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括攝像頭和圖像采集卡，GPS模塊通過有線或無線方式與計算機進行通訊，圖像處理模塊置于計算機中，對采集到的圖像進行處理和分析；所述攝像頭為平行布置的兩個，兩個固定支架分別固定于裝載車的車頂前部，固定支架底端為旋轉(zhuǎn)支座，旋轉(zhuǎn)支座的底部具有真空負壓圓弧狀吸盤，該系統(tǒng)提供了一種對圖像采集設(shè)備有效的安裝方式，能夠?qū)β访媲闆r進行實時快速檢測，然后對路面進行自動識別、歸類，利用圖像處理模塊自動輸出路面破損率和需要修復的時間等指標，生成路面情況分析表格，為規(guī)劃路面修復工作提供了科學依據(jù)。
【專利說明】
一種基于圖像處理的公路路面分析系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種基于圖像處理的公路路面分析系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]公路交通運輸業(yè)是我國經(jīng)濟不斷發(fā)展的基礎(chǔ)，我國公路總里程數(shù)已經(jīng)達到了 424 萬公里，位居世界第一，但也對公路的養(yǎng)護和管理提出了更高的要求，對路面使用狀況的分析也越來越受到人們的重視?，F(xiàn)在交通管理部門為適應(yīng)現(xiàn)代化、高速度、高質(zhì)量的公路養(yǎng)護管理建立了路面管理系統(tǒng)，但是路面采集的數(shù)據(jù)還是使用人工的形式，公路的實時狀況還是使用人員主觀判斷，不能科學有效的提供公路情況的數(shù)據(jù)，進而影響了公路養(yǎng)護決策。
[0003]隨著圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，圖像識別等技術(shù)應(yīng)用到公路分析系統(tǒng)中，通過攝像頭采集路面狀況，得到公路的檢測數(shù)據(jù)，建立起公路信息化管理的數(shù)據(jù)庫，幫助相關(guān)部門完成決策分析，提前預知公路路面的發(fā)展趨勢，有利于養(yǎng)護方案的生成。在采用圖像處理技術(shù)進行分析路面的同時，也要對圖像的采集裝置進行有效的固定?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種可以對圖像采集裝置進行有效固定的基于圖像處理的公路路面分析系統(tǒng)。
[0005]本實用新型解決技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]—種基于圖像處理的公路路面分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括攝像頭和圖像采集卡，攝像頭采集到的圖像信息通過圖像采集卡存儲并傳輸至計算機，GPS模塊通過有線或無線方式與計算機進行通訊，計算機內(nèi)具有圖像處理模塊，圖像處理模塊對采集到的圖像進行處理和分析，對路面進行自動識別和歸類，自動輸出路面破損率和需要修復的時間，生成路面情況分析表格，其特征在于:所述攝像頭為平行布置的兩個，兩個固定支架分別固定于裝載車的車頂前部，固定支架底端為旋轉(zhuǎn)支座，旋轉(zhuǎn)支座的底部具有真空負壓圓弧狀吸盤，固定支架的另一端為圓柱，在圓柱上設(shè)置有兩個以上的傾斜的插槽，螺栓孔從圓柱的表面穿過插槽延伸至圓柱的內(nèi)部;在插槽上部具有傾斜的簧片;攝像頭固定于萬向支架上，萬向支架下部具有與插槽形狀相適應(yīng)的插片，插片上具有通孔，插片插入插槽后通過螺栓進行固定。
[0007]所述兩個攝像頭的距離為1米。
[0008]所述攝像頭的焦距為4毫米。
[0009]所述固定支架為鋁合金支架。
[0010]圖像處理模塊對采集到的圖像進行處理和分析，對路面進行自動識別、歸類，自動輸出路面破損率和需要修復的時間等指標，生成路面情況分析表格，為規(guī)劃路面修復工作提供科學依據(jù)。
[0011]本實用新型采用雙攝像頭的設(shè)計滿足了取景和分辨率的要求，同時本系統(tǒng)便于安裝、實施和進行調(diào)整，可以快速對公路路面進行有效分析?！靖綀D說明】
[0012]圖1為本實用新型位于裝載車上的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本實用新型中攝像頭通過萬向支架與固定支架相固定的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步描述:
[0015]如圖1和圖2所示，一種基于圖像處理的公路路面分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含電源、裝載車及其附屬設(shè)備、圖像采集設(shè)備、計算機、GPS接收器、圖像處理模塊。
[0016]所述攝像頭采用CCD高清彩色攝像頭，把它作為系統(tǒng)的圖像采集輸入系統(tǒng)，CCD即電子耦合器件使用壽命長，尺寸適宜，可采用通用的USB接口與計算機系統(tǒng)進行連接，傳輸速度快等特點。
[0017]同時攝像頭的攝影角在攝像檢測領(lǐng)域中是非常重要的參數(shù)，攝像頭的高度一定時，攝像角太大就會造成分辨率下降和圖像的畸形形變，反之則會縮小了取景范圍，綜合考慮分辨率和取景范圍，我們這次采用的是雙攝像頭平行安裝，攝像角為60%
[0018]圖像采集卡用于將攝像頭采集的視頻信號轉(zhuǎn)化為可供計算機進行運算的數(shù)字信號，以數(shù)據(jù)文件的形式保存在硬盤中，以待后續(xù)圖像處理時使用。采集卡要求能夠采集模擬視頻序列中的每幀圖像，并在采集下一幀圖像之前把這些數(shù)據(jù)傳入計算機系統(tǒng)。本次采用的是基于PCI高速總線的一種圖像采集卡，它能夠?qū)⒉噬曨l信號經(jīng)過視頻解碼、轉(zhuǎn)換器、 空間轉(zhuǎn)化等處理，通過PCI總線輸入計算機系統(tǒng)進行實時儲存。具有采集方式多樣;支持多種色度空間變換;支持軟件調(diào)整亮度、色調(diào)、色飽和度、對比度;傳輸速度快的特點。
[0019]所述裝載車用于承載其他設(shè)備，包括圖像采集設(shè)備、計算機、GPS接收器等。
[0020]在圖像采集過程中根據(jù)攝像機的成像透視規(guī)律，為降低將來圖像處理的難度，安裝攝像機時應(yīng)盡量要求光軸與路面垂直。同時攝像頭的攝影角在攝像檢測領(lǐng)域中是非常重要的參數(shù)，攝像頭的高度一定時，攝像角太大就會造成分辨率下降和圖像的畸形形變，反之則會縮小了取景范圍，綜合考慮分辨率和取景范圍，攝像角定為60%攝像頭采用雙攝像頭平行安裝，兩個固定支架分別固定于裝載車的車頂前部，固定支架底端為旋轉(zhuǎn)支座，旋轉(zhuǎn)支座的底部具有真空負壓圓弧狀吸盤，固定支架的另一端為圓柱4,在圓柱上設(shè)置有兩個以上的傾斜的插槽2,螺栓孔從圓柱的表面穿過插槽延伸至圓柱的內(nèi)部;在插槽上部具有傾斜的簧片3;攝像頭固定于萬向支架5上，萬向支架下部具有與插槽形狀相適應(yīng)的插片，插片上具有通孔，插片插入插槽后通過螺栓1進行固定。這樣將插片插入插槽后，再使用螺栓穿過螺栓孔和通孔這樣就可以將萬向支架固定在圓柱上，攝像頭在萬向支架上可以360度進行轉(zhuǎn)動，同時如果需要前后移動的話，可以插入不同的插槽中以達到此效果。在插槽上部的簧片可以保證插入的插片在插槽內(nèi)的穩(wěn)定性。[〇〇21]兩個攝像頭相距l(xiāng)m，鏡頭的取景范圍雙車道取值為6m，則每個攝像頭的取景寬度為3m，攝像頭鏡頭焦距為4mm，所以攝像頭離地面的垂直高度等于(焦距*取景寬度)/4.8,約為2.5m;攝像頭的縱向?qū)挾鹊扔?3.6*攝像頭離地面的垂直高度)/焦距，約為2.25m。
[0022]所述計算機硬件系統(tǒng)要求具有通用性強、運算和傳輸速度快、寫存速率快，相當規(guī)模的存儲量和豐富的軟件功能。[0〇23] 基本配置要求:操作系統(tǒng)windows7專業(yè)版32位；主板芯片組:Intel H81或以上； CPU采用Intel奔騰雙核G3240或以上，3.0GHz或以上；內(nèi)存容量1*4GB或以上，DDR3 1333MHz，2個DmM插槽或以上；顯卡類型核心顯卡，Intel GMA HD 4000或以上，共享內(nèi)存容量。
[0024]所述GPS接收機連接計算機，實時獲取路面信息的定位，根據(jù)實績測定，GPS接收機可以準確定位到5m的范圍。[〇〇25]所述圖像處理模塊分為圖像預處理單元和路面分析單元。
[0026]圖像預處理單元:由于圖像在攝像頭采集的過程中會受到路面特殊情況和現(xiàn)場復雜環(huán)境等因素的影響圖像的質(zhì)量，同時因為使用廣角鏡也會造成圖像的畸形形變，所以需要對采集的圖像在要進行預處理，圖像預處理主要包括圖像去噪、圖像二值化、圖像的邊緣檢測，圖像的崎形矯正等。
[0027]圖像去噪:裝載車行進過程中會產(chǎn)生圖像噪聲，噪聲會干擾后續(xù)的圖像識別結(jié)果， 需對圖像進行濾波處理，同時由于路面破損信息存在大量的圖像細節(jié)，圖像細節(jié)需要保留。 因此，本系統(tǒng)采用小波閾值濾波方法去除圖像噪音，利用多尺度多分辨率的特點，在高頻部分，采用逐漸精細的取樣步長，保留更多的圖像細節(jié)，選用軟閾值函數(shù)克服去噪過程中的視覺失真現(xiàn)象。[〇〇28]圖像二值化:保證圖像顯示的時候只能看到黑白兩種顏色。[〇〇29]圖像邊緣檢測:獲取路面的破損信息，標識數(shù)字圖像中灰度變化明顯的點。本系統(tǒng)采用基于圖像梯度方法實現(xiàn)邊緣檢測，利用3X3的sobel算子，由原始灰度圖求出縱橫2個梯度圖，以及綜合梯度圖，結(jié)合3個梯度圖來進行非極大抑制，進行邊緣連接，使保留的邊緣盡量連貫真實，去除假邊緣，對邊緣進行細化，獲取路面破損信息。。
[0030]圖像畸形矯正:由于選用廣角鏡頭，攝像機不可避免的出現(xiàn)一定程度的圖像畸變， 為了提高路面破損類型的識別精度及破損程度的檢測精度，需要將采集圖像進行畸變矯正，由于廣角鏡頭存在幾何畸變，圖像畸變矯正的方案使用網(wǎng)格模板進行圖像校正，根據(jù)基準圖像與畸變圖像素點的映射關(guān)系，采用3次B樣條對曲面插值，計算偏移量曲面，利用雙線性插值法進行圖像重建，實現(xiàn)廣角鏡頭幾何畸變的校正。
[0031]路面分析單元:經(jīng)過預處理后，將圖像與預設(shè)在軟件中的破損圖像模型進行匹配， 分析路面破損類型，根據(jù)評價路面破損程度，計算路面狀況指數(shù)PCI，并記錄定位位置，同時自動和上一個月得到的數(shù)據(jù)趨勢變化分析，根據(jù)PCI程度的第一象限的反比例函數(shù)圖像得到養(yǎng)護時間，統(tǒng)一輸出數(shù)據(jù)記錄。
【主權(quán)項】
1.一種基于圖像處理的公路路面分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括攝像頭和圖像采集卡，攝像 頭采集到的圖像信息通過圖像采集卡存儲并傳輸至計算機，GPS模塊通過有線或無線方式 與計算機進行通訊，計算機內(nèi)具有圖像處理模塊，圖像處理模塊對采集到的圖像進行處理 和分析，對路面進行自動識別和歸類，自動輸出路面破損率和需要修復的時間，生成路面情 況分析表格，其特征在于:所述攝像頭為平行布置的兩個，兩個固定支架分別固定于裝載車 的車頂前部，固定支架底端為旋轉(zhuǎn)支座，旋轉(zhuǎn)支座的底部具有真空負壓圓弧狀吸盤，固定支 架的另一端為圓柱，在圓柱上設(shè)置有兩個以上的傾斜的插槽，螺栓孔從圓柱的表面穿過插 槽延伸至圓柱的內(nèi)部;在插槽上部具有傾斜的簧片;攝像頭固定于萬向支架上，萬向支架下 部具有與插槽形狀相適應(yīng)的插片，插片上具有通孔，插片插入插槽后通過螺栓進行固定。2.如權(quán)利要求1所述基于圖像處理的公路路面分析系統(tǒng)，其特征在于:所述兩個攝像頭 的距離為1米。3.如權(quán)利要求2所述基于圖像處理的公路路面分析系統(tǒng)，其特征在于:所述攝像頭的焦 距為4毫米。4.如權(quán)利要求3所述基于圖像處理的公路路面分析系統(tǒng)，其特征在于:所述固定支架為 鋁合金支架。
【文檔編號】G01N21/88GK205620323SQ201620322179
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】昌晶, 吳忻生, 高紅霞
【申請人】華南理工大學