CN108221603A - 一种道路的路面三维信息检测装置、方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种道路的路面三维信息检测装置及方法。所述装置包括：路面信息采集系统、车辆振动校正系统、路面三维信息集成系统以及定位系统；所述路面三维信息集成系统分别与所述路面信息采集系统、所述车辆振动校正系统以及所述定位系统电连接；所述路面三维信息集成系统用于集成路面图像、车辆姿态信息、车辆振动信息、车辆行驶轨迹以及车辆位置信息，将不同断面以及不同车道的变形信息统一到同一基准面上，以确定路面三维信息；所述路面三维信息包括车辙损坏程度、坑槽损坏程度、沉陷损坏程度、拥包拨浪损坏程度以及平整度。通过采用本发明所提供的检测装置及方法能够精确确定路面的损坏程度，提高图像处理速度及精度。

Description

一种道路的路面三维信息检测装置、方法及系统

技术领域

本发明涉及道路的路面三维信息检测领域，特别是涉及一种道路的路面三维信息检测装置、方法及系统。

背景技术

道路平整度是用于反应道路沿行车轨迹方向由于纵向变形及横向变形作用于车辆，对于车辆振动颠簸所产生的影响。路面不平整状况的检测设备根据其检测原理，主要分为2种，即反应类平整度仪和断面类平整度仪。其中，反应类平整度仪直接用于检测车辆反应，只能获得道路平整度相关的宏观统计数据，而非路面本身的变形特征。断面类平整度仪则包括横纵断面两个方向，横断面即车辙检测设备，纵断面即纵向平整度检测设备。

断面类平整度仪测量的是车辆行驶轨迹下的路表面的高低变化、起伏状况。断面类平整度仪主要包括手工方式和车载方式两种。常用的手工断面类平整度仪包括3米直尺、水准仪和梁式断面仪；车载方式包括惯性断面仪、纵断面分析仪以及非接触式测量设备(包括激光测距仪以及近几年出现的激光图像断面仪)；车辙主要是指道路横断面的变形情况，检测技术基本同断面类平整度仪相同。纹理主要表现为道路表面级配材料的构造深度；理论上来说，将线形尺度上的数据同断面数据结合进行一定的修正原则上就可以得到道路的三维平整度数据，用于计算道路的纵向平整度等指标。对于三维平整度数据的获得来说，想要消除纵向误差，检测设备对于惯性单元的精度要求较高，但是车辆动态惯性测量单元在车辆行驶方向上的精度较差，因此，往往存在由于位置不确定性所产生的偏移以及不在同一拍摄平面所导致的“0”平面不同。因此，传统的断面类检测方法局限于单一断面的计算，无法用于计算道路纵向平整度及道路三维变形。

在现有技术中，应用于土木工程三维建模的检测技术主要包括：基于主动测量的激光扫描技术、激光测距技术、结构光拍摄技术；但是检测技术均受到车辆颠簸及检测频率的限制，设备组成复杂。其中，激光扫描、激光测距技术受限主要实现了横向或纵向的变形检测，没有办法进行不同尺度的检测，即不能同时进行道路宏观平整度、细观断面变形、微观断面纹理的全范围检测；而且基于结构光的图像拍摄技术在图像传输时，是先将图像存储起来再进行传输，传输速率慢，且受图像处理的误差影响较大，受分辨率限制，无法用于测量精度要求更高的纹理及损坏深度信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种道路的路面三维信息检测装置及方法，以解决现有技术中无法对道路进行全范围检测，精确确定路面的损坏程度，且图像处理误差大的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种道路的路面三维信息检测装置，包括：路面信息采集系统、车辆振动校正系统、路面三维信息集成系统以及定位系统；

所述路面三维信息集成系统分别与所述路面信息采集系统、所述车辆振动校正系统以及所述定位系统电连接；所述路面信息采集系统用于所述车辆振动校正系统校正由车辆倾斜所产生的光源位置投射误差以及车辆颠簸所产生的车辆振动信息时，获取路面的路面图像；将所述路面图像、所述光源位置投射误差以及所述车辆振动信息发送至所述路面三维信息集成系统；

所述定位系统用于获取车辆行驶轨迹以及车辆位置信息，并将所述车辆行驶轨迹以及车辆位置信息发送至所述路面三维信息集成系统；

所述路面三维信息集成系统用于集成所述路面图像、所述车辆姿态信息、所述车辆振动信息、所述车辆行驶轨迹以及车辆位置信息，将不同断面以及不同车道的变形信息统一到同一基准面上，以确定路面三维信息；所述路面三维信息包括车辙损坏程度、坑槽损坏程度、沉陷损坏程度、拥包拨浪损坏程度以及平整度。

可选的，所述路面信息采集系统具体包括：双目成像系统以及结构光发生器；

所述双目成像系统包括左相机以及右相机，所述双目成像系统用于拍摄所述结构光发生器所发射出的激光线条照射到路面的路面图像；所述路面图像包括照射位置以及亮度；所述路面三维信息集成系统根据所述照射位置计算单一图像变形信息以及路面损坏程度；所述路面三维信息集成系统根据所述亮度校正不同所述路面图像之间变形信息的基准面。

可选的，所述路面信息采集系统还包括：电源控制器；

所述电源控制器分别与所述双目成像系统以及所述结构光发生器电连接，所述电源控制器用于控制所述双目成像系统与所述结构光发生器的频率保持一致。

可选的，所述路面信息采集系统还包括：轴轮旋转编码器；

所述轴轮旋转编码器安装于车辆的轮轴，所述轴轮旋转编码器用于控制所述双目成像系统连续拍摄。

可选的，所述双目成像系统的上方设有隔光板，所述隔光板用于遮荫，且在不降低结构光强度的前提下减少太阳光对于拍摄目标的影响。

可选的，所述车辆振动校正系统具体包括：惯性测量单元以及线性加速度计；

所述惯性测量单元设于所述车辆的中心位置，所述惯性测量单元用于校正由车辆倾斜所产生的光源位置投射误差；所述高线性加速度计用于获取车辆颠簸所产生的车辆振动信息。

一种道路的路面三维信息检测方法，所述检测方法应用于权利要求1-6任意一项检测装置，所述检测方法包括：

获取路面同一断面位置上不同的路面及车辆信息；所述路面及车辆信息包括路面图像、车辆姿态信息、车辆振动信息、车辆行驶轨迹以及车辆位置信息；

对所述路面及车辆信息进行校准，得到校准后的路面及车辆信息；所述校准后的路面及车辆信息包括校准后的路面图像、校准后的车辆姿态信息、校准后的车辆振动信息、校准后的车辆行驶轨迹以及校准后的车辆位置信息；

根据所述校准后的路面及车辆信息确定路面三维信息；所述路面三维信息包括车辙损坏程度、坑槽损坏程度、沉陷损坏程度、拥包拨浪损坏程度以及平整度。

可选的，所述对所述路面及车辆信息进行校准，得到校准后的路面及车辆信息，具体包括：

根据时间标记法对所述路面及车辆信息进行校准，得到校准后的路面及车辆信息。

一种道路的路面三维信息检测系统，包括：

获取模块，用于获取路面同一断面位置上不同的路面及车辆信息；所述路面及车辆信息包括路面图像、车辆姿态信息、车辆振动信息、车辆行驶轨迹以及车辆位置信息；

校准模块，用于对所述路面及车辆信息进行校准，得到校准后的路面及车辆信息；所述校准后的路面及车辆信息包括校准后的路面图像、校准后的车辆姿态信息、校准后的车辆振动信息、校准后的车辆行驶轨迹以及校准后的车辆位置信息；

路面三维信息确定模块，用于根据所述校准后的路面及车辆信息确定路面三维信息；所述路面三维信息包括车辙损坏程度、坑槽损坏程度、沉陷损坏程度、拥包拨浪损坏程度以及平整度。

可选的，所述校准模块具体包括：

校准单元，用于根据时间标记法对所述路面及车辆信息进行校准，得到校准后的路面及车辆信息。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种道路的路面三维信息检测装置、方法及系统，通过路面信息采集系统连续拍摄重复有交叠的路面图像，根据路面图像、车辆振动校正系统所校正的车辆振动信息以及定位系统所获取的车辆行驶轨迹等数据通过路面三维信息集成系统将不同断面以及不同车道的变形统一为同一基准面，从而实现对道路进行全范围检测，计算路面的各类变形损坏以及平整度，即确定路面的路面三维信息。

此外，本发明所提供的路面信息采集系统不需要存图，而是直接将所拍摄的路面图像发送至路面三维信息集成系统，避免了现有技术中需存图所造成的拍摄传输速度过慢的问题，实现了更高频的信息扫描。

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明所提供的路面三维信息检测装置结构图；

图2为本发明所提供的车辆倾斜的测量误差示意图；

图3为本发明所提供的车辆颠簸的测量误差示意图；

图4为本发明所提供的车辆第一种倾斜情况的极端位置示意图；

图5为本发明所提供的车辆第二种倾斜情况的极端位置示意图；

图6为本发明所提供的车辆第三种倾斜情况的极端位置示意图；

图7为本发明所提供的车辆第四种倾斜情况的极端位置示意图；

图8为本发明所提供的位置偏差示意图；

图9为本发明所提供的路面三维信息检测方法流程图；

图10为本发明所提供的结构光变形第一示意图；

图11为本发明所提供的结构光变形第二示意图；

图12为本发明所提供的结构光连续拍摄示意图；

图13为本发明所提供的双激光组合拍摄效果图；

图14为本发明所提供的结构光三角测量基本原理图；

图15为本发明所提供的标定流程图；

图16为本发明所提供的损坏识别流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种道路的路面三维信息检测装置、方法及系统，能够检测出路面的各损坏类型的损坏程度，提高传输速度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所提供的路面三维信息检测装置结构图，如图1所示，一种道路的路面三维信息检测装置，包括：路面信息采集系统1、车辆振动校正系统2、路面三维信息集成系统3以及定位系统4；所述路面三维信息集成系统3分别与所述路面信息采集系统1、所述车辆振动校正系统2以及所述定位系统4电连接；所述路面信息采集系统1用于在所述车辆振动校正系统校正由车辆倾斜所产生的光源位置投射误差以及车辆颠簸所产生的车辆振动信息时，获取路面的路面图像；将所述路面图像、所述光源位置投射误差以及所述车辆振动信息发送至所述路面三维信息集成系统3；所述定位系统4用于获取车辆行驶轨迹以及车辆位置信息，并将所述车辆行驶轨迹以及车辆位置信息发送至所述路面三维信息集成系统3；所述路面三维信息集成系统3用于集成所述路面图像、所述车辆姿态信息、所述车辆振动信息、所述车辆行驶轨迹以及车辆位置信息，将不同断面以及不同车道的变形信息统一到同一基准面上，以确定路面三维信息；所述路面三维信息包括车辙损坏程度、坑槽损坏程度、沉陷损坏程度、拥包拨浪损坏程度以及平整度。

如图1所示，所述路面信息采集系统1包括结构光发生器、光学成像系统，利用结构光发生器以及光学成像系统生成三维深度信息亮度图像；所述车辆振动校正系统2包括IMU校正车辆姿态以及加速度计校正车辆振动；所述路面三维信息集成系统3包括工控机以及PLC控制器，通过工控机以及PLC控制器集成车辆姿态数据、车辆振动数据、位置数据、深度数据以及亮度图像；所述定位系统4包括GPS接收机以及DMI测距系统，通过GPS接收机以及DMI测距系统获得道路二维地理信息车辆行驶轨迹。

在实际应用中，所述路面信息采集系统1具体包括：双目成像系统以及结构光发生器；所述双目成像系统包括左相机以及右相机，所述双目成像系统用于拍摄所述结构光发生器所发射出的激光线条照射到路面的路面图像；所述路面图像包括照射位置以及亮度；所述路面三维信息集成系统3根据所述照射位置计算单一图像变形信息以及路面损坏程度；所述路面三维信息集成系统3根据所述亮度校正不同所述路面图像之间变形信息的基准面；其中，所述结构光发生器为红外激光结构光发生器，也称为红外激光器；本发明涉及红外激光器用于发射结构光，主要要求是瞬时光强足够，最大频率比为相机拍摄频率的倍数，同步控制下亮度满足拍摄要求，光条路面反射率较高，线条的宽度控制在一定的细度范围内(<1cm)，有效亮度需大于6个像素。

在实际应用中，所述路面信息采集系统1还包括：电源控制器；所述电源控制器分别与所述双目成像系统以及所述结构光发生器电连接，所述电源控制器用于控制所述双目成像系统与所述结构光发生器的频率保持一致。

在实际应用中，所述路面信息采集系统1还包括：轴轮旋转编码器；所述轴轮旋转编码器安装于车辆的轮轴，所述轴轮旋转编码器用于控制所述双目成像系统连续拍摄；所述轴轮旋转编码器具体安装在车辆的前右轮轮轴，用于发射信号控制相机连续拍摄，所述轴轮旋转编码器的分辨率通常以每旋转360度提供多少线表示，也称解析分度；假设轮胎尺寸为65cm，行驶车速为100kM/h，旋转一圈约为2.04米，极限拍摄间隔为5mm，则旋转一圈需发射信号41次，转速需达到817(rpm)，输出频率应高于559Hz；因此，本发明选定最大响应频率为2000Hz的旋转编码器进行试验。

在实际应用中，为了提高路面和目标结构光的对比度，消除环境的影响，在所述双目成像系统的上方设有隔光板，所述隔光板用于遮荫，且在不降低结构光强度的前提下减少太阳光对于拍摄目标的影响；所述双目成像系统为三维相机，用于记录横断面深度信息及拍摄路面的亮度信息；所述三维相机在拍摄目标(路面)横向上分辨率为1mm，在纵向上(用于深度计算)的分辨率为0.5mm。

在实际应用中，所述车辆振动校正系统2具体包括：惯性测量单元以及高线性加速度计；所述惯性测量单元设于所述车辆的中心位置，所述惯性测量单元用于校正由车辆倾斜所产生的光源位置投射误差；所述高线性加速度计用于获取车辆颠簸所产生的车辆振动信息。数据集成系统将子系统控制方案汇总，设计存储方案，将获得的变形数据存储为三维点云数据或模拟的深度图片(利用灰度或颜色变化表示深度信息，得到的图片文件)，并将变形数据和地理信息数据汇总。此存储为采集后的后处理，故而可以利用内业计算机完成，对于运算速度要求不高，主要用于满足使用者直观看破损图片的需求，也可以利用相关软件、变形信息及损坏识别结果模拟真实路面图片。

在实际应用中，定位系统4由GPS接收器和距离检测设备(Distance MeasurementInstrument，DMI)组成，用于记录采集检测车辆的地理位置信息，本发明涉及GPS主要用于获取位置信息，原则上来说精度越高越好；目前，民用GPS的精度并不能满足道路检测的需求，军用级别的GPS则价格高昂；本发明选择采用GPS/IMU深组合技术进行对车辆进行定位定姿；该位置信息可以用于实际检测中路线的定位及检测系统数据对接相关设施管理系统的数据索引，IMU安装于车辆中心位置，平行于行车方向，此外，根据DMI同相机激光拍摄系统所拍摄的图像序列获得每个单元段的道路断面的高差变化。

本发明通过红外激光结构光发射器、双目成像系统以及以轮轴旋转编码器为主的DMI为核心的拍摄控制模块对光条位置信息的采集和计算。

其中，三维相机通过捕捉激光线条的位置获取位置及亮度信息，相机不对图像本身进行存储，仅存储目标像素位置信息，该位置信息主要用于单一图像变形信息及损坏严重情况的计算，亮度信息用于不同图像之间变形信息的基准面校正。激光器发射频率同相机拍摄频率一致，以达到最优拍摄效果。

车辆振动校正系统2主要由惯性测量单元(Inertial measurementunit，IMU)及高线形加速度计组成，主要用于校正由车辆本身姿势倾斜所产生的光源位置投射误差以及车辆颠簸所产生的瞬时影响，惯性测量单元(Inertial measurement unit，IMU)主要由用于测量X、Y、Z三个自由度上位移加速度以及对应的角度加速度的加速度计组成，通过位移和角度相对于时间的积分可以得到其行驶轨迹，因此，该设备会产生时间累计误差，在时间较短的时候较为精准。如图2-图3所示，在数据采集阶段仅需要同光线位置一样根据时间标记录瞬时颠簸数值H及姿态数值(车神横纵向坡度)即可。

如图4-图8所示，曲线4-1代表路面起伏情况示意，方框4-3为检测车所在位置，A表示激光器实际投射在路面上的点，L为相机拍摄中心距离激光器投射位置的距离，LS为激光器实际投射位置距离，HL为激光器距离检测车所在平面的距离，L_c为检测车轴距，直线4-2为辅助线。根据几何关系，A点同激光器所在位置之间存在高差|L-L_s|，假设L_s范围内的坡度为S，则存在方程式(1)。

S＝|L-L_S|/L_S (1)

1#极端位置情况下，S＝(L-L_S)/L_S；2#极端位置情况下，在L_S长度范围内S＝(L_S-L)/L_S；3#极端位置情况相当于1#极端情况的角度变换，S＝(L-L_s)/L_s，但必须同时满足车辆倾斜角度大于S；4#极端位置必须满足在长度范围L+L_c范围内，高差大于H_L，即综合坡度大于H_L/(L+L_c)，根据本发明车长信息计算可得，综合坡度大于13％，该情况一般只会发生在低等级道路上，本发明无法获得此情况下的断面数据。

在1#、2#、3#极端位置的情况下，检测系统实际所测得的断面同系统计算所得的认为自己所测得的断面存在位置偏差，位置偏差所导致的断面信息不完整无法得到校正。针对1#、2#、3#极端位置分别进行偏差分析：假设被检测路面极限坡度值为0.25，计算不同坡度值下的激光投射中心的位置偏差见表1，表1为不同坡度值下激光投射中心的位置偏差对比表。

表1不同坡度值下激光投射中心的位置偏差对比表(单位：cm)

坡度(％)/情况	5	9	13
				1#极端位置	6.67	11.56	16.11
2#极端位置	7.37	13.85	20.92
				3#极端位置	6.67	11.56	16.11

通过表1不同坡度值下激光投射中心的位置偏差可以看出，由于道路坡度所产生的影响，结构光线条位置所产生的偏移量不容忽视，但是由于L或LS范围内的坡度无法测量，位置偏差无法得到校正，大于6cm的位置偏差会对车辙深度值的计算产生极大的影响，因此必须通过测量车辆姿态等信息用于计算实际车辆姿态下的基准位置，从而实现基准面的统一；三角测量的计算方法要求具备高精度的姿态数据，线条调制计算方法对于姿态校准的依赖性更低，但是其基准面的确定在不同图像上缺少确定一致性标准，过于依赖图像处理本身。

本发明基于动态误差校正的(姿态、振动)元器件的精度的提高，将不再依赖于图像，直接利用简单的畸变校正及三角测量原理计算得到变形数据，其主要贡献在于规避了存图所需要耗费的大量硬件资源。

此外，本发明主要针对图像的明暗进行编码分析，直接计算并存储红外激光线条位置及亮度信息，用于辅助计算路面损坏的三维信息；采用重复图像交叠融合分析获取连续位置，即在不同图像间找到相同位置点，用于行车轨迹方向及整幅路面的三维信息计算；该图像重复交叠的部分可以用于校核及抵消设备自身无法校正的由于车辆振动所产的动态误差，从而降低图像处理误差，提高检测精度。

图9为本发明所提供的路面三维信息检测方法流程图，如图9所示，一种道路的路面三维信息检测方法，包括：

步骤901：获取路面同一断面位置上不同的路面及车辆信息；所述路面及车辆信息包括路面图像、车辆姿态信息、车辆振动信息、车辆行驶轨迹以及车辆位置信息。

步骤902：对所述路面及车辆信息进行校准，得到校准后的路面及车辆信息；所述校准后的路面及车辆信息包括校准后的路面图像、校准后的车辆姿态信息、校准后的车辆振动信息、校准后的车辆行驶轨迹以及校准后的车辆位置信息。

所述对所述路面及车辆信息进行校准，得到校准后的路面及车辆信息，具体包括：根据时间标记法对所述路面及车辆信息进行校准，得到校准后的路面及车辆信息。

步骤903：根据所述校准后的路面及车辆信息确定路面三维信息；所述路面三维信息包括车辙损坏程度、坑槽损坏程度、沉陷损坏程度、拥包拨浪损坏程度以及平整度。

由于采用以上方法，本发明具备以下特点：①同名点标记方法，可以获得连续的同一基准的三维信息；②三维相机不存图，在无需破损数据的情况下，仅存储位置信息，传输速度快，位置信息可直接计算深度。

将本发明所提供的检测方法应用到实际应用中，如图10所示，本发明涉及路面三维信息检测系统中，三维图像采集系统、车辆振动校正系统2、数据集成系统、定位系统4共同集成在一辆车上进行道路检测。详细的各子系统功能及原理下文将分别进行论述。

如图10-图11所示，L1’、L2’分别为L1和L2由于路面不平整而产生的位置变化，通过记录光线位置获得其所在位置的深度信息，即获得断面的三维信息。

如图12所示，当检测车沿着被检测路面行驶的过程中，计算的路面变形是相对于某个断面范围内相对于标定的绝对平面基准面的道路变形情况，即便经过振动校正及车辆纵向倾斜校正，其检测所得的变形数据也并不是基于同一个纵向标准面(Z＝0)计算所得。因此，本文设计结构光图像至少有2条相交结构光组成，通过连续扫描拍摄，每个图像中都存在同前一图像中激光线扫描相同的点，由此将多个横断面的变形数据校准到同一平面上。L1’、L2’分别为L1和L2在车辆行驶过程中拍摄的另一张图片中的两条激光线，A1即图像中存在的交点，通过计算该交点位置的变形信息并进行校正既可使得所有纵向上的变形都基于同一水准面。

图13为本发明拍摄效果图。

如图14所示根据点结构光计算模型，三维模型中涉及到4个坐标系：①世界坐标系又叫做实物坐标系，即本文的道路坐标系；②摄像机坐标系即以摄像机为中心的坐标系；③像平面坐标系，即摄像机所成像的平面坐标系，与摄像机平面平行；④图像坐标系，即经过采样后的数字图像，用像素行列数表示。设结构光投射平面中对应相机拍摄光轴的相交点为OR，对应坐标称为道路坐标系OR-XRYRZR，CCD相机成像平面中心点为O，对应坐标称为成像坐标系。利用几何关系即可计算获得被测点位置的深度信息，扩展为点云。

本发明将各类检测设备所检测数据根据时间标记进行校准，对同一断面位置的不同数据源进行数据校验过滤。

首先采用振动数据修正单点测量高差；其次，利用交叠重复数据校正纵向上基准面不一致情况所产生的累积误差；最后，利用姿态数据修正行车轨迹位置。在以上数据误差校准的基础上，即可获得满足横纵两个要求的三维变形信息，并可以应用于损坏的三维计算。

其中，振动及姿态影响校正方案：

根据图片采样频率及汽车垂直振动频率，振动数据采样的频率需满足高频采样的需求，即大于1000Hz。车辆瞬时位移的校正参见式(2)，为瞬时垂直加速度，ΔT为加速度计信息更新周期。

对于一套完整的检测系统来说，必须对其进行校准及设备检测方法的设计，以保证其标准的统一及可重复性，对于动态检测设备来说，则需要分别进行静态校准和动态校准，对于本发明来说，静态校准即检测系统(包括车辆)静止的情况下对于绝对水平面位置的校准；动态检测即针对车辆行驶状态下产生的上下左右前后的振动不影响检测结果，即校验IMU系统及加速度计校正的有效性。

其具体流程见图15，主要步骤如下：

①无变形标定：检测四个轮子的胎压，确保架设设备的相对位置不变，即激光器投射位置及相机拍摄角度不变，可通过其他静态水准设备置放于断面上加以辅助校核；检测相机所拍摄激光线位置信息，通过硬件设备校准保证其相对位置固定；利用同轮胎等高的水准面，通过水平激光线的距离信息测定，校正理想结构光条每个像素点的位置。

②静态检测标定：利用多个确定高度的板块，放置于测量位置，模拟车辆静态情况下的测量结果，并进行校核，校核精度须达到1mm。

动态标定：人为使车辆产生振动及晃动，利用板块标定动态检测结果，从而标定加速度计及IMU系统；通过反复行驶标定测距系统硬件参数。

由于本发明来为动态检测设备，因此需要分别进行静态校准和动态校准。静态校准即检测系统(包括车辆)静止的情况下对于绝对水平面位置的校准；动态校正即保证车辆行驶状态下产生的上下左右前后的振动不影响检测结果，即校验IMU系统校正的有效性。

如图16所示，将该检测系统所传输深度信息存储于计算机，将深度信息利用(0～255)的灰度信息进行拓展表达，记录拓展参数(用于灰度与深度的换算)。通过对存储的灰度图像进行灰度变化的分析，通过对灰度图像进行模式判别与计算，确定损坏的类型及损坏程度与面积；即通过模式判别定义车辙(轻、中、重)、坑槽(轻、重)、沉陷(轻、重)、拥包(轻、中、重)等损坏的形态学参数，确定样本文件，再利用模式判别算法对采集数据进行损坏分类及计算。

一种道路的路面三维信息检测系统，包括：

获取模块，用于获取路面同一断面位置上不同的路面及车辆信息；所述路面及车辆信息包括路面图像、车辆姿态信息、车辆振动信息、车辆行驶轨迹以及车辆位置信息。

校准模块，用于对所述路面及车辆信息进行校准，得到校准后的路面及车辆信息；所述校准后的路面及车辆信息包括校准后的路面图像、校准后的车辆姿态信息、校准后的车辆振动信息、校准后的车辆行驶轨迹以及校准后的车辆位置信息。

所述校准模块具体包括：校准单元，用于根据时间标记法对所述路面及车辆信息进行校准，得到校准后的路面及车辆信息。

路面三维信息确定模块，用于根据所述校准后的路面及车辆信息确定路面三维信息；所述路面三维信息包括车辙损坏程度、坑槽损坏程度、沉陷损坏程度、拥包拨浪损坏程度以及平整度。

本发明所提供的一种道路的路面三维信息检测系统，通过三维相机拍摄技术及两个激光器连续重复有交叠的线条图像将不同断面以及不同车道的变形统一为同一标准面的检测方法，解决了基于线条调制计算路面变形过程中不同图像变形不在同一基准面的问题，利用三维相机编码的方法避免了需存图所造成的拍摄传输速度过慢的问题，实现了更高频的信息扫描。利用深度信息转化为灰度图片的方法使得可同时计算路面的各类变形损坏。因此，该系统可同时获得车辙、坑槽、沉陷、拥包波浪损坏及平整度指标。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，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 (10)

1.一种道路的路面三维信息检测装置，其特征在于，包括：路面信息采集系统、车辆振动校正系统、路面三维信息集成系统以及定位系统；

所述路面三维信息集成系统分别与所述路面信息采集系统、所述车辆振动校正系统以及所述定位系统电连接；

所述路面信息采集系统用于在所述车辆振动校正系统校正由车辆倾斜所产生的光源位置投射误差以及车辆颠簸所产生的车辆振动信息时，获取路面的路面图像；将所述路面图像、所述光源位置投射误差以及所述车辆振动信息发送至所述路面三维信息集成系统；

所述定位系统用于获取车辆行驶轨迹以及车辆位置信息，并将所述车辆行驶轨迹以及车辆位置信息发送至所述路面三维信息集成系统；

所述路面三维信息集成系统用于集成所述路面图像、所述车辆姿态信息、所述车辆振动信息、所述车辆行驶轨迹以及车辆位置信息，将不同断面以及不同车道的变形信息统一到同一基准面上，以确定路面三维信息；所述路面三维信息包括车辙损坏程度、坑槽损坏程度、沉陷损坏程度、拥包拨浪损坏程度以及平整度。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述路面信息采集系统具体包括：双目成像系统以及结构光发生器；

所述双目成像系统包括左相机以及右相机，所述双目成像系统用于拍摄所述结构光发生器所发射出的激光线条照射到路面的路面图像；所述路面图像包括照射位置以及亮度；所述路面三维信息集成系统根据所述照射位置计算单一图像变形信息以及路面损坏程度；所述路面三维信息集成系统根据所述亮度校正不同所述路面图像之间变形信息的基准面。

3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述路面信息采集系统还包括：电源控制器；

所述电源控制器分别与所述双目成像系统以及所述结构光发生器电连接，所述电源控制器用于控制所述双目成像系统与所述结构光发生器的频率保持一致。

4.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述路面信息采集系统还包括：轴轮旋转编码器；

所述轴轮旋转编码器安装于车辆的轮轴，所述轴轮旋转编码器用于控制所述双目成像系统连续拍摄。

5.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述双目成像系统的上方设有隔光板，所述隔光板用于遮荫，且在不降低结构光强度的前提下减少太阳光对于拍摄目标的影响。

6.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述车辆振动校正系统具体包括：惯性测量单元以及高频线形加速度计；

所述惯性测量单元设于所述车辆的中心位置，所述惯性测量单元用于校正由车辆倾斜所产生的光源位置投射误差；所述高频线形加速度计用于获取车辆颠簸所产生的车辆振动信息。

7.一种道路的路面三维信息检测方法，其特征在于，所述检测方法应用于权利要求1-6任意一项检测装置，所述检测方法包括：

获取路面同一断面位置上不同的路面及车辆信息；所述路面及车辆信息包括路面图像、车辆姿态信息、车辆振动信息、车辆行驶轨迹以及车辆位置信息；

对所述路面及车辆信息进行校准，得到校准后的路面及车辆信息；所述校准后的路面及车辆信息包括校准后的路面图像、校准后的车辆姿态信息、校准后的车辆振动信息、校准后的车辆行驶轨迹以及校准后的车辆位置信息；

根据所述校准后的路面及车辆信息确定路面三维信息；所述路面三维信息包括车辙损坏程度、坑槽损坏程度、沉陷损坏程度、拥包拨浪损坏程度以及平整度。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述对所述路面及车辆信息进行校准，得到校准后的路面及车辆信息，具体包括：

根据时间标记法对所述路面及车辆信息进行校准，得到校准后的路面及车辆信息。

9.一种道路的路面三维信息检测系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取路面同一断面位置上不同的路面及车辆信息；所述路面及车辆信息包括路面图像、车辆姿态信息、车辆振动信息、车辆行驶轨迹以及车辆位置信息；

校准模块，用于对所述路面及车辆信息进行校准，得到校准后的路面及车辆信息；所述校准后的路面及车辆信息包括校准后的路面图像、校准后的车辆姿态信息、校准后的车辆振动信息、校准后的车辆行驶轨迹以及校准后的车辆位置信息；

路面三维信息确定模块，用于根据所述校准后的路面及车辆信息确定路面三维信息；所述路面三维信息包括车辙损坏程度、坑槽损坏程度、沉陷损坏程度、拥包拨浪损坏程度以及平整度。

10.根据权利要求9所述的检测系统，其特征在于，所述校准模块具体包括：

校准单元，用于根据时间标记法对所述路面及车辆信息进行校准，得到校准后的路面及车辆信息。