一种里程控制路面图像快速拼接方法与流程

一种里程控制路面图像快速拼接方法
【技术领域】
1.本发明涉及路面检测领域，是一种里程控制路面图像快速拼接方法，特别是利用里程控制信息来进行路面图像的拼接，是一种成本低，效果好的方法，广泛应用于高速公路、城市道路等各种路面病害检测、路面平整度检测等领域。


背景技术：

2.作为支撑经济、政治和文化等发展的重要基础设施，城市道路不仅是现代交通运输体系的重要组成部分，也与人们生活水平的提高密切相关，相较于西方国家，我国的道路建设起步较晚，经过40年的快速发展，我国的道路建设目前取得了空前的成就，根据《2020年交通运输行业发展统计公报》显示，截止2020年年底，全国公路总里程519.81万公里，其中高速公路里程16.1万公里。
3.随着我国公路里程的增加，以及伴随着自然因素(光照温度、温度骤变、湿度含量等)和日益增加的交通荷载的影响，大量投入使用的道路路面产生了裂缝、坑槽、唧浆和沉陷等各种病害，这些路面病害不仅严重影响了道路的承载力、运输能力以及行车安全等，也导致了日益严重的路面养护管理问题，那么如何能够在短时间内快速并且清晰直观地观察到路面的情况变成了一个亟待解决的问题。
4.以往人工巡查的方式，效率低，危险系数大，耗费人力、物力，这种方式在检测的时候影响交通，随着路网的扩大，人工巡查的方式已经无法满足需求，而智能化、高效率的检测设备能够克服人工巡查自身带来的缺陷，使得大规模、高时效地检测路面病害、养护管理路面成为可能，数字化图像能够更加直观并且清晰地观察路面的情况，并且可以在不影响交通的情况下采集数据，实现路面养护的信息化、全面化、可视化管理。
5.里程控制路面图像拼接主要是指将图像序列按照里程信息相互叠加，拼接成完整的路面图像。由于成像单元与路面呈一定夹角，有透视原理可知，采集到的图像中路面部分呈现“梯形”，需要经过透视变换，将视野调整到路面正上方，从而将“梯形”路面转换成“长方形”路面，再按照每张图片对应的里程信息进行拼接，对拼接边界进行优化，最后形成一段完整的路面图像。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服人工巡查的上述缺陷，提供一种里程控制路面图像快速拼接方法。
7.本发明的技术解决方案为：一种里程控制路面图像快速拼接方法，步骤如下：
8.步骤(1)：路面图像由位于车尾顶端的高清摄像头获得，摄像头正方向与地面保持一定夹角，在车轮上安装编码器，通过车轮的转动获得里程信息，编码器参数有如下关系：
[0009][0010]
其中，l为编码器周长，d为脉冲间隔，q为单圈脉冲数，p为间隔脉冲数，当编码器周
长为0.2米，单圈脉冲数为500，间隔脉冲数为25时，可得到脉冲间隔为0.01米，表示每隔0.01米发送一次脉冲信号；步骤(2)：依据里程信息，控制摄像头采集路面图像，起始里程与脉冲间隔有如下关系：
[0011]
s＝d*c
[0012]
其中，s为起始里程，c为行驶过程中的累计脉冲数，摄像头采集第i张路面图像ii时，第i张路面图像的累计脉冲数为ci，第i张路面图像起始里程位置si＝d*ci，其中路面图像编号i＝1,2,...,n，n为路面图像总数；
[0013]
步骤(3)：对路面图像ii进行透视变换得到i
′i，变换后的二维图像上的点(x
′
,y
′
)计算公式如下：
[0014][0015]
其中，(x,y)为原图的坐标点，a
11
，a
12
，a
13
，a
21
，a
22
，a
23
，a
31
，a
32
为已知参数；
[0016]
步骤(4)：透视变换后的路面图像i
′i按照对应里程si进行拼接，v为路面图像的成像范围，当相邻路面图像对应里程间距小于等于v时，相邻图像重叠范围wi＝v-(s
i 1-si)且wi≥0，当相邻路面图像对应里程间距大于v时，相邻图像重叠范围wi＜0，即相邻图像不重叠，其中i＝1,2,...,n为路面图像编号；
[0017]
步骤(5)：对相邻图像重叠部分进行加权叠加，使图像拼接边界更自然，加权公式如下：
[0018]i″i＝α*i
′i β*i
′
i 1
,i＝1,2,...,n-1
[0019]
其中，i
′i、i
′
i 1
为相邻图像，i
″i为相邻图像重叠部分，α、β分别为i
′i、i
′
i 1
的占比权重，α、β满足公式：
[0020][0021]
其中，ξ为可调参数且0＜ξ＜1，k为重叠部分i
″i的里程坐标且本发明的显著优点为：1.高效性，可以免去人工巡检的耗时、影响交通运行和高危险性等问题并快速呈现完整路面情况；2.易实现，根据里程信息来拼接路面图像，不需要额外的其他信息，便捷且快速；3.低成本，相较于其他路面检测车，安装和采集实现过程简单，成本低；4.鲁棒性高，可以广泛应用于高速公路、城市路面等各种路面图像。
【附图说明】
[0022]
图1为本发明的流程图；
[0023]
图2为高清摄像头路面采集车后视图；
[0024]
图3为透视变换效果图，(a)透视变换前，(b)透视变换后；
[0025]
图4为相邻两幅路面图像拼接效果图,(a)拼接前，(b)拼接后；
[0026]
图5为相邻两幅路面图像拼接边界优化效果图，(a)优化前，(b)优化后。
【具体实施方式】
[0027]
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0028]
结合图1，本发明是一种里程控制路面图像快速拼接方法，主要包括在采集车尾顶端安装高清摄像头、采集路面图像、处理图像、拼接、优化边界等流程。首先，在车尾顶端安装高清摄像头，摄像头正方向与地面保持一定夹角，在车轮上安装编码器，通过车轮的转动获得里程信息；其次，依据里程信息，控制摄像头采集路面图像；接着，将采集到的路面图像进行透视变换处理，将视野调整到路面正上方，从而将“梯形”路面转换成“长方形”路面；然后，将透视变换后的路面图像按照对应里程进行拼接；最后对图像拼接边界进行优化得到清晰且直观的完整路面图像，具体步骤如下：
[0029]
第一步，在检测车尾顶端安装高清摄像头
[0030]
路面图像由位于车尾顶端的高清摄像头获得，摄像头正方向与地面保持一定夹角，在车轮上安装编码器，通过车轮的转动获得里程信息，编码器参数有如下关系：
[0031][0032]
其中，l为编码器周长，d为脉冲间隔，q为单圈脉冲数，p为间隔脉冲数，当编码器周长为0.2米，单圈脉冲数为500，间隔脉冲数为25时，可得到脉冲间隔为0.01米，表示每隔0.01米发送一次脉冲信号，高清摄像头路面采集车后视图如图2所示。
[0033]
第二步，依据里程信息，控制摄像头采集路面图像，起始里程与脉冲间隔有如下关系：
[0034]
s＝d*c
[0035]
其中，s为起始里程，c为行驶过程中的累计脉冲数，摄像头采集第i张路面图像ii,i＝1,2,...,n时，对应的累计脉冲数为ci,i＝1,2,...,n，起始里程位置si＝d*ci,i＝1,2,...,n，n为路面图像总数。
[0036]
第三步，对路面图像ii进行透视变换得到i
′i，变换后的二维图像上的点(x
′
,y
′
)计算公式如下：
[0037][0038]
其中，(x,y)为原图的坐标点，a
11
，a
12
，a
13
，a
21
，a
22
，a
23
，a
31
，a
32
为已知参数，a
33
＝1，透视变换前后的效果图如图3所示。
[0039]
第四步，透视变换后的路面图像i
′i,i＝1,2,...,n按照对应里程si,i＝1,2,...,n进行拼接，v为路面图像的成像范围，当相邻路面图像对应里程间距小于等于v时，相邻图像重叠范围wi＝v-(s
i 1-si)且wi≥0，当相邻路面图像对应里程间距大于v时，相邻图像重叠范围wi＜0，即相邻图像不重叠，相邻两幅路面图像拼接效果图如图4所示。
[0040]
第五步，对相邻图像重叠部分进行加权叠加，使图像拼接边界更自然，加权公式如下：
[0041]i″i＝α*i
′i β*i
′
i 1
,i＝1,2,...,n-1
[0042]
其中，i
′i、i
′
i 1
为相邻图像，i
″i为相邻图像重叠部分，α、β分别为i
′i、i
′
i 1
的占比
权重，α、β满足公式：
[0043][0044]
其中，ξ为可调参数且0＜ξ＜1，k为重叠部分i
″i的里程坐标且相邻两幅路面图像拼接边界优化前后的效果图如图5所示。
[0045]
本说明书中所描述的具体实施例，所取名称可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例说明。凡依据本发明构思的构造、特征及原理所做的等小变化或者简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。