基于激光散斑的路面构造深度三维检测方法研究

• 作 者: 邱瑞鑫
• 出 处: 长安大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 路面抗滑 构造深度 激光散斑 DSCM优化 三维重构

随着我国公路交通基础设施的快速发展,我国公路行业已从基础建设转变为建设与养护并举的方向,对路面进行精确有效的检测是实现交通信息化的保障。构造深度作为路面检测中的重要指标,是路面抗滑性和排水性的重要参数,因此,有必要对路面构造深度进行科学准确的检测,以评估其道路建设及营运的情况,指导其维修和养护工作。针对我国的构造深度测量中存在的缺陷,现存的测量方法已不能满足自动化、高精度的检测需求,因此研究开发高精度、高效率的自动化路面构造深度实时检测方法和装置迫在眉睫,对我国道路养护检测有着重要作用。本文基于传统构造深度检测方法和设备性能特点的分析,结合激光散斑成像原理及散斑特性和影响因素,设计了一种基于激光散斑的构造深度三维检测方法和装置。本文以提高精度、实时性作为检测目标,围绕沥青材料散斑图像质量影响因素研究、原理样机设计、数字散斑相关算法(DSCM)优化、散斑相关的三维重构模型、三维构造深度计算方法与评价指标等关键技术展开研究,最终设计出适用于室外条件的构造深度三维检测系统原理样机,并通过实验验证了该系统的合理性和有效性。本文首先从理论上分析了激光散斑的一阶二阶特性及其数学模型,根据其特性进行模拟散斑模型仿真实验,并依据全局评价参数平均灰度梯度和局部评价参数子区熵对沥青散斑图像进行质量影响因素的实验,设计路面散斑检测的原理样机。然后,对数字散斑相关算法进行了改进优化,提出了基于相关区域的十字搜索方法和基于六点二元二次多项式曲面拟合的亚像素求取方法,对算法中的搜索窗口大小进行了对比实验,选取最优的窗口大小为50?50,并根据数字散斑相关法求取的偏移量与二维坐标关系建立相关匹配三维模型。针对三维重构中出现的边缘毛刺问题,提出了腐蚀膨胀算法和均值优化算法,消除了边缘的毛刺问题,提高了测量精度。其次,给出了三维构造深度的计算模型与方法,将三维数据与手工铺砂数据进行相关拟合,得到了二者关系,并给出了SMTD参数的差值范围作为三维检测构造深度评价指标;最后,通过在不同状况的路面进行检测,并和铺砂数据结果进行对比,表明其三维数据测量精度在89.5%以上。实验结果表明,该方法能够准确实现对沥青路面构造深度的检测,其成果具有很强的实用价值。