本发明属于道路检测技术领域；具体涉及一种路面坑槽识别方法及其装置。
背景技术：
目前，城市道路、高速公路、桥梁路面等都是由沥青铺设成沥青路面，由于行车载荷的作用以及自然因素的影响，公路表面逐渐形成多种破损，其中路面凹坑对汽车的平顺性影响最大，而且还会影响行车安全。因此，尽早发现沥青路面的坑槽检测对车辆行驶的重要性不言而喻。
当前道路路面坑槽检大多是基于单摄像机成像，这种方法虽然在检测效率上有了较大改善，但是却难以获取路面坑槽的三维空间信息，也无法定位路面坑槽的位置，为路面维修带来不便。
因此有必要提供一种三维路面坑槽检测技术从深度上获取坑槽的信息，并且能准确快速定位坑槽位置的装置。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种路面坑槽识别方法及其装置，解决了现有技术中难以获取路面坑槽的三维空间信息，无法定位路面坑槽的位置的问题，本发明能够获取路面坑槽的三维空间信息，能够准确快速定位坑槽位置。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种路面坑槽识别方法，包括以下步骤：
步骤(1)，线激光器和双目相机获取路面的图像信息，并发送给计算单元；
步骤(2)，通过悬架位移传感器获取悬架相对于车轮中心的位移d，并且将d与检测车体在平整路面上行驶时悬架相对车轮中心位移的阈值|±d0|进行比较；
步骤(3)，若悬架弹簧处于压缩状态，且|d|>|±d0|，则检测车体经过凸起路面或者驶出坑槽；若悬架弹簧处于拉伸状态，且|d|>|±d0|，则检测车体驶入坑槽；然后记录检测车体经过位置的线性坐标，并且发送给计算单元；
步骤(4)，计算单元获取步骤中的图像信息和步骤中的线性坐标，计算单元通过双目视觉技术提取路面的三维特征，并且提取三维特征的长度、宽度和深度，然后判断获取的图像数据为路面坑槽或路面凸起。
更进一步地，本发明的特点还在于：
步骤(2)中阈值|±d0|的计算过程是：在平整路面上，检测车体处于静止状态时，悬架与车轮中心的距离为△d；检测车体在平整路面上行驶时，获取到悬架与车轮中心的最大距离+d0和最小距离-d0，得到阈值|±d0|。
步骤(4)中双目视觉技术提取路面的三维特征的具体步骤为：
步骤(4.1)，提取路面图像信息中坑槽或凸起的边界特征，在图像坐标系中定义坑槽或凸起的几何对称中心，并且确定坑槽或凸起在纵轴上距离最大的两个点A(a1，b1)，B(a2，b2)，且A、B两点之间的距离为坑槽或凸起的长度；确定坑槽或凸起在横轴上距离最大的两个点C(c2，d2)，D(c2，d2)，C、D两点间的距离为坑槽或凸起的宽度；确定坑槽或凸起距地面切平面距离最大的点N，N与地面切平面上M点之间的距离为坑槽的深度；
步骤(4.2)，以水平地面为基准，双目相机距离水平地面的距离为s，获取步骤(4.1)中图像信息的坑槽或凸起内的若干个点与双目相机之间的距离z，得到zmax＝max(Z1，Z2，Z3，…，Zn)，其中n为点的个数；
步骤(4.3)，若zmax>s，则该图像为地面坑槽；若zmax<s，则该图像为地面凸起。
本发明还提供了一种路面坑槽识别装置，包括检测车体，检测车体前端的顶部伸出有水平设置的固定平板，固定平板的端部设置有两个朝下的双目相机，检测车体上安装有同步控制器；检测车体的悬架上还设置有线激光器，线激光器设置在检测车体的前端，双目相机和线激光器与同步控制器连接；检测车体的悬架与车轮轮轴之间设置悬架弹簧，悬架弹簧上设置有能够测量悬架弹簧压缩量的悬架位移传感器。检测车体上还安装有行车记录装置，行车记录装置与计算单元连接。
双目相机，用于获取被检测道路面的图像数据；
线激光器，用于辅助双目相机获取被检测道路的图像数据；
同步控制器，用于控制双目相机与线激光器同步工作；
行车记录装置，用于获取路面坑槽或凸起的位置参数；
悬架位移传感器，用于获取悬架相对于车轮中心的位移，并辅助行车记录装置获取路面坑槽或凸起的位置参数；
计算单元，用于对获取的路面坑槽或凸起处的图像数据进行分析处理。
更进一步地，本发明的特点还在于：
还包括语音控制单元，语音控制单元与行车记录装置连接，当检测车体连续驶过有坑槽的路面或凸起的路面时，通过语音控制单元控制行车记录装置对行驶区间进行定位。
行车记录装置固定在固定平板的顶部。
计算单元为计算机。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种路面坑槽识别方法及其装置，基于双目视觉可获取路面坑槽或凸起的长度、宽度、深度或高度三维特征；通过将悬架位移传感器与行车记录装置结合，可快速定位坑槽或凸起的位置；后期处理时可根据行车记录装置对坑槽或凸起的定位，直接从计算单元中调取双目相机在该区段的数据图像，节省了大量图像的筛选时间，提高了作业效率。
附图说明
图1为本发明提供的路面坑槽识别装置的主视图；
图2为本发明提供的路面坑槽识别装置的侧视图；
图3为本发明提供的路面坑槽识别方法的流程图；
图4为本发明提供的路面坑槽识别方法的坑槽参数图。
图中：1为双目相机；2为同步控制器；3为线激光器；4为悬架位移传感器；5为计算单元；6为检测车体；7为行车记录装置；8为固定平板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明提供了一种路面坑槽识别装置，如图1和2所示，检测车体6前端的顶部伸出有水平设置的固定平板8，固定平板8的端部设置有两个朝下的双目相机1，且两个双目相机1的中间位置安装有同步控制器2；检测车体6的悬架上还设置有线激光器3，线激光器3设置在检测车体6的前端，双目相机1和线激光器3与同步控制器2连接；检测车体6的悬架与车轮轮轴之间设置悬架弹簧，悬架弹簧上设置有测量悬架弹簧压缩量的悬架位移传感器4；检测车体6上还安装有行车记录装置7，行车记录装置7与计算单元5连接。
优选的，计算单元5采用计算机。
其中检测车体6主要用于为路面检测的各单元提供机械搭载平台，以及稳定的电源。
检测车体6的前端(即车头)顶部中心处安装有固定平板8，固定平板8用于固定双目相机1、行车记录装置7及同步控制器2；固定平板8的一端固定在检测车体6前端中心处，固定平板8的另一端下方用螺栓固定着双目相机1，主要用于获取被检测道路面的图像数据；固定平板8的顶端固定有行车记录装置7，主要用于获取检测车体6的线性坐标；固定平板8与检测车体6顶棚的夹角处固定有同步控制器2，主要用于控制双目相机1与线激光器3同步工作。
检测车体6的前端保险杠处固定线激光器3，线激光器3主要用于辅助双目相机1获取被检测道路的图像数据；同时检测车体6的内部还装有计算单元5，主要用于对获取的路面图像数据进行分析处理。
本发明还提供了一种路面坑槽识别方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤(1)，线激光器3和双目相机1获取被测路面的图像特征。
步骤(2)，悬架位移传感器4获取悬架相对于车轮中心的位移d，并且将d与检测车体在平整路面上行驶时悬架相对车轮中心位移的阈值|±d0|进行比较。
其中车轮轮轴与悬架之间的悬架弹簧刚度为k，空车质量m0，载质量me，me＝m0+Δm，空车无阻尼固有圆频率ω0，则静态弹簧压缩量之差如下：
Δzs＝Δzse-Δzs0
规定该静态悬架弹簧压缩质量之差Δzs为基准零点zs0，车辆在平整路面上行驶时悬架弹簧压缩量在基准零点zs0基础上伸长或压缩，测定其最大伸长量为+d0以及最大压缩量为-d0，规定|±d0|为阈值。
步骤(3)，将悬架位移传感器4获取的悬架相对于车轮中心的位移数据与汽车在平整路面上行驶时悬架相对车轮中心位移的阈值|±d0|进行比较，其中，规定悬架弹簧相对于车轮中心的位移向上伸缩量为+d，悬架弹簧相对于车轮中心的位移向下压缩量为-d，具体定位方式如下：
a)如悬架相对于车轮中心的位移由-d转变为+d，且|d|>|±d0|，则计算单元判定检测车体6驶出坑槽或经过凸起路面，并启用行车记录装置7对该坑槽或凸起线性坐标(x0，y0)进行定位；
b)如悬架相对于车轮中心的位移由+d转变为-d,且|d|>|±d0|，则计算单元判定检测车体6驶入坑槽，并启用行车记录装置7对该坑槽线性坐标(x0，y0)进行定位。
c)在检测车体6连续驶过有坑槽的路面或凸起的路面时，则通过人工控制行驶记录装置7对该行驶区间进行定位。
步骤(4)，行车记录装置7将定位的路面的坐标(x0，y0)反馈给计算单元，处理时计算单元调取双目相机1在该时段获取的路面的图像数据，并利用双目视觉技术判断获取的图像数据是路面坑槽还是路面凸起，并提取坑槽的长度、宽度、深度或高度三维特征。
双目视觉技术提取路面坑槽三维特征的方法如下：
a)计算单元5将双目相机1获取的路面坑槽图像进行同名匹配；
b)提取出坑槽或凸起的边界特征，在图像坐标系中定义坑槽或凸起的几何对称中心，在图像的纵轴方向找出距离最大的两点A(a1，b1)，B(a2，b2)，A、B两点间的距离定义为坑槽的长度。
c)在图像的横轴方向找出距离最大的两点C(c2，d2)，D(c2，d2)，C、D两点间的距离定义为坑槽的宽度。
d)以水平路面为基准，且相机距水平地面的距离为s，获取坑槽或凸起内各个点的三维坐标后，计算各个点与相机之间的距离比较并大小。其中坑槽或凸起各点距相机的距离为z，zmax＝max(z1，z2，z3，…，zn)，n为坑槽或凸起上的点数。
1)若zmax>s，则认为该图像为地面坑槽；
2)若zmax<s，则认为该图像为地面凸起。
得到坑槽内距地面切平面距离最大的一个点N，定义N与地面切平面上M点之间的距离(z-s)为坑槽的深度。