双目重构技术测试路面三维形貌精度的评价装置及方法与流程

本发明涉及道路工程检测技术领域，具体而言，涉及一种使用双目重构技术测试路面三维形貌时的测试精度的评价装置及方法。

背景技术：

良好的抗滑性能是行车安全的重要保障，而表面形貌又是影响抗滑性能的关键因素。鉴于双目重构技术具有抗光干扰能力强、快速、全面、分辨率较高等特点，开始逐步引起道路工作者们的注意，将其应用到路面三维形貌测量中。但是，如何评价双目重构技术对路面三维形貌的测试精度却成为一个难题。具体表现在：(1)高精度、高分辨率的三维形貌测试装置构成复杂、价格昂贵、条件要求严苛，且需要专人保管，养护费用高，普通平台难以拥有；(2)即使获得了精准的路面三维形貌信息，由于分辨率的不同，误差的干扰，如何保证该精准的路面三维形貌的点位信息同双目重构技术获取的三维形貌实现精准匹配，又是一大难题。

现行常用的精度评价方法是通过将所获取的三维形貌中全部点位的形貌信息进行统计平均，用平均后的结果评价不同测试方法间的差异。但是，这种评价方法弱化了测试结果中的噪音成分，评价的并不是双目重构技术真实的测试精度，而是扣除部分噪音后的全局精度，弱化了局部噪音的影响，无形中虚假地提高了测试精度。

因此，本发明提供一种双目重构技术测试路面三维形貌精度的评价装置及方法，致力于解决在高端设备匮乏的前提下，使用较低的成本，快速实现对双目重构技术测试路面三维形貌精度的真实评价。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种双目重构技术测试路面三维形貌精度的评价装置及方法，该评价方法可以在高端设备匮乏的前提下，使用较低的成本完成三维形貌测试精度的真实评价。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

双目重构技术测试路面三维形貌精度的评价装置，包括激光定位系统、点位测试系统和固定基座。所述评价装置用于辅助完成对双目重构技术测试路面三维形貌精度的评价。

优选地，所述激光定位系统包括若干点状激光定位装置和用于支撑若干点状激光定位装置的支撑装置。所述激光定位系统用于指定待测试件表面的待测试点的位置信息。

优选地，所述点状激光定位装置包括点状激光发射器、固定盘、固定螺栓和手调万向支架。

进一步地，所述点状激光发射器用于发射定位激光点；所述固定盘和固定螺栓是将点状激光定位装置固定在激光定位系统上；所述手调万向支架用于调节激光点的位置。

进一步地，所述支撑装置包括多根立柱。具体可选用两根立柱实现对若干点状激光定位装置的支撑。

优选地，所述点位测试系统包括点位高程测试器、可移动中空限位卡槽、水准泡、固定件和支撑件。所述点位测试系统用于测试由点状激光定位装置指定的待测点位的高程数据。

进一步地，所述固定件包括紧固螺栓、连接螺栓、紧固螺丝。

进一步地，所述支撑件包括基座梁、立柱。

优选地，所述点位高程测试器包括游标卡尺或激光点位高程测试器。

优选地，所述固定基座包括压把、橡胶压头，所述压把固定在固定基座上，通过下压或抬高压把手柄来改变橡胶压头的位置，实现待测试件的固定或松开。

进一步地，所述固定基座是固定待测试件、激光定位系统和点位测试系统的载体，包括调平脚座、连接螺孔、压把、水准泡、限位连接底板、橡胶压头、连接紧固螺丝和压把手柄。所述压把通过连接紧固螺丝固定在固定基座上，通过下压或抬高压把手柄来改变橡胶压头的位置，实现待测试件的固定或松开。

双目重构技术测试路面三维形貌精度的评价方法，包括：

固定待测试件；

通过双目重构技术获取待测试件的三维形貌数据；

指定待测试件表面的若干待测点；

通过双目重构技术获取上述若干待测点的第一高程数据；

通过高程测试器获取上述若干待测点的第二高程数据；

计算第一高程数据与第二高程数据的平均绝对偏差、最大绝对偏差、平均相对偏差、最大相对偏差和大偏差百分率，评价双目重构技术在获取路面三维形貌时的测试精度。

优选地，所述评价方法使用路面三维形貌精度测试的评价装置来完成。

优选地，所述评价装置包括激光定位系统、点位测试系统和固定基座。

优选地，所述激光定位系统用于指定待测试件表面的待测点的位置信息，所述点位测试系统用于测试指定的待测点的高程数据，所述固定基座用于作为固定待测试件、激光定位系统和点位测试系统的载体。

进一步地，所述的双目重构技术测试路面三维形貌精度的评价方法，采用所述的评价装置实现，其具体评价流程如下：

(1)通过改变压把手柄的位置将待测试件固定在固定基座上；

(2)获取评价对象的测试数据，即使用双目重构技术(或改进的双目重构技术)测试已固定在基座的待测试件表面的三维形貌数据；

(3)打开点状激光发射器，调节万向支架，通过激光定位系统随机指定数个待测点位；同时，通过双目重构测试系统中的相机采集并识别由激光定位装置指定的待测点的具体位置坐标，并提取这些指定待测点位置坐标下的高程数据；

(4)移开双目重构测试系统，通过连接螺栓将点位测试系统固定到基座上，移动限位卡槽，使用高程测试器(游标卡尺或激光点位高程测试器)逐个测定激光定位系统所指定待测点位的高程数据；

(5)针对激光定位系统所指定的待测点位，计算(3)和(4)步骤中两种高程数据的平均绝对偏差、最大绝对偏差、平均相对偏差、最大相对偏差和大偏差百分率，评价双目重构技术在获取路面三维形貌时的测试精度。其中，大偏差百分率为偏差大于平均偏差的百分率。当大偏差百分率出现以下情况时，表明双目重构技术测试精度的结果较差：1-大偏差百分率较大，达到70％以上；2-虽然大偏差百分率较小，但绝对偏差或相对偏差存在部分较大值；3-大偏差百分率接近50％，绝对偏差或相对偏差均较大，且正负相抵。

本发明提供的双目重构技术测试路面三维形貌精度的评价方法，采用了本发明提供的三维形貌测试精度评价装置，通过激光定位系统、点位测试系统和固定基座三大系统相互配合，实现在使用双目重构技术测试路面三维形貌时的精度评价，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

第一，本发明突破了高端设备的束缚性，在高精度检测设备匮乏的条件下，实现低成本三维形貌测试精度的快速评价；

第二，不同于传统的统计平均结果的评价方法，本发明使用精确的待测点定位法，真实保留噪音误差，实现点对点的测试精度的真实评价。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为根据实施例本发明提供的三维形貌测试精度评价装置的结构示意图。

图2为根据实施例本发明提供的激光定位系统的结构示意图。

图3为根据实施例本发明提供的点位测试系统的结构示意图。

图4为根据实施例本发明提供的固定基座的结构示意图。

图5为根据实施例本发明使用双目重构系统拍摄的沥青混合料试件表面图。

图6为根据实施例本发明提供的点状激光定位效果图。

图标：i-激光定位系统；ii-点位测试系统；iii-固定基座；i-1-点状激光发射器；i-2-固定盘；i-3-手调万向支架；i-4-固定螺栓；i-5-立柱；ii-1-游标卡尺；ii-2-紧固螺栓；ii-3-可移动方向；ii-4-基座梁；ii-5-连接螺栓；ii-6-立柱；ii-7-水准泡；ii-8-可移动中空限位卡槽；ii-9-紧固螺丝；iii-1-调平脚座；iii-2-连接螺孔；iii-3-压把；iii-4-水准泡；iii-5-限位连接底板；iii-6-橡胶压头；iii-7-连接紧固螺丝；iii-8-压把手柄。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另外有更明确的规定与限定，术语“设置”、“连接”应做更广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或是一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一个实施方式作详细说明，在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。

作为一种实施方案，本发明提供一种双目重构技术测试路面三维形貌精度的评价装置，其结构示意图如图1所示。请参照图1，测试三维形貌精度的评价装置包括：激光定位系统i、点位测试系统ii和固定基座iii。激光定位系统i和点位测试系统ii可以通过立柱或螺栓固定在固定基座上，共同完成三维形貌测试精度的评价。

作为一种实施方案，图2为激光定位系统i的结构示意图。请结合参照图1和图2，激光定位系统i包括：点状激光发射器i-1；固定盘i-2；手调万向支架i-3；固定螺栓i-4；立柱i-5。

可选地，激光定位系统i可通过多根立柱固定在固定基座上。具体可选用两根立柱固定在固定基座上，实现对若干点状激光定位装置的支撑。

需要说明的是，激光定位系统i通过立柱i-5固定在固定基座iii上，主要用于指定待测试件表面的待测点的位置信息。激光定位系统i可以根据需要设置不同数目的点状激光定位装置i-1，通过发射点状激光线对待测点进行激光标记。

可选地，在本实施例中，选择了7个点状激光发射器i-1，用于标记待测激光的位置。

可以理解的是，在其它可选的实施例中，点状激光发射器i-1可以选择不同的数目以实现更准确的评价。

可选地，在本实施例中，使用固定盘i-2和固定螺栓i-4，将点状激光发射器i-1连接在激光定位系统i上。

可以理解的是，在其它可选的实施例中，强磁力吸附可以代替机械连接，同样达到固定激光发射器i-1的效果。

可选地，在本实施例中，调整手调万向支架i-3的方向，实现激光定位点的照射角度和位置的调节。

可以理解的是，在其它可选的实施例中，高硬度软管支架可以代替手调万向支架i-3，同样达到调节点状激光发射器i-1照射角度和位置的目的。

作为一种实施方案，图3为点位测试系统ii的结构示意图。请结合参照图1和图3，点位测试系统ii包括：游标卡尺ii-1，紧固螺栓ii-2，可移动方向ii-3(本实施例中指游标卡尺可移动的方向)，基座梁ii-4，连接螺栓ii-5，立柱ii-6，水准泡ii-7，可移动中空限位卡槽ii-8，紧固螺丝ii-9。

需要说明的是，通过基座梁ii-4和连接螺栓ii-5实现点位测试系统ii和固定基座iii之间的紧密连接。配合可移动中空限位卡槽ii-8和游标卡尺ii-1，测试由激光定位系统i指定的待测试位置点的高程。

需要说明的是，水准泡ii-7可以通过调节立柱ii-6上的紧固螺栓ii-2实现对中。游标卡尺ii-1的数据测试应在水准泡ii-7对中的前提下进行。

可选地，在本实施例中，使用精度为0.01mm量程150mm的游标卡尺ii-1，以降低测试成本。

可以理解的是，在其它可选的实施例中，可以选用其他规格的游标卡尺或激光点位高程测试器等其他类型测试工具，以达到所需测试高程的目的。

作为一种实施方案，图4为固定基座的结构示意图。固定基座iii的首要职能是固定待测试件，其次是安装激光定位系统i和测试系统ii的载体。

其中，固定基座iii包括：调平脚座iii-1；连接螺孔iii-2；压把iii-3；水准泡iii-4；限位连接底板iii-5；橡胶压头iii-6；连接紧固螺丝iii-7；压把手柄iii-8。

需要说明的是，在本实施例中，压把iii-3通过连接紧固螺丝iii-7固定在固定基座iii上；根据水准泡iii-4中气泡的位置调节调平脚座iii-1，使固定基座iii水平；三维形貌测试精度评价装置只有在水准泡iii-4中气泡居中的情况下，才能达到更好的评价效果。

可选地，在本实施例中，通过下压或抬高压把手柄iii-8，来改变橡胶压头iii-6的位置，以实现待测试件的固定或松开。

可以理解的是，在其它可选的实施例中，可以使用机械顶杆或压挤的方式，代替压把iii-3，达到固定待测试件的目的。

作为一种实施方案，采用所述的评价装置评价双目重构技术的路面三维形貌测试精度的工作流程如下：

(1)通过抬高或下压压把手柄改变压头位置将待测试件固定在固定基座上；

(2)将双目重构装置对准待测沥青混合料试件，拍摄图像，如图5所示。使用传统未经改进的双目重构算法测试待测试件表面的三维形貌数据。可以理解的是，在其它可选的实施例中，可以选用其他改进的双目重构测试技术；

(3)本实施例使用了7个点状激光定位器，打开固定在固定基座上的激光定位系统，通过点状激光线在待测试件表面指定待测点位，如图6所示。在此基础上，通过双目重构系统中的相机，图像识别激光定位系统所指定待测点位的具体坐标位置，7个激光定位点的图像坐标分别为(387,770)，(470,771)，(451,840)，(410,899)，(543,842)，(553,906)，(520,957)。根据前述双目重构结果，计算指定待测点位的高程数据，记作hi；

(4)移开双目重构装置，将点位测试系统固定到固定基座上，移动限位卡槽，使用游标卡尺逐个测定激光定位系统所指定待测点位的高程，记作hi’；

(5)针对激光定位系统所指定的待测点位，计算双目重构装置和点位测试系统两种测试方法的平均绝对偏差、最大绝对偏差、平均相对偏差、最大相对偏差和大偏差百分率，评价双目重构测试方法的测量精度。

评价指标的计算公式如下：

hi,j＝hj-hi(1)

h’i,j＝h’j-h’i(2)

绝对偏差＝h’i,j-hi,j(3)

相对偏差＝(h’i,j-hi,j)/h’i,j×100％(4)

大偏差百分率＝偏差大于平均值个数/总数据点数×100％(5)

式中，hi为双目重构测试系统测试的指定点i的高程值，mm；h’i为点位测试系统测试的指定点i的高程值；hi,j为由双目重构测试系统测试的指定点j相对于i的高程差；h’i,j为由点位测试系统测试的指定点j相对于i的高程差。

本实施例的分析与评价结果见表1，其中，h1-i表示以指定待测点1为基准，指定待测点i相对于基准点的高程差。

表1双目重构技术测试路面三维形貌精度的分析与评价表

表1中，统计平均后的绝对偏差和相对偏差分别为0.12mm和13.50％，但最大绝对偏差和最大相对偏差却达到0.64mm和83.33％。结果表明，统计平均评价法在一定程度上弱化了噪音的影响，对精度的评价并不真实。因此，在评价双目重构技术对路面三维形貌的测试精度时，应兼顾平均偏差、最大偏差和大偏差百分率，当大偏差百分率出现下列情况之一时，表明测试精度较差：1-大偏差百分率较大，达到70％以上；2-虽然大偏差百分率较小，但绝对偏差或相对偏差存在部分较大值；3-大偏差百分率接近50％，绝对偏差或相对偏差均较大，且正负相抵。表1中，对于绝对偏差的大偏差百分率属于第2种情形，尽管大偏差百分率仅为33.33％，但最大绝对偏差达到0.64mm；而对于相对偏差的大偏差百分率属于第1种情形，其大偏差百分率高达83.33％，高于70％。说明传统双目重构技术用于测量路面三维形貌的精度并不高，需要进一步优化和改进。如果仅用平均统计方法进行双目重构测试精度的评价，势必弱化噪音的干扰，得到错误的评价结果。

综上，本发明提供的双目重构技术测试路面三维形貌精度的评价装置及方法，在高精度测试设备匮乏的前提下，通过简单组装激光定位系统i、点位测试系统ii和固定基座iii共同组成三维形貌测试精度评价装置，使用较低的成本，实现对使用双目重构技术测试路面三维形貌精度的真实评价。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。