一种路面标志线缺陷检测装置及其检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种路面标志线缺陷检测装置及其检测方法，包括：图像信息采集单元，固定设置于检测车车尾下部的左右两侧，用以获取检测车所处位置的路面图像信息并生成图片；图像信息处理单元，输入端与图像信息采集单元的输出端电连接，用以识别图片中路面图像信息的路面标志线并处理后获得路面标志线的面积和形状的数据信息；图像信息检测单元，输入端与图像信息处理单元的输出端电连接，用以检测路面标志线的缺陷和破损情况；定位信息采集单元，用以获得路面标志线的地理位置信息。本发明相较于现有技术，采用检测车和检测设备的集成，降低了检测过程中的安全隐患，也避免了复杂路面受车辆和行人的影响，检测的准确性高，提高了作业效率和质量。
【专利说明】
一种路面标志线缺陷检测装置及其检测方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种路面标志线缺陷检测装置及其检测方法。
【背景技术】
[0002] 现代交通系统已经十分发达，但由于道路交通安全问题，人们对道路交通环境的 需求也越来越高。其中，路面标志线是引导车辆安全驾驶的重要部分，通过图案、符号、文字 等直接传递给驾驶人、行人准确的视觉信息。一方面有效的路面标志线可以减少交通事故、 保障畅通的交通环境;另一方面路面标志线也是道路景观美化工程的一部分。但是，使用一 段时间后，路面标志线会出现破损、可见性自然退化等缺陷，影响其交通指向功能和道路美 观，因此，从道路养护出发，需要对路面标志线的缺陷破损进行定期检测。
[0003] 现有的传统检测方法是人工现场目测评价或手工测量采集，其缺点是费时费力， 而且数据的准确性易受人为因素干扰，同时现场采集操作存在安全隐患。
[0004] 现有的新型检测方法是采用机器视觉系统检测路面标志线，但这种手段多用于车 辆导航系统。其缺点是在复杂路面易受车辆、行人等非检测信息干扰，而且不能对所检测的 路面标志线进彳丁精确定位。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种路面标志线缺陷检测装置及其检测方 法。
[0006] 为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
[0007] 本发明提供一种路面标志线缺陷检测装置，包括：
[0008] 图像信息采集单元，其固定设置于检测车车尾下部的左右两侧，用以获取检测车 所处位置的路面图像信息并生成图片；
[0009] 图像信息处理单元，其输入端与图像信息采集单元的输出端电连接，用以识别图 片中路面图像信息的路面标志线并处理后获得路面标志线的面积和形状的数据信息； [0010]图像信息检测单元，其输入端与图像信息处理单元的输出端电连接，用以检测路 面标志线的缺陷和破损情况；
[0011] 定位信息采集单元，用以获得路面标志线的地理位置信息。
[0012] 本发明相较于现有技术，采用检测车和检测设备的集成，降低了检测过程中的安 全隐患，也避免了复杂路面受车辆和行人的影响，检测的准确性高，提高了作业效率和质 量。
[0013] 其中，上述的图像信息采集单元包括两个高速面阵相机，其分别固定设置于检测 车车尾下部的左右两侧；
[0014] 上述的定位信息采集单元包括旋转编码器和GPS接收器，旋转编码器设置于检测 车的车轮上用以记录检测车的行驶里程，GPS接收器设置于检测车上用以获取检测车的地 理位置信息。
[0015] 作为优选的方案，上述的定位信息采集单元与检测车的车载导航装置连接，用以 获取检测车的地理位置信息并在车载导航装置的导航地图上标出破损的路面标志线位置 以共享给道路养护车。
[0016] 请补充图像信息处理单元的组成以及之间的连接关系。
[0017] 作为优选的方案，上述的还设置有固定于检测车内的图像信息存储与监测单元， 包括信息存储卡和车载计算机，信息存储卡的输入端与图像信息采集单元、图像信息处理 单元、图像信息检测单元、定位信息采集单元的输出端电连接，信息存储卡的输出端与车载 计算机的输入端电连接，用以对所检测的路面图像信息、路面标志线的面积和形状信息、地 理位置信息、以及识别区域是否破损的结论进行存储和显示。
[0018] 在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：
[0019] 作为优选的方案，本发明还提供一种路面标志线缺陷检测方法，应用了上述的路 面标志线缺陷检测装置，包括以下步骤：
[0020] 步骤1:驱动检测车驶入待检测道路，定位信息采集单元开始采集地理位置信息确 定检测车的位置信息；
[0021] 步骤2:在检测车行进过程中，采用两个高速面阵相机采集路面图像信息并生成图 片；
[0022]步骤3:图片信息处理单元根据两个高速面阵相机拍到的图片进行图像处理，将图 片中的路面标志线识别出来，确定识别区域的面积和形状的数据信息；
[0023] 步骤4:图片信息检测单元根据识别出来的路面标志线进行图像处理，检测路面标 志线是否有缺陷和破损。
[0024] 作为优选的方案，上述的还包括步骤5:控制图像信息存储与监测单元工作，信息 存储卡将路面标志线面积和形状的数据信息、地理位置信息、以及识别区域是否破损的结 论存储，并将检测结果显示在车载计算机上。
[0025] 作为优选的方案，上述的步骤4判断检测路面标志线是否有缺陷和破损的方法包 括以下步骤：
[0026] (1)在识别区域的平面上建立坐标系，以区域长度方向为X方向，宽度方向为y方 向，区域上各点组成一个区域空间XY;
[0027] (2)在区域长度方向即X方向将识别区域均分为η段，形成η个X方向尺寸相同的小 识别区域；
[0028] (3)对η个小识别区域，分别拟合出对应的最小包络矩形；
[0029] (4)根据以下公式计算：
[0030] Δ i =Ai~ai
[0031] 其中，A1表示第i个小识别区域的破损面积差，ai表示每个小识别区域的面积，Ai 表示第1个小识别区域对应的最小包络矩形的面积；
[0032] (5)根据以下公式计算：
[0033]
[0034] 其中，z表示识别区域的总破损面积差；
[0035] (6)设定一个破损程度极限值δ，若ζ<δ，则认为无破损;若2>3,则认为有破损。
[0036] 采用上述的优选方案，对于检测路面标志线的矩形度更准确、更有效。
[0037] 作为优选的方案，上述的步骤4判断检测路面标志线是否有缺陷和破损的方法包 括以下步骤：
[0038] (1)在识别区域的平面上建立坐标系，以区域长度方向为X方向，宽度方向为y方 向，区域上各点组成一个区域空间XY;
[0039] (2)在区域长度方向即X方向将识别区域均分为η段，形成η个X方向尺寸相同的小 识别区域；
[0040] (3)计算每个小识别区域的面积，记为S1;并找出面积最大的区域，记为S 0;
[0041 ] Μ)枏抿WT公忒i+笪.
[0042] '
[0043] 其中，α表示识别区域X方向的总破损面积差；
[0044] (5)在区域宽度方向即y方向将识别区域均分为m段，形成个m方向尺寸相同的小识 别区域；
[0045] (6)计算每个小识别区域的面积，记为并找出面积最大的区域，记为Po;
[0046] (7)根据以下公式计算：
[0047]其中，b表示识别区域y方向的总破损面积差；
[0048] (8)根据以下公式计算:c = a+b
[0049]其中，c表示识别区域的综合破损面积差；
[0050] (9)设定一个破损程度极限值δ，若(：<δ，则认为无破损;若(：>3,则认为有破损。
【附图说明】
[0051] 图1为本发明一种实施方式的结构框图。
[0052] 图2为本发明一种实施方式的检测车的结构示意图。
[0053] 图3为本发明一种实施方式的路面标志线缺陷检测方法的流程图。
[0054]图4为本发明一种实施方式的路面标志线缺陷检测方法的结构示意图。
[0055] 图5为本发明另一种实施方式的路面标志线缺陷检测方法的流程图。
[0056] 图6为本发明另一种实施方式的路面标志线缺陷检测方法的结构示意图。
[0057]其中，1.检测车，2.定位信息采集单元，3.图像信息采集单元。
【具体实施方式】
[0058] 下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
[0059] 为了达到本发明的目的，如图1至图4所示，在本发明的其中一种实施方式中提供 一种路面标志线缺陷检测装置，包括：
[0060] 图像信息采集单元3,其固定设置于检测车1车尾下部的左右两侧，用以获取检测 车1所处位置的路面图像信息并生成图片；
[0061] 图像信息处理单元，其输入端与图像信息采集单元3的输出端电连接，用以识别图 片中路面图像信息的路面标志线并处理后获得路面标志线的面积和形状的数据信息；
[0062]图像信息检测单元，其输入端与所述图像信息处理单元的输出端电连接，用以检 测路面标志线的缺陷和破损情况；
[0063]定位信息采集单元，用以获得路面标志线的地理位置信息。
[0064] 本实施方式相较于现有技术，采用检测车和检测设备的集成，降低了检测过程中 的安全隐患，也避免了复杂路面受车辆和行人的影响，检测的准确性高，提高了作业效率和 质量。
[0065] 其中，上述的图像信息采集单元包括两个高速面阵相机，其分别固定设置于检测 车车尾下部的左右两侧；
[0066] 上述的定位信息采集单元包括旋转编码器和GPS接收器，旋转编码器设置于检测 车的车轮上用以记录检测车的行驶里程，GPS接收器设置于检测车上用以获取检测车的地 理位置信息。
[0067]为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内 容的基础上，上述的定位信息采集单元与检测车的车载导航装置连接，用以获取检测车的 地理位置信息并在车载导航装置的导航地图上标出破损的路面标志线位置以共享给道路 养护车。
[0068]请补充图像信息处理单元的组成以及之间的连接关系。
[0069] 作为优选的方案，上述的还设置有固定于检测车内的图像信息存储与监测单元， 包括信息存储卡和车载计算机，信息存储卡的输入端与图像信息处理单元、图像信息检测 单元、定位信息采集单元的输出端电连接，信息存储卡的输出端与车载计算机的输入端电 连接，用以对所检测的路面图像信息、路面标志线的面积和形状的数据信息、地理位置信 息、以及识别区域是否破损的结论进行存储和显示。
[0070] 为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内 容的基础上，本实施例还提供一种路面标志线缺陷检测方法，应用了上述的路面标志线缺 陷检测装置，包括以下步骤：
[0071 ]步骤1:驱动检测车驶入待检测道路，定位信息采集单元开始采集地理位置信息确 定检测车的位置信息；
[0072]步骤2:在检测车行进过程中，采用两个高速面阵相机采集路面图像信息并生成图 片；
[0073]步骤3:图片信息处理单元根据两个高速面阵相机拍到的图片进行图像处理，将图 片中的路面标志线识别出来，确定识别区域的面积和形状的数据信息；
[0074] 步骤4:图片信息检测单元根据识别出来的路面标志线进行图像处理，检测路面标 志线是否有缺陷和破损。
[0075] 作为优选的方案，上述的还包括步骤五:控制图像信息存储与监测单元工作，信息 存储卡将路面标志线面积和形状的数据信息、地理位置信息、以及识别区域是否破损的结 论存储，并将检测结果显示在车载计算机上。
[0076] 如图3所示，为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式 中，在前述内容的基础上，上述的步骤四判断检测路面标志线是否有缺陷和破损的方法包 括以下步骤：
[0077] (1)在识别区域的平面上建立坐标系，以区域长度方向为X方向，宽度方向为y方 向，区域上各点组成一个区域空间XY;
[0078] (2)在区域长度方向即X方向将识别区域均分为η(η取5)段，形成5个X方向尺寸相 同的小识别区域；
[0079] (3)对所述5个小识别区域，分别拟合出对应的最小包络矩形；
[0080] (4)计算第1个小识别区域的面积，记为a1;计算第1个小识别区域对应的最小包络 矩形的面积，记为Αι，计算；Δ ：L=Ai-ai
[0081] 计算第2个小识别区域的面积，记为a2;计算第2个小识别区域对应的最小包络矩 形的面积，记为A2,计算：；A 2=A2-a2
[0082] 计算第3个小识别区域的面积，记为a3;计算第3个小识别区域对应的最小包络矩 形的面积，记为A3,计算：；A 3=A3-a3
[0083] 计算第4个小识别区域的面积，记为a4;计算第4个小识别区域对应的最小包络矩 形的面积，记为A4,计算：；A 4=A4-a4
[0084] 计算第5个小识别区域的面积，记为a5;计算第5个小识别区域对应的最小包络矩 形的面积，记为A5,计算：；A 5=A5-a5
[0085] (5)根据以下公式计算：
[0086]
[0087] 其中，z表示识别区域的总破损面积差；
[0088] (6)设定一个破损程度极限值δ，若ζ<δ，则认为无破损;若2>3,则认为有破损。
[0089] 采用上述的优选方案，对于检测路面标志线的矩形度更准确、更有效。
[0090] 如图4所示，为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式 中，在前述内容的基础上，上述的步骤四判断检测路面标志线是否有缺陷和破损的方法包 括以下步骤：
[0091] (1)在识别区域的平面上建立坐标系，以区域长度方向为X方向，宽度方向为y方 向，区域上各点组成一个区域空间XY;
[0092] (2)在区域长度方向即X方向将识别区域均分为η (η取10)段，形成10个X方向尺寸 相同的小识别区域；
[0093] (3)计算每个小识别区域的面积，记为S1;并找出面积最大的区域，记为S 0;
[0094] (4)根据以下公式计算：
[0095]
[0096] 其中，α表示识别区域X方向的总破损面积差；
[0097] (5)在区域宽度方向即y方向将识别区域均分为m(m取20)段，形成个20方向尺寸相 同的小识别区域；
[0098] (6)计算每个小识别区域的面积，记为并找出面积最大的区域，记为Po;
[0099] (7)根据以下公式计算
[0100]其中，b表示识别区域y方向的总破损面积差；
[0101] (8)根据以下公式计算:c = a+b
[0102]其中，c表示识别区域的综合破损面积差；
[0103] (9)设定一个破损程度极限值δ，若(：<δ，则认为无破损;若(：>3,则认为有破损。
[0104]为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内 容的基础上，上述的步骤3中，图片信息处理单元结合HALCON机器视觉软件，将图像中的路 面标志线的区域识别出来。
[0105]对于面阵相机获得的路面图像Actual Image，利用sobel算子提取图像边缘，得到 梯度区域图像Gradient;并设定两个阀值以确定灰度值范围，对图像进行阈值处理，得到只 有两个灰度值的二值图像，即区分出振幅较大的区域，并赋予对应输出图像的像素为白色 (255)，获得设定灰度值范围内的图像区域图像Points;接着将提取出的白色像素点着色， 用绿色标识，由此得到识别区域RegionFi I IUp。
[0106]其中的具体算法步骤如下：
[0107] (1)读取面阵相机获得的路面图像Actual Image，设左上角的第一个像素为原点， 向右为X轴的正方向，向下为y轴的正方向。
[0108] (2)缩减图像定义域，得到指定网格区域StreetGrid内的Actual Image图像，输出 为覆盖区域图像Mask。
[0109] (3)图像边缘增强处理，为后续阈值处理做准备。
[0110] (4)使用SObel算子提取覆盖区域图像Mask的图像边缘，计算：
[0111] !,
[0112]
[0113] 衫则图像水平边缘、垂直边缘的模板， F为原始图像，Gx、Gy分别为经过水平边缘检测、垂直边缘检测的图像，G为边缘检测的梯度。
[0114 ] 利用"sum-ab s"滤波类型，得到梯度区域图像Grad i ent 〇
[0115] (5)对梯度区域Gradient进行阈值处理，通过两个阀值将图像边缘提取出来。
[0116]设定两个阀值 MinGray、MaxGray，
[0117]
[0118] 共中，U，y)是骰处埋的柹度凶颂Gradi ent中的傢系点坐标；F (X，y)为被处理的梯 度区域Gradient中的像素点的灰度值;Q(x，y)为处理后获得的新区域Points中的像素点的 像素值。由此得到只有两个灰度值的二值图像，即区分出振幅较大的区域，并赋予对应输出 图像的像素为白色（255)，获得灰度值在MinGray彡F(x，y) SMaxGray范围内的图像区域 Points0
[0119] (6)以检测出的图像区域Points中的点为中心进行矩形扩张，得到膨胀区域 RegionDilation0
[0120] (7)缩减图像定义域，得到膨胀区域RegionDilation内的Actual Image图像，输出 为白色车道线区域StripGray。即把白色车道线从图像中提取出来
[0121] (8)对白色车道线区域StripGray进行阈值处理，二值化，即找出振幅较大的区域， 获得灰度值在190-225范围内的路面标志线区域Strip
[0122] (9)填充，对路面标志线区域Strip中的白色像素点用绿色进行着色，得到车道线 填充区域Reg i onFi I IUp，即识别区域。
[0123] 以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明 的保护范围。
【主权项】
1. 一种路面标志线缺陷检测装置，其特征在于，包括： 图像信息采集单元，其固定设置于检测车车尾下部的左右两侧，用以获取检测车所处 位置的路面图像信息并生成图片； 图像信息处理单元，其输入端与所述图像信息采集单元的输出端电连接，用以识别图 片中路面图像信息的路面标志线并处理后获得路面标志线的面积和形状的数据信息； 图像信息检测单元，其输入端与所述图像信息处理单元的输出端电连接，用以检测路 面标志线的缺陷和破损情况； 定位信息采集单元，用以获得路面标志线的地理位置信息。2. 根据权利要求1所述的路面标志线缺陷检测装置，其特征在于，所述图像信息采集单 元包括两个高速面阵相机，其分别固定设置于检测车车尾下部的左右两侧。3. 根据权利要求1所述的路面标志线缺陷检测装置，其特征在于，所述定位信息采集单 元包括旋转编码器和GPS接收器，所述旋转编码器设置于检测车的车轮上用以记录检测车 的行驶里程，所述GPS接收器设置于检测车上用以获取检测车的地理位置信息。4. 根据权利要求1所述的路面标志线缺陷检测装置，其特征在于，所述定位信息采集单 元与检测车的车载导航装置连接，用以获取检测车的地理位置信息并在车载导航装置的导 航地图上标出破损的路面标志线位置以共享给道路养护车。5. 根据权利要求1所述的路面标志线缺陷检测装置，其特征在于，所述图像信息处理单 元包括图像识别器和信息处理器，所述图像识别器的输入端与所述图像信息采集单元输出 端电连接，所述图像识别器的输出端与所述信息处理器的输入端电连接，所述信息处理器 的输出端与所述图像信息检测单元的输入端电连接。6. 根据权利要求1所述的路面标志线缺陷检测装置，其特征在于，还设置有固定于检测 车内的图像信息存储与监测单元，包括信息存储卡和车载计算机，所述信息存储卡的输入 端与所述图像信息采集单元、图像信息处理单元、图像信息检测单元、定位信息采集单元的 输出端电连接，所述信息存储卡的输出端与所述车载计算机的输入端电连接，用以对所检 测的路面图像信息、路面标志线的面积和形状的数据信息、地理位置信息、以及识别区域是 否破损的结论进行存储和显示。7. -种路面标志线缺陷检测方法，其特征在于，应用了如权利要求1-5任一所述的路面 标志线缺陷检测装置，包括以下步骤： 步骤1:驱动检测车驶入待检测道路，定位信息采集单元开始采集地理位置信息确定检 测车的位置信息； 步骤2:在检测车行进过程中，采用两个高速面阵相机采集路面图像信息并生成图片； 步骤3:图片信息处理单元根据两个高速面阵相机拍到的图片进行图像处理，将图片中 的路面标志线识别出来，确定识别区域的面积和形状的数据信息； 步骤4:图片信息检测单元根据识别出来的路面标志线进行图像处理，检测路面标志线 是否有缺陷和破损。8. 根据权利要求7所述的路面标志线缺陷检测方法，其特征在于，还包括步骤5:控制图 像信息存储与监测单元工作，信息存储卡将路面标志线面积和形状的数据信息、地理位置 信息、以及识别区域是否破损的结论存储，并将检测结果显示在车载计算机上。9. 根据权利要求7所述的路面标志线缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤4判断检测 路面标志线是否有缺陷和破损的方法包括以下步骤： (1) 在识别区域的平面上建立坐标系，以区域长度方向为X方向，宽度方向为y方向，区 域上各点组成一个区域空间XY; (2) 在区域长度方向即X方向将识别区域均分为η段，形成η个X方向尺寸相同的小识别 区域； (3) 对所述η个小识别区域，分别拟合出对应的最小包络矩形； (4) 根据以下公式计算： Λ i=Ai~ai 其中，A1表示第i个小识别区域的破损面积差，ai表示每个小识别区域的面积，Ai表示 第1个小识别区域对应的最小包络矩形的面积； (5) 根据以下公式计算：其中，z表示识别区域的总破损面积差； (6) 设定一个破损程度极限值δ，若ζ<δ，则认为无破损;若2>3,则认为有破损。10.根据权利要求7所述的路面标志线缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤4判断检测 路面标志线是否有缺陷和破损的方法包括以下步骤： (1) 在识别区域的平面上建立坐标系，以区域长度方向为X方向，宽度方向为y方向，区 域上各点组成一个区域空间XY; (2) 在区域长度方向即X方向将识别区域均分为η段，形成η个X方向尺寸相同的小识别 区域； (3) 计算每个小识别区域的面积，记为S1;并找出面积最大的区域，记为S0; (4) 根据以下公式计算：其中，α表示识别区域X方向的总破损面积差； (5) 在区域宽度方向即y方向将识别区域均分为m段，形成个m方向尺寸相同的小识别区 域； (6) 计算每个小识别区域的面积，记为Pj;并找出面积最大的区域，记为Po; (7) 根据以下公式计算：其中，b表示识别区域y方向的总破损面积差； (8) 根据以下公式计算:c = a+b 其中，c表示识别区域的综合破损面积差； (9) 设定一个破损程度极限值δ，若(：<δ，则认为无破损;若(：>3,则认为有破损。
【文档编号】G01N21/88GK105891220SQ201610390149
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】许坤有, 刘廷杰, 王锐, 丁建华, 王栋, 薛万标, 韩毅
【申请人】昆山市交通工程试验检测中心有限公司