弱标定激光结构光公路平整度在线测量方法研究

发布时间：2017-05-12 02:12

  本文关键词：弱标定激光结构光公路平整度在线测量方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着高速公路建设的快速发展,公路检测与养护管理已成为我国公路建设领域的重要任务。公路平整度是评价路面质量最重要的参数之一,直接影响着公路使用寿命和行车安全。早期的公路平整度检测方法主要有直尺测量法等人工测量方法,速度慢,误差大。随着激光测量技术和电子技术的发展,出现了以位移传感器或加速度传感器为主的车载式激光平整度仪,但属于稀疏点测量,并不能完整反映路面纵断面的波动状况,且相关设备价格昂贵。结构光测量是一种基于光学三角测量原理的非接触式测量技术,在公路平整度测量中已逐渐获得应用,但现有系统存在标定复杂且成本较高的问题。针对上述问题,论文开展了两方面的研究工作。首先,我们发现公路平整度国家标准计算方法约束下的横切面平整度与系统标定参数之间是一种弱相关性,解决了系统标定复杂的问题。然后,提出了一种鲁棒的激光结构光光条自动识别算法,着力解决边缘保持图像降噪、路面背景干扰抑制和激光结构光光条曲线提取与拟合等关键技术问题,仿真分析和实际实验结果验证了本文方法的准确性和鲁棒性。论文的主要工作如下:(1)利用激光结构光成像光条在图像中的像素位移量和一个系统标定参数实现了公路平整度的精确测量。在同等测量精度条件下,与现有方法相比具有系统标定简单、成本低和安装使用方便等优点。(2)提出了一种基于迭代次数和时间步长约束的PM各向异性扩散实时滤波算法,有效保持了激光结构光成像光条的细节特征,通过迭代次数和时间步长约束,保证算法的实时性。(3)根据激光结构光光条特有的管状灰度分布特征,利用高斯二阶导数和边缘抑制滤波算法,抑制公路表面车辆阴影和地标线等复杂干扰因素对激光光条识别准确性的影响。运用三弯矩法构造三次样条函数以及使用导数连续和边界条件作为约束,进行激光光条曲线的精确拟合。
【关键词】：公路平整度 线结构光 三角测量 PM滤波 三次样条插值
【学位授予单位】：沈阳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 研究背景与意义12
• 1.2 公路平整度检测国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国外研究现状13
• 1.2.2 国内研究现状13-15
• 1.3 结构光三维平整度检测研究现状15-18
• 1.4 本论文的主要研究内容及结构安排18-22
• 第2章 公路平整度计算与测量系统标定参数的弱相关性22-38
• 2.1 公路平整度检测指标22-26
• 2.1.1 平整度定义22-23
• 2.1.2 标准差及其计算23-24
• 2.1.3 国际平整度指数及其计算24-26
• 2.2 结构光平整度测量原理26-30
• 2.2.1 激光三角测量原理26-28
• 2.2.2 摄像机成像模型28-30
• 2.3 传统结构光传感器标定30-33
• 2.3.1 常用摄像机参数标定技术30-31
• 2.3.2 常用线结构光平面标定技术31-33
• 2.4 公路横切面平整度弱标定33-37
• 2.4.1 平整度弱标定结构光测量原理33-35
• 2.4.2 平整度与标定参数弱相关性仿真实验35-37
• 本章小结37-38
• 第3章 基于各向异性PM的边缘保持图像去噪38-50
• 3.1 传统的去噪方法38-40
• 3.1.1 中值滤波38-39
• 3.1.2 高斯滤波39-40
• 3.2 各向异性PM边缘保持去噪40-44
• 3.2.1 PM边缘保持去噪原理40-43
• 3.2.2 PM算法求解43-44
• 3.3 实验结果分析44-49
• 3.3.1 PSNR去噪指标44
• 3.3.2 各向异性PM迭代求解实验44-46
• 3.3.3 各向异性PM时间步长求解实验46-47
• 3.3.4 几种去噪算法的对比实验47-49
• 本章小结49-50
• 第4章 路面激光结构光光条曲线自动提取算法50-64
• 4.1 路面激光光条提取精度的影响因素50-51
• 4.2 常用的激光光条曲线提取算法51-56
• 4.2.1 Snake模型提取算法51-53
• 4.2.2 高斯曲线拟合算法53-55
• 4.2.3 二值形态学细化算法55-56
• 4.3 路面激光结构光光条自动提取算法原理56-63
• 4.3.1 算法流程56-58
• 4.3.2 高斯二阶导增强激光光条58-60
• 4.3.3 边缘滤波器抑制干扰边缘60-61
• 4.3.4 三次样条精确拟合激光光条61-63
• 本章小结63-64
• 第5章 实验结果与分析64-74
• 5.1 公路横切面平整度系统模型64-66
• 5.1.1 结构光概述64-65
• 5.1.2 系统模型65-66
• 5.2 激光光条自动提取结果分析66-68
• 5.3 激光光条识别及平整度计算GUI设计68-69
• 5.4 实际路面平整度计算69-72
• 本章小结72-74
• 第6章 全文总结与展望74-76
• 6.1 全文总结74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果80-82
• 致谢82-83

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