[發明專利]一種基于機器視覺的路基壓實度在線檢測方法

無效

• 申請號: 201110419615.4
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102519965A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 郝飛;朱松青;陳茹雯;劉娣;高海濤;丁文政
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 蔣海軍

1.一種基于機器視覺的路基壓實度在線檢測方法，其步驟為：

(1)組建視覺測量系統：

一個壓實度采樣點的壓實度測量，其測量系統由1臺CCD相機、1個采樣標志特征點和1個標志樁組成，多個壓實度采樣點采樣時，則相應增加采樣標志特征點和標志樁數量，其中，標志樁共計分三層，每層均為“十”字型，從左至右分別記為面□₁、面□₂和面□₃，此三個面的角點依次標記為1，2，3...，12；

(2)圖像處理：

CCD相機采集壓實現場圖像，然后提取標志樁三層共計36個點的圖像坐標，擬合得到標志樁的三個“十”字形；提取采樣標志特征點中心的圖像坐標以及圓形采樣標志特征點成像后的橢圓長半軸和橢圓短半軸像素尺寸大小參數；

(3)沉降量計算：

根據“十”字形真實尺寸和圖像尺寸以及采樣標志特征點的真實尺寸和圖像尺寸，計算得到采樣標志特征點中心到標志樁選定參考點之間的垂直距離，與之前一次的垂直距離相比較，得到本次壓實作業的沉降量；

(4)路基壓實度計算：

將步驟(3)得到的沉降量代入沉降量-壓實度數學模型，即可計算出路基新的壓實度。

2.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的路基壓實度在線檢測方法，其特征在于：步驟(1)中的標志樁布置在壓實度采樣點附近，該壓實度采樣點和標志樁在CCD相機的視場之內，其中，標志樁布置在施工路段沿線上，面□₁、面□₂和面□₃相互平行，面□₁與施工路面相垂直；壓實度采樣標志特征點是通過噴涂油漆的方式，在路段表面壓實度采樣點處噴涂圓形標志作為特征點的。

3.根據權利要求2所述的一種基于機器視覺的路基壓實度在線檢測方法，其特征在于：步驟(2)圖像處理的成像模型中，設O_c-X_cY_cZ_c為CCD相機坐標系，O_c為CCD相機光心，Z_c軸與CCD相機光軸重合，將世界坐標系(O_w-X_wY_wZ_w)與CCD相機坐標系重合，I為像平面，O-XY為圖像物理坐標系，o-uv為圖像像素坐標系，P_ij為面□_i(i＝1，2，3)上第j個角點(j＝1，2，…，12)，對應像點用P_ij′表示，P₀是人工標志的壓實度采樣標志特征點，即為沉降量的測點，像點記為P₀′；設定以下參數或幾何條件：

a)P_ij在O_c-X_cY_cZ_c上的坐標用表示；

b)P_ij′在圖像坐標系O-XY上的坐標用(X^ij，Y^ij)表示；

c)P_ij′在像素坐標系o-uv上的坐標用(u^ij，v^ij)表示；

d)相機的焦距用f表示；

e)像素在成像平面X和Y方向尺寸分別是dx和dy；

f)坐標系O-XY的原點在圖像像素坐標系o-uv上的坐標為(u₀，v₀)；

g)若線段p_ijp_ij+1在相機坐標系中是豎直方向的，那么p_ij+1p_ij+2必定處于水平方向，不妨假定p_ijp_ij+1為相機坐標系中豎直方向的線段；

取P_ij、P_ij+1及P_ij+2三個點，結合成像模型，其成像過程如下：

根據小孔成像原理，得到以下等式成立：

Xij=f·(Xcij/Zci)Yij=f·(Ycij/Zci)---(0.1)]]>

uij=Xij/dx+u0vij=Yij/dy+v0---(0.2)]]>

記點P_ij和點P_ij+1兩點間距離為l₁，點P_ij′和點P_ij+1′兩點像素間距離為l₁′，則有：

l1=Ycij-Ycij+1l1′=vij-vij+1=fdy·Ycij-Ycij+1Zci---(0.3)]]>

定義豎直方向的測量比β_⊥：

β⊥=l1l1′=Zcif/dy---(0.4)]]>

同樣可以定義水平方向的測量比β_-：

β-=Zcif/dx---(0.1)]]>

上述的測量比是用來表征視覺測量系統在給定距離處被測物體幾何尺寸與像素尺寸間關系的物理量；

面□₁有六條平行于X_c軸的邊，即為水平邊，成像后可以得到六個水平方向的測量比，將六個水平方向的測量比的平均值作為面□₁位置處水平方向的測量比，用符號表示，同樣，可以獲得面□₂位置處水平方向的測量比面□₃位置處水平方向的測量比面□₁有六條平行于Y_c軸的邊，即為豎直邊，成像后可以得到六個豎直方向的測量比，也同樣用取平均值的方法，計算出面□₁位置處豎直方向的測量比同理，得面□₂位置處豎直方向的測量比面□₃位置豎直平方向的測量比Δ₁₂和Δ₁₃是兩個過程變量，分別表示第一個十字和第二個十字之間的距離，以及第一個十字和第三個十字之間的距離；C1表示變量Δ₁₂的值；C2表示變量Δ₁₃的值，則有：

β‾-1=Zc1f/dxβ‾-2=Zc2f/dxβ‾-3=Zc3f/dxZc1=Zc2+Δ12Zc1=Zc2+Δ12Δ12=C1Δ13=C2---(0.6)]]>

β‾⊥1=Zc1f/dyβ‾⊥2=Zc2f/dyβ‾⊥3=Zc3f/dyZc1=Zc2+Δ12Zc1=Zc2+Δ12Δ12=C1Δ13=C2---(0.7)]]>

求解超定方程組(0.6)可以得到參數f/dx的近似解，求解超定方程組(0.7)可以得到參數f/dy的近似解，圓形特征點P₀成像后為一橢圓形，選取圓上平行于成像平面的直徑計算特征點處水平方向的測量比根據式(0.5)可以得到采樣標志特征點處的坐標