[发明专利]一种基于路面车辙病害三维重构的车辙长度计算方法

权利要求书

1.一种基于路面车辙病害三维重构的车辙长度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.在车辆上安装减振器、加速度传感器和至少两台三维线结构光相机，采集路面图像数据和车辆的加速度数据；

S2.将采集到的路面图像数据进行预处理；

S3.消除车辆振动对采集数据的影响；

S4.将三维线结构光相机采集到的路面图像数据进行融合，S4具体是，包括以下步骤：

S41.将待融合的三维点云图A1、A2分别进行平面投影，投影后的图像记为B1、B2；

S42.对图像B1和B2分别进行傅里叶变换：

其中，f(q,r)代表图像像素矩阵，Md和N为图像像素矩阵的行和列，q＝0,1…Md-1，r＝0,1…N-1；F(u,v)表示f(q,r)的傅里叶变换，可以转换为三角函数表示方法，其中，u和v用于确定正余弦的频率；j表示复数；

S43.基于傅里叶变换后的图像，分别计算B1和B2的功率谱P1、P2和相位值Φ1和Φ2；

功率谱计算方法如下：

P(u,v)＝|F(u,v)|²＝R²(u,v)+I²(u,v)

其中，P(u,v)为F(u,v)的功率谱，R(u,v)和I(u,v)分别为F(u,v)的实部和虚部；

相位计算方法如下：

S44.以图像B1为基准，通过图像B2刚性变换的方式，进行两幅图像的配准，图像B2平移后的图像记为B2m；

S45.记录下相位匹配值的最大值Φmax，记录B2m往B1方向平移的平移矩阵Tm；

S46.记录相位匹配最大值对应的图像B2m的Tmax和Rmax；

T_max＝T1+T_M

R_max＝R

其中，平移向量为T1，T_M为B2m往B1方向平移的平移矩阵；Tmax表示最大平移矩阵；R表示旋转矩阵，Rmax表示最大旋转矩阵；

S47.计算图像B1和B2m的重叠区域，记为矩形区域C；

S48.依据面积，对矩形区域C进行8等分，分割完成后，出现15个分割点；

S49.分别提取15个分割点位置，在三维点云图A1和A2中对应的高度值，分别计算高度的平均值H1和H2；

S410.计算高差△H＝H1-H2；定义向上为正方向，向下为负方向；

S411.以A1为基准，将A2通过平移矩阵Tmax、旋转矩阵Rmax和竖向移动位移△H的位置变换，实现三维点云图A1和A2的配准融合，融合后的图像记为A3；

S5.构建三维空矩阵和平面断层切割，完成路面车辙病害的三维重构，具体是，包括以下步骤：

S51.采用垂直投影的方式，将三维车辙图像进行垂直投影，得到车辙的二维图像；

S52.用卷积计算的方式，提取车辙的边缘，包括以下步骤：

S521.建立卷积矩阵Ux,Uy，分别如下：

S522.将车辙二维图像分别与矩阵Ux,Uy进行卷积运算，将卷积最大值作为输出值，运算结果为车辙图像的边缘；

S53.绘制车辙边缘的外接矩形，提取外接矩形的长度H和宽度W；

S54.提取三维车辙图像中，车辙病害的最大深度，记为D；

S55.建立一个空的三维矩阵J，三维矩阵的尺寸与车辙病害的长度、宽度和深度保持一致，三维矩阵的行数为W，列数为H，页数为D；矩阵内部元素均设置为0；

S56.提取采集到的三维车辙图像，采用平面A逐层切割图像的方式，记录全部层位的切割断面位置；

S57.将切割位置映射到S55所述的三维矩阵J中，切割断面区域的元素全部设置为1，即构建得到三维车辙形成的三维矩阵M；

S6.基于路面车辙病害的三维重构计算车辙长度，包括以下步骤：

S61.建立虚拟平面VS，虚拟平面VS与道路横断面方向和道路平面垂直；

S62.提取车辙三维矩阵M的第一页矩阵MWH1，其中，WX方向为道路横断面方向，HY方向为行车方向；

S63.选取矩阵MWH1的第一列向量对应的全部元素，依次编号为NX1,NX2,…,NXH；

S64.将虚拟平面VS移动至NX1位置，记录虚拟平面VS与三维矩阵M的切割平面为VNX1；

S65.以NX1点为起点，NX1点的元素为0，搜索与NX1点上方、下方、左方、右方、左上、右上、左下、右下共8个方向相连的元素为0的点，并记录；

S66.以NX1点与8个方向相连的元素为0的点为基准点，搜索8个方向相连的元素为0的点，并记录；

S67.重复S66，直至无法搜索到与8个方向相连点的下方、左下、右下3个方向元素为0的点，停止搜索；

S68.将全部搜索到的0元素，定义为新的区域PPNX1；

S69.建立卷积矩阵Ux,Uy，分别如下：

将切割平面VNX1分别与卷积矩阵Ux，Uy进行卷积运算，将卷积最大值作为输出值，将输出结果记为PLX1；

S610.计算PPNX1与PLX1的交集，将得到车辙底部轮廓线，记为PLNX1，PLNX1在横断面方向对应的坐标依次记为：PLNX11,PLNX12,…,PLNX1(H-1),PLNX1H；

S611.依次计算PLNX1在PLNX11,PLNX12,…,PLNX1(H-1),PLNX1H位置处至MWH1的竖直距离HNX11,HNX12,…,HNX1H；

S612.依次将虚拟平面VS移动至点NX2,…,NXH上，并重复S64～步骤S611，依次得到点NX2,…,NXH断面对应的车辙底部轮廓线PLNX2，PLNX3…PLNXH；依次得到车辙底部轮廓线PLNX2对应的竖直距离HNX21,HNX22,…,HNX2H；依次得到车辙底部轮廓线PLNXH对应的竖直距离HNXH1，HNXH2,…,HNXHH；

S613.根据S611和S612可得到车辙的深度矩阵LL，具体如下：