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第
32
卷第
4
期
2002
年
10
月
吉林大学学报(工学版)
Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition)
文章编号:
1671 -
5497(2002)04
- 0091 - 07
路面破损图像识别研究进展
王荣本,王起,初秀氏
(吉林大学交通学院,吉林长春.
130025)
Vo
l.
32
No.4
Oc
t.
2002
摘要:介绍了几种典型的基于图像处理技术的路面破损自动检测系统,对路面破损图像采
集、压缩、识别以及路面破损程度评价的研究进展进行了综述,探讨了现有路面破损自动检测
系统研究中存在的问题,并展望了路面破损自动检测技术的发展前景。
关键词:路面养护;路面破损;自动检测;图像识别
中图分类号
:U416
文献标识码
:A
。引言
路面质量对行车安全性、舒适性、经济性以及公路使用周期有重要的影响。随着公路交通运输业的
发展,人们对公路路面质量及其养护提出了更高的要求。我国现有公路里程已经超过
130
万公里,
90
年代以前,由于对路面管理缺乏系统的数据采集、评价,科学的养护决策及对路面破损的定量评价,造成
养护资金浪费、路面质量下降及使用费用增加。为改变这种状况,适应现代化、大规模、高速度和高质量
的公路养护管理要求,许多交通管理部门都实施了路面管理系统
(PMS)
。但路面管理系统所采集的路
面破损数据仍主要采用人工检测,难以对路面破损进行客观和准确的评价。因此,研究路面破损自动检
测技术,并结合高新技术来开发和设计高效、快速、准确的路面破损自动检测系统具有重要的意义。对
此,国内外的许多研究人员都进行了深入的研究,特别是利用摄影或摄像技术开发路面破损信息采集系
统,运用图像识别等技术处理路面破损信息已经成为本领域的研究热点
[1
寸]。
图像识别包括图像预处理、图像分割、目标描述、图像分类等几个环节,由于路面破损图像内容复
杂,加上受到一些噪声的干扰,常规的图像识别处理方法难以完成路面破损图像识别问题。因此,一些
人工智能处理方法如神经网络、专家系统、模糊逻辑、遗传算法等在路面破损图像识别研究中也得到广
泛关注。本文将对路面破损图像识别技术的研究进展进行简要综述。
1
路面破损图像采集技术
1.
1
路面图像数据获取方法
采用何种传感器技术是获取路面破损数据的关键问题。
Mendelsohn[41
提出的检测路面破损的方法
有视觉图像检测方法、路面轮廓检测法和超声波方法。检测路面轮廓主要采用路面轮廓分析仪。如果
轮廓分析仪的分辨率足够高,则用来检测路面破损非常理想。然而当路面的采样宽度为
4m
、采样点间
隔为
2.5
mm
、检测车以
89
km/h
行驶时,轮廓分析仪则需要每分钟读取
15
000
000
个数据,现存的轮
廓分析仪根本达不到这个要求。超声波检视
IJ
法通过超声波传感器接收路面反射的超声波来检测路面是
收稿日期:
2002-05-13
基金项目:国家教育部高等学校
IW:J:
学件点专项科研基金资助项目
(2000018507)
作者简介:王荣木
(1946
-
).男,辽宁沈阳人,吉林大学教
J
变,博士生导
IJiff ,
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/18893027/bg2.jpg)
. 92 .
吉林大学学报(工学版)
第
32
卷
否存在破损。目前一些超声波检测设备的分辨率和动态响应范围较小,限制了其在路面破损检测上的
应用。可见,视觉图像检测是路面破损检测最为可行的方法。
获取路面图像数据可以采用模拟图像数据及数字图像数据,可以是线扫描,也可以是面阵扫描等
等。处理路面破损图像数据常见的过程如图
1
所示。通过面阵扫描的
CCD
摄像机拍摄路面图像,经过
数字化处理后,利用计算机视觉技术识别路面破损。随着
CCD
摄像机数字化程度的提高,路面破损图
像的数字化过程可由摄像机直接完成,路面图像数据可通过计算机
USB
,
IEEEp94
等接口直接传输到
计算机内存。线扫描摄像机一次只扫描
1
行,其分辨率可高达每行
6000
个像素,数据的采样频率为
30
MHz
。在进行数据处理时,首先将多行线扫描图像拼成平面,然后对图像进行处理分析。近年来,高性
能的数字化线扫描摄像机也被尝试应用于路面图像采集,但线扫描摄像机需要高亮度的辅助光源。因
此,在普通的路面破损检测系统中线扫描摄像机应用并不广泛
[5
才]。
‘
!il\
Ilul
'il
f
军
咿阁{幸数字化+'
图像存储
;f:
l);
队叶'一
图
1
M
各而破损图像采集及其识别过程
Fig.l
Process
of
road pavement image acquisition and
r
巳
cogmllon
1.
2
路面破损图像数据压缩
由于路面破损图像存储数据量大,因而路面破损图像压缩极为重要。目前,路面信息的静止图像一
般采用
JPEG
恪式进行压缩
o
JPEG
是静止图像压缩的国际标准,由国际标准化组织
(IS0)
和国际电信
联盟
(ITU)
于
1991
年制定的,它包括
3
种编码系统:①基于
DCT
的有损编码基本系统。可用于绝大多
数压缩应用场合;②用于高压缩比、高精确度或渐进重建应用的扩展编码系统;③用于无失真场合的无
损系统。
JPEG
对摄像机质量的静止图像的压缩率一般可达到
25:1
。路面信息的序列图像采用
MPEG-ll
标准进行压缩。
MPEG-ll
标准是由上述
2
个组织的运动图像专家组于
1993
年制定的第
2
个运动图像
压缩标准,适用于从普通电视到高清晰度电视
(30
- 40Mbit/
s)
的带宽范围。此压缩标准主要用于场景
变化很快的情况。一般情况下,
JPEG
和
MPEG
恪式的图像压缩由硬件来完成,因此路面破损图像可实
时采集、压缩、存储
c
近年来路面图像压缩技术的研究主要是小波变换和分形图像编码等大压缩比算法
的应用。小波变换是
Fourier
变换、
Gabor
变换等在数学上的一个自然延伸,具有良好的空间-频率局部
化特征,非常适合非平稳信号分析,因而在图像压缩中得到应用。在静止图像压缩的新标准
JPEG2000
中,编码变换就采用了小波变换,大大提高了图像的压缩质量
[7]
。分形图像编码利用分形几何原理对
图像进行压缩编码,特别是对于极不规则、没有特定尺寸、无法用函数描述形状的图像可获得较大的压
缩比。
J
Le
Bl
anc
,
MA
Gennert
等
[8]
就曾利用分形编码技术来压缩路面裂纹图像,获得了较大的压缩比。
1.
3
几种典型的路面破损自动检测系统
近年来,
CCD
技术取得了惊人的发展
o
CÇD
摄像机具有较高的动态范围、分辨率、灵敏度,
CCD
摄
像机配有电子快门即可用于场景图像采集。由于计算机视频、计算机图像技术的发展,通过视频采集卡
或图像采集卡即可将
CCD
报像机的视频信号采集到计算机的内存中,实时显示、存睹、处理。目前,高
陆的
CCD
摄像机采用
DSP
技术能够有效地实现逆光的背景补偿,自动跟踪白平衡.并以数字化图像再
现原始图像,计算机通过接口可直接处理
CCD
时像机所采集的图像二随着计算机硬件的迅速发展,基
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