基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法技术

本发明专利技术实施例提供一种基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法，该方法包括：根据线扫描三维数据中横断面的高程数据中相邻两点的高程差值，获取极大值点和极小值点；选择极值点进行删除获取极值对，并对异常极值点进行删除；从极值稳定段中选择多个点作为稀疏点，对异常稀疏点进行删除，并在缺失段长度过大时补充置信点；对断面稳定置信点集中置信点进行插值后滤波，获取参考轮廓；在获取较准确参考轮廓的基础上，再根据裂缝占比较小的特性选取高程较低的点作为裂缝疑似点，经处理后获取裂缝，能防止对裂缝的误检测和对较浅裂缝的漏检，并能克服不同路面纹理背景对裂缝提取的影响，从而更加准确提取出三维路面裂缝信息。

【技术实现步骤摘要】
基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法
本专利技术涉及线扫描三维数据处理
，尤其涉及一种基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法。
技术介绍
随着线扫描三维测量技术的发展，三维测量系统能获取越来越多的三维路面数据，包括不同路面背景及不同裂缝类型的数据。但是实际工程应用利用车载三维系统采集的路面三维数据中包含有较为明显的行车姿态起伏以及路面变形信息，这些大范围的姿态变形信息等为裂缝检测任务带来困难，并且不利于三维裂缝深度、宽度及长度等三维信息的获取。另一方面，裂缝在线扫描三维数据中由于系统噪声、路面纹理结构等，使得裂缝在高程横断面上并不是总是呈现典型的V型结构。传统的模板匹配、边缘检测等方法对于三维数据裂缝存在一定的漏检、误检等问题。现有的路面裂缝检测及信息提取方法类别主要包括基于二维视觉特性的路面裂缝检测方法和基于三维路面数据的路面裂缝检测方法。其中，基于二维视觉特征的路面裂缝检测方法主要通过光学相机及视频等获取路面数据，通过路面裂缝的边缘和灰度特性与路面背景差异进行分析提取。例如，利用裂缝的灰度低于路面背景而提取裂缝种子区域再结合裂缝的形状特性进行判定；结合裂缝的边缘特性利用图像处理中常用的边缘检测算子获取二维数据中的裂缝信息等。此类方法无法克服环境光照、阴影、以及路表轮胎磨痕、油渍等对标线检测的影响，其适用性较为有限。基于三维路面数据的路面裂缝检测方法通常使用车载线扫描三维数据，结合三维数据精度，横向分辨率一般为1mm，利用路面裂缝的高程通常低于路面背景的特性进行检测。例如，在采集高程数据横断面级别，利用裂缝区域在高程断面数据中表现出的尖锐V型特性获取裂缝种子区域，再结合裂缝的形状特性进行判定；在高程数据点云级别，利用局部阈值方法提取裂缝。此类方法虽然能克服传统二维灰度图像方法容易受到光照、阴影影响的缺陷，但是现有利用路面三维特征检测裂缝的方法也存在以下缺陷：当三维数据的精度足够高时，三维路面高程数据中就包含了比较复杂的路面场景信息，不仅有裂缝，也包含了路面变形、标线、修补、也包含了路面纹理。而且在高精度数据中，不同类型的路面病害或者指标等都对裂缝提取有一定的影响。例如纹理较粗的路面中纹理波动与裂缝的深度特征较为相似，仅仅利用裂缝深度特征将会影响裂缝提取方法的准确性和鲁棒性。线扫描三维路面数据横断面中，裂缝受到多种因素干扰，并不是总是呈现边缘清晰及V型结构。更多的，由于路面纹理背景的干扰，数据中很多V型结构并非真正的裂缝位置。而由于行车姿态、变形病害、路面材质磨损、裂缝类型及路面背景差异等因素影响，线扫描三维路面数据横断面数据中裂缝容易呈现边缘不清晰的不对称V型或者非V型结构。因此，对于线扫描三维数据裂缝提取，传统的模板匹配、边缘检测等方法都难以获取较为理想的裂缝提取效果。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法，用以解决现有技术中三维路面裂缝提取的裂缝不准确，鲁棒性差的缺陷，实现更加准确提取三维路面裂缝。本专利技术实施例提供一种基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法，包括：获取路面的线扫描三维数据，根据所述线扫描三维数据中任一实际横断面的高程数据中相邻两点的高程差值，获取该实际横断面的局部高程极大值点和局部高程极小值点，将所述局部高程极大值点和局部高程极小值点作为极值点；选择所述极值点进行删除，使得保留的极值点按照坐标从小到大的顺序呈现局部高程极大值点和局部高程极小值点交叉排列；对保留的极值点中的异常极值点进行删除，将保留的极值点中连续的极值点构成的线段作为极值稳定段；从所述极值稳定段中选择多个点作为稀疏点，对所述稀疏点中的异常稀疏点进行删除，将保留的稀疏点作为稳定置信点；若相邻两个稳定置信点之间的距离大于预设距离，则在所述相邻两个稳定置信点之间补充置信点，将补充的置信点和所有稳定置信点构成该实际横断面的稳定置信点集；对所述稳定置信点集中置信点间的缺失点进行插值，获取该实际横断面对应的理想横断面，对所述理想横断面进行滤波，获取所述理想横断面的参考轮廓，根据该实际横断面与所述参考轮廓之间的高程差值从该实际横断面中选择疑似裂缝点，根据所述线扫描三维数据中所有实际横断面的疑似裂缝点提取所述路面中的裂缝。本专利技术实施例提供的基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法，通过利用路面裂缝极值差异较大的统计特性以及裂缝的稀疏特性，在获取的较准确的参考轮廓的基础上，再根据裂缝占比较小的特性自适应选取数据中高程较低的点作为裂缝疑似点，经过后处理之后获取裂缝，能防止高程阈值、V型模板匹配等传统方法对三维数据裂缝的误检测以及对较浅裂缝的漏检，并且能克服不同路面纹理背景对于三维路面裂缝提取的影响。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法中的完整流程意图；图3是本专利技术实施例提供的一种基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法中根据经过去除零值和高程校正后的断面获取的极值对效果示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法中极值对高程序列差值、差值分布和去除异常极值点后的极值稳定段示意图；图5是本专利技术实施例提供的一种基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法中极值稳定段的分段稀疏点和去除异常稀疏点后的稀疏点稳定段示意图；图6是本专利技术实施例提供的一种基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法中基于稳定置信点的断面参考轮廓示意图；图7是本专利技术实施例提供的一种基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法中横断面与参考轮廓的差值和选取的疑似裂缝点示意图；图8是本专利技术实施例提供的一种基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法中三维路面深度转灰度图和获取的裂缝疑似点数据面示意图；图9是本专利技术实施例提供的一种基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法中经过预处理获取的裂缝位置和结合深度差值信息所获取的裂缝高程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合图1描述本专利技术实施例的基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法，该方法包括：S101，获本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法，其特征在于，包括：/n获取路面的线扫描三维数据，根据所述线扫描三维数据中任一实际横断面的高程数据中相邻两点的高程差值，获取该实际横断面的局部高程极大值点和局部高程极小值点，将所述局部高程极大值点和局部高程极小值点作为极值点；/n选择所述极值点进行删除，使得保留的极值点按照坐标从小到大的顺序呈现局部高程极大值点和局部高程极小值点交叉排列；对保留的极值点中的异常极值点进行删除，将保留的极值点中连续的极值点构成的线段作为极值稳定段；/n从所述极值稳定段中选择多个点作为稀疏点，对所述稀疏点中的异常稀疏点进行删除，将保留的稀疏点作为稳定置信点；若相邻两个稳定置信点之间的距离大于预设距离，则在所述相邻两个稳定置信点之间补充置信点，将补充的置信点和所有稳定置信点构成该实际横断面的稳定置信点集；/n对所述稳定置信点集中置信点间的缺失点进行插值，获取该实际横断面对应的理想横断面，对所述理想横断面进行滤波，获取所述理想横断面的参考轮廓，根据该实际横断面与所述参考轮廓之间的高程差值从该实际横断面中选择疑似裂缝点，根据所述线扫描三维数据中所有实际横断面的疑似裂缝点提取所述路面中的裂缝。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法，其特征在于，包括：
获取路面的线扫描三维数据，根据所述线扫描三维数据中任一实际横断面的高程数据中相邻两点的高程差值，获取该实际横断面的局部高程极大值点和局部高程极小值点，将所述局部高程极大值点和局部高程极小值点作为极值点；
选择所述极值点进行删除，使得保留的极值点按照坐标从小到大的顺序呈现局部高程极大值点和局部高程极小值点交叉排列；对保留的极值点中的异常极值点进行删除，将保留的极值点中连续的极值点构成的线段作为极值稳定段；
从所述极值稳定段中选择多个点作为稀疏点，对所述稀疏点中的异常稀疏点进行删除，将保留的稀疏点作为稳定置信点；若相邻两个稳定置信点之间的距离大于预设距离，则在所述相邻两个稳定置信点之间补充置信点，将补充的置信点和所有稳定置信点构成该实际横断面的稳定置信点集；
对所述稳定置信点集中置信点间的缺失点进行插值，获取该实际横断面对应的理想横断面，对所述理想横断面进行滤波，获取所述理想横断面的参考轮廓，根据该实际横断面与所述参考轮廓之间的高程差值从该实际横断面中选择疑似裂缝点，根据所述线扫描三维数据中所有实际横断面的疑似裂缝点提取所述路面中的裂缝。


2.根据权利要求1所述的基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面裂缝提取方法，其特征在于，根据所述线扫描三维数据中任一实际横断面的高程数据中相邻两点的高程差值，获取该实际横断面的局部高程极大值点和局部高程极小值点，将所述局部高程极大值点和局部高程极小值点作为极值点；选择所述极值点进行删除，使得保留的极值点按照坐标从小到大的顺序呈现局部高程极大值点和局部高程极小值点交叉排列的步骤包括：
将任一实际横断面的高程数据中当前点的高程减去当前点的后一个点的高程，获取第一差值；
将当前点的前一个点的高程减去当前点的高程，获取第二差值；
若所述第一差值大于0且所述第一差值与所述第二差值的乘积小于0，则将当前点作为局部高程极大值点；
若所述第一差值小于0且所述第一差值与所述第二差值的乘积小于0，则将当前点作为局部高程极小值点；将所述极值点按照坐标从小到大的顺序进行排序；
将排序结果中任一极值点的高程减去该极值点的后一个极值点的高程，获取第三差值，并将所述第三差值按照所述第三差值对应的两个极值点中前一个极值点的坐标从小到大的顺序进行排序；
若排序结果中连续两个第三差值同为正，则删除所述连续两个第三差值中后面一个第三差值对应的两个极值点中前一个极值点；若排序结果中连续两个第三差值同为负，则删除所述连续两个第三差值中前面一个第三差值对应的两个极值点中前一个极值点，使得排序结果中保留的极值点按照坐标从小到大的顺序呈现局部高程极大值点和局部高程极小值点交叉排列。


3.根据权利要求1所述的基于断面局部极值及分段稀疏的三维路面...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德津，曹民，桂容，林红，田霖，
申请(专利权)人：武汉武大卓越科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42