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基于图像和点云的路面缺陷检测及点云修复技术研究
| 论文题名： | 基于图像和点云的路面缺陷检测及点云修复技术研究 |
| 关键词： | 路面缺陷检测;点云修复;图像特征;边缘检测;点云配准 |
| 摘要： | 随着我国社会经济的发展，公路里程也随之不断扩大，路面破损不仅严重影响道路服务水平还危及行车安全，因此，路面缺陷检测已成为交管部门重视的主要问题。传统人工检测路面缺陷不仅效率低还存在极大的安全隐患，本文使用激光扫描仪和线阵相机对路面进行实时扫描，通过采集路面点云数据和图像数据进行缺陷检测，提高路面缺陷的检测效率及准确性。同时修复路面缺陷点云，其目的是从计算机仿真模拟的角度对路面缺陷进行修复，通过缺陷处点云修复结果，分析路面平整度指标，进而反映无缺陷路面点云的真实分布情况，以满足路面养护工作需求，可为实际路面缺陷修复提供合理、高效的技术支撑。 本文首先研究路面常见缺陷的采集方法，根据《公路技术状况评定标准》对路面缺陷分类和破损评级，结合实际路面缺陷特征，选择合适方法完成路面缺陷数据采集。然后研究基于图像和点云的路面缺陷检测，针对路面裂缝缺陷采用图像特征的检测方式，通过对采集的裂缝图像进行预处理，实现图像噪声的有效去除，并突出裂缝区域特征的灰度细节，使路面裂缝图像得到增强。通过结合大津法与Canny边缘检测算法各自优点，实现路面裂缝图像分割，获得完整的裂缝二值图像，最后对路面裂缝几何特征进行分析计算。针对路面坑槽和拥包缺陷采用点云的检测方式，通过对路面缺陷点云进行预处理，实现非特征区域点云有效精简，并去除由设备或外部环境等因素影响产生的离群点，通过缺陷处点云的高程信息，直观反应路面凹凸情况，通过构建曲面分析曲率正负值，亦可以实现路面坑槽和拥包的检测。最后研究基于路面缺陷点云的修复方法，针对路面裂缝点云，通过坐标系转换，建立图像与点云之间的映射关系，利用径向基函数构建隐式曲面的方法，实现裂缝点云修复。针对路面坑槽和拥包点云，通过缺陷区域点云的最小外接矩形，采用边缘点邻域高程均值，逐层修复的方法，实现路面坑槽和拥包点云修复。 为了验证本文所用方法的有效性，在基于图像和点云的路面缺陷检测中进行大量实验，检测结果均能达到90%以上的缺陷识别率，达到预期的检测效果。在基于点云的路面缺陷修复实验中，修复后的路面点云与缺陷边缘处点云衔接过渡自然，并且满足路面平整度指标要求。后续将针对提高缺陷检测精度和基于图像的路面缺陷修复进行进一步深入研究。 |
| 作者： | 施洋 |
| 专业： | 计算机科学与技术 |
| 导师： | 唐好选 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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