本技术方案涉及计算机视觉和图像处理领域,旨在异常气候条件下实现路面裂缝与安全锥的检测。该方法包括将合成图像输入至预训练的异常气候处理网络,以获得真实待检测图像。该设备能够提高检测准确性,降低恶劣天气对路面安全的影响。
背景技术
高速公路路面在承受日益增大的交通量的同时还受各种自然因素的影响,路面裂缝、坑槽等道路问题逐渐产生。裂缝是许多路面病害的雏形,所以在裂缝形成的初期实现有效检测是高速道路安全的重要保障。而对于路面进行非完全封闭状态的修补和养护作业过程中,除了施工人员需要佩戴安全设备以外,对路面进行安全设施的合理摆放也尤为重要。因此在进行车辆、无人机等对道路进行自动巡查的过程中,实现对于路面破损与如安全锥等安全设施摆放的高精度实时检测对于安全施工具有重要意义。而恶劣天气下拍摄的图像或视频容易受到雨、雪、雾的散射干扰,并且下雨或下雪时不同大小形状的雨滴或雪粒往往会附着在玻璃窗或相机镜头上,不仅会导致采集到的图像质量降低,而且会对后期的计算机视觉任务造成干扰,因此在进行路面裂缝检测与安全锥检测前采取正确方法去除异常天气影响具有重要意义。
目前单幅图像去雨雪算法主要分为基于模型驱动的算法和基于数据驱动的算法。基于模型驱动的算法用图像的先验知识,设计优化算法进行求解,从而获得干净背景的图像。基于数据驱动的算法通过构建神经网络,利用成对的雨雪条纹标签和干净无雨雪图像来学习有雨雪到无雨雪的非线性映射。基于模型驱动的去雨雪算法由于存在泛化能力差和计算时间多等缺点,近年来已逐渐被性能指标更优的基于数据驱动的算法所代替。Yang等人提出了雨水合成模型,并且构建了多任务卷积网络JORDER,利用成对的雨水条纹标签和干净无雨水图像来学习从有雨水到无雨水的非线性映射,从而实现雨水的检测与去除。Fu等人通过构造一个深度卷积神经网络去除雨雪条纹,使用引导滤波将图像分为高频细节层和低频背景层,再将高频细节层送入卷积网络中进行训练以此预测雨雪层和背景层,实现分类雨雪条纹与背景信息,保留物体特征。
公路检测发展大致经历了三个阶段:从传统的人工检测,到半自动化检测,再到如今的基于机器视觉的全自动化检测。其中,全自动化检测技术弥补了人工检测的不足之处,节省了人力、财力和时间,使得评估效率大大提升,使得周期性检测成为可能,并且相较于半自动化检测,其检测精度与检测速度也得到了很大的提升。基于深度学习算法的全自动化检测技术已成为异常天气图像恢复领域的主流方法。王红梅等人提出了一种结合SSD算法构建的网络框架,能够在复杂背景下对各种目标进行较高精度的检测。刘洪江等人从多个尺度透彻分析了小目标检测,针对小目标在图像中覆盖面积小、分辨率低和特征不明显等问题提出相关改进;宋霄罡等人提出一种面向复杂施工环境的实时目标检测算法YOLO-C,将提取到的低层特征与高层特征相融合,通过增强网络全局感知能力,提高检测精度以及减少参数量,更适合复杂施工环境下的目标检测任务。
对于异常天气处理,尽管模型驱动和数据驱动方法取得了显著进展,但仍面临一些挑战,如背景过度平滑或雨条纹残留等问题,这些影响了恢复效果的实用性和实时性。对于路面裂缝及安全锥检测,Mandal V等对比了EfficientDet,CenterNet和YOLO系列等几种算法在路面病害检测中的性能表现,发现表现最好的为YOLO系列算法。然而,面对当下较为复杂的公路类型及路面环境,现有的YOLO算法在路面病害识别方面仍然存在一些缺陷,如对小面积、不规则形状的病害的检测能力较弱,特征提取较为困难,效率和精度不够高等。
实现思路