鋪面破壞圖像識(shí)別系統(tǒng)的研究,數(shù)字圖像處理論文

鋪面破壞圖像識(shí)別系統(tǒng)的研究,數(shù)字圖像處理論文本篇論文目錄導(dǎo)航：【】【】【】鋪面毀壞圖像辨別系統(tǒng)的研究【】【】圖像辨別論文：鋪面毀壞圖像辨別系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容摘要：以往國(guó)內(nèi)鋪面養(yǎng)護(hù)相關(guān)單位對(duì)于鋪面損壞調(diào)查〔裂縫、坑洞〕的工作，主要依靠人工進(jìn)行調(diào)查，由于以人工方式進(jìn)行鋪面毀壞調(diào)查易產(chǎn)生消耗損費(fèi)人力、時(shí)間及人員安全性的問(wèn)題，且人工方式調(diào)查所獲得樣本數(shù)量較少，對(duì)于鋪面毀壞評(píng)估調(diào)查正確性相對(duì)的較低。因而，本文除了研究鋪面檢測(cè)車的檢測(cè)與圖像處理原理外，針對(duì)鋪面損壞嚴(yán)重程度與鋪面損壞種類做更進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證，以研究鋪面檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可行性，到達(dá)規(guī)范所要求的檢測(cè)精到準(zhǔn)確度。本文關(guān)鍵詞語(yǔ):鋪面檢測(cè);鋪面狀況指標(biāo);圖像處理;1前言近年來(lái)國(guó)外單位在鋪面毀壞上針對(duì)裂縫、坑洞辨別都積極采用高科技及自動(dòng)化方式。日本、加拿大、美國(guó)等國(guó)家都發(fā)展出一套符合自個(gè)國(guó)內(nèi)自動(dòng)化鋪面裂縫、坑洞檢測(cè)系統(tǒng)。因而，怎樣將圖像處理技術(shù)應(yīng)用于鋪面裂縫、坑洞辨別系統(tǒng)，同時(shí)配合簡(jiǎn)易迅速的鋪面檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)操作程序，加速檢測(cè)人員對(duì)于鋪面毀壞辨別速度以便進(jìn)行實(shí)地的路面毀壞調(diào)查工作成為了當(dāng)下道路鋪面毀壞研究的重點(diǎn)?，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)維修道路的工作大都需要諸多人力，道路維修人員為檢測(cè)道路使用情況，必須在車流量稀少或夜晚時(shí)段進(jìn)行檢測(cè)。因而，檢測(cè)速度非常緩慢且道路上檢測(cè)非常危險(xiǎn)。使用鋪面檢測(cè)車形式來(lái)做路面檢測(cè)，不但能提高檢測(cè)效率，降低路面維修成本，讓行車更有保障。當(dāng)前鋪面外表毀壞上使用圖像處理技術(shù)，主要是針對(duì)鋪面裂縫的辨別，且集中于縱向裂縫、橫向裂縫、龜裂及塊狀裂縫等。過(guò)去圖像處理技術(shù)已廣泛應(yīng)用在很多專業(yè)領(lǐng)域的檢測(cè)方面。2系統(tǒng)框架本系統(tǒng)建議拍攝鋪面毀壞所采用圖像處理方式方法，借由架設(shè)于車輛后端架子上的LineScanCCD拍攝道路鋪面，將拍攝的圖像存儲(chǔ)在工作站硬盤中，再將圖像讀出，最后經(jīng)過(guò)本文撰寫的鋪面毀壞圖像軟件辨別鋪面狀況。本文以直線沿著一般市區(qū)道路鋪面向前連續(xù)拍攝，獲取圖像經(jīng)過(guò)屬即時(shí)拍攝方式，然后根據(jù)所拍攝的圖像作后處理的分析，其處理的圖像都屬2D平面圖像。最后將鋪面損壞信息〔裂縫、坑洞〕匯整并且進(jìn)行鋪面損壞情形評(píng)估，本文圖像處理辨別系統(tǒng)的工作流程如此圖1所示。圖1圖像處理和辨別系統(tǒng)流程本系統(tǒng)通過(guò)平均消息量〔熵〕的圖像處理技術(shù)應(yīng)用于鋪面裂縫、坑洞〔人手孔〕等辨別處理，進(jìn)而提供鋪面損壞情形、長(zhǎng)度、寬度、面積、破損嚴(yán)重程度以及相關(guān)鋪面損壞信息，最后進(jìn)行PCI指標(biāo)評(píng)分表作為斷定鋪面品質(zhì)以簡(jiǎn)化人工操作上的不便，并可迅速獲得該路段的PCI評(píng)分結(jié)果。鋪面毀壞量化分為縱向裂縫、橫向裂縫、坑洞、龜裂及塊狀裂縫幾種，其分別計(jì)算縱、橫向裂縫長(zhǎng)度、坑洞面積及裂縫平均寬度的流程如下：(1〕縱向裂縫：(1)細(xì)化后圖像像素〔Pixels〕累加。(2)重建后圖像，計(jì)算其縱向剖面兩點(diǎn)之間的距離，累加所有的像素總數(shù)Pixels，并判定其能否有交于兩點(diǎn)，除上像幅Y軸的長(zhǎng)度。(2〕橫向裂縫：(1)細(xì)化后圖像像素〔Pixels〕累加。(2)重建后圖像計(jì)算其橫向剖面兩點(diǎn)之間的距離，累加所有的像素總數(shù)Pixels，并判定其能否有交于兩點(diǎn)，除上像幅X軸的長(zhǎng)度。(3〕坑洞：本文以2D的圖像處理，故僅能計(jì)算坑洞毀壞面積?？佣疵娣e：計(jì)算坑洞面積的方式，本文僅計(jì)算由分割圖像矩陣所轉(zhuǎn)換出的次圖像值0和1像素總數(shù)，由于1〔毀壞部分〕代表鋪面毀壞的Pixels值個(gè)數(shù)，及可求得坑洞面積。一般道路鋪面坑洞多為不規(guī)則形狀且坑洞周邊都有碎裂等情形，人工測(cè)量時(shí)必定有所誤差，若能提升測(cè)量正確率計(jì)算其圖像像素面積，便能夠避免檢測(cè)人員不知怎樣測(cè)量的困擾。(4〕龜裂及塊狀裂縫：欲將拍攝龜裂及塊狀裂縫的圖像進(jìn)行量化，因其毀壞范圍屬區(qū)域性毀壞形式，且其毀壞內(nèi)容都為不規(guī)則性以及無(wú)明顯方向性，故相較于縱、橫向裂縫規(guī)則且具有方向性，其量化龜裂及塊狀裂縫等毀壞長(zhǎng)度并非其重點(diǎn)的項(xiàng)目。計(jì)算重點(diǎn)在于求取毀壞范圍內(nèi)各裂縫區(qū)塊的平均寬度，針對(duì)其平均寬度進(jìn)行毀壞程度判別，進(jìn)而斷定其嚴(yán)重等級(jí)〔輕、中、重〕。本文首先針對(duì)各區(qū)塊裂縫進(jìn)行分析，使用IMAQ-ParticleAnalysis求算個(gè)別顆粒區(qū)塊的裂縫平均寬度，再計(jì)算所有顆粒的平均寬度，及該毀壞的裂縫平均寬度。3系統(tǒng)驗(yàn)證3.1系統(tǒng)流程圖2為本文的程序系統(tǒng)的流程圖，本文使用LineScanCCD進(jìn)行路面拍攝工作，拍攝高度為2米：以此得到最大鋪面毀壞圖像面積為20481536(Pixels〕，并以60～80公里時(shí)速拍攝道路鋪面。圖2程序流程圖3.2鋪面毀壞圖像切割本文讀取原始圖像相片的長(zhǎng)寬為多少像素后，并計(jì)算欲分割的X(Pixels〕相片寬度，Y(Pixels〕相片長(zhǎng)度。相片中經(jīng)過(guò)切割運(yùn)算NN像素大小的次圖像〔SubImage〕，華而不實(shí)次圖像轉(zhuǎn)換為矩陣形式存儲(chǔ)，同時(shí)并進(jìn)行二值化的工作。3.3鋪面毀壞圖像辨別本文使用鋪面毀壞圖像辨別系統(tǒng)功能中的最佳灰階門檻值〔熵〕選項(xiàng)，進(jìn)行圖像中各灰度值出現(xiàn)概率的計(jì)算與輸出其數(shù)據(jù)文件，針對(duì)鋪面毀壞圖像物體〔裂縫與坑洞〕與鋪面完好部分作最佳分離門檻值。在辨別經(jīng)過(guò)中圖像會(huì)有噪聲與不清楚明晰的圖像產(chǎn)生，根據(jù)濾波〔Filter〕、腐蝕〔Erode〕、擴(kuò)散〔Dilate〕等處理后，最后將辨別圖像顯示于畫面上并且存儲(chǔ)，圖3為鋪面毀壞辨別結(jié)果。圖3橫向裂縫鋪面毀壞辨別結(jié)果3.4鋪面毀壞圖像分類本文進(jìn)行完圖像辨別步驟后，接著執(zhí)行鋪面毀壞圖像分類程序，在分類的經(jīng)過(guò)中，參加標(biāo)簽構(gòu)成標(biāo)簽圖像，同時(shí)并計(jì)算各標(biāo)簽的數(shù)量，經(jīng)過(guò)計(jì)算統(tǒng)計(jì)動(dòng)作后，在程序中進(jìn)行判定分類為四種形式分別為無(wú)毀壞〔NOCracking〕、坑洞〔Pothole〕、為線性型〔Linear〕、接縫型〔Joint〕。3.5細(xì)化處理本文首先讀取重建后的次圖像矩陣，在圖像中執(zhí)行該圖像大小的循環(huán)次數(shù)，并在執(zhí)行經(jīng)過(guò)中參加33形式的濾波功能可提供有效的圖像辨別，并進(jìn)行加總計(jì)算，將判別輸出結(jié)果存儲(chǔ)于暫存器〔Buffer〕中，讀取暫存器中圖像數(shù)值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成完好圖像圖片，最后通過(guò)細(xì)化處理公式，將圖像骨架〔Skeleton〕顯示輸出。點(diǎn)選完畢后即可存儲(chǔ)細(xì)化后的鋪面毀壞圖像。3.6鋪面毀壞圖像信息(1〕首先將原始圖像轉(zhuǎn)換成矩陣形式，并計(jì)算圖像矩陣中R,G,B三種色彩像素值，并同時(shí)以直方圖的型式顯示其R,G,B分布情形。(2〕執(zhí)行灰階圖像信息程序。(1)首先將鋪面毀壞圖像由圖像形式轉(zhuǎn)換成矩陣形式。(2)采用RGB轉(zhuǎn)換公式：Y=0.922R+0.578G+0.114B意思就是若原圖像像素為〔R,G,B〕，利用此轉(zhuǎn)換公式后獲得適當(dāng)?shù)腨值，該値當(dāng)作該像素的灰階值。(3)將灰階值轉(zhuǎn)換成圖像形式，并經(jīng)過(guò)直方圖的表示將鋪面毀壞圖像灰階值分布情形顯示出來(lái)，作為鋪面毀壞圖像分布圖。4結(jié)論本文的鋪面毀壞圖像辨別系統(tǒng)的研究，以鋪面檢測(cè)車的型式將拍攝的毀壞圖像進(jìn)行分析處理，以提升人為檢測(cè)的正確率，并維護(hù)檢測(cè)人員的人身安全。此系統(tǒng)以100米為基準(zhǔn)進(jìn)行鋪面拍攝，并以鋪面狀況指標(biāo)〔PCI〕評(píng)選道路品質(zhì)，迅速獲得該路段的評(píng)分結(jié)果。根據(jù)理論在進(jìn)行圖像辨別經(jīng)過(guò)中，辨別的結(jié)果會(huì)受CCD攝像機(jī)、拍攝的角度、高度、光源以及本身鋪面毀壞條件所影響。因而，本文必須依靠提高像素量才能兼顧到精到準(zhǔn)確度。以下為參考文獻(xiàn)[1]楊濤,鄭健龍,關(guān)宏信,等.考慮材料正交各向異性時(shí)的瀝青路面構(gòu)造力學(xué)性能[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2021,(12).[