基于圖像工程的路面破損自動(dòng)識(shí)別算法研究.pdf

1、路面破損對(duì)高等級(jí)公路的承載能力、耐久性能和車(chē)輛行駛速度、機(jī)械磨損、燃油消耗、行車(chē)舒適性以及環(huán)境保護(hù)、交通安全等都會(huì)造成不利的影響。傳統(tǒng)的基于人工視覺(jué)識(shí)別路面破損的方法有成本高、危險(xiǎn)性大、效率低、識(shí)別精度低等諸多缺點(diǎn)。近年來(lái),基于圖像工程的路面破損識(shí)別系統(tǒng)在公路養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域得到了廣泛研究,但當(dāng)前已有的自動(dòng)識(shí)別算法尚不成熟,圖像數(shù)據(jù)的后期處理仍然是采用人機(jī)結(jié)合甚至完全人工的方式,導(dǎo)致識(shí)別工作量仍然過(guò)大。因此,設(shè)計(jì)完善的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)是當(dāng)前亟待解決

2、的熱點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題。本文針對(duì)路面破損自動(dòng)識(shí)別算法中存在的難題,對(duì)路面破損圖像的增強(qiáng)、去噪、圖像分割、孤立噪聲去除、裂縫分類(lèi)、破損參數(shù)的提取等多方面進(jìn)行深入研究,主要工作內(nèi)容和研究成果簡(jiǎn)述如下:
　　 1.針對(duì)圖像采集系統(tǒng)拍攝到的路面圖像存在光照不均、噪聲嚴(yán)重、裂縫邊緣模糊且斷裂點(diǎn)較多等問(wèn)題,本文提出了一種基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的Contourlet變換域路面破損圖像增強(qiáng)和去噪算法。算法利用信號(hào)和噪聲在Contourlet域不同的相關(guān)性,針

3、對(duì)完好路面背景、裂縫邊緣和噪聲邊緣采取不同的濾波策略,消除正常路面處的噪聲,實(shí)驗(yàn)表明本文算法無(wú)論在增強(qiáng)效果還是在抗噪方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的圖像增強(qiáng)算法。
　　 2.提出一種基于最大類(lèi)間距離和多方位結(jié)構(gòu)元素形態(tài)學(xué)的路面破損圖像分割算法。針對(duì)傳統(tǒng)的圖像分割算法不能有效分割不均勻光照路面圖像破損的問(wèn)題,深入分析路面圖像中裂縫類(lèi)破損像素的區(qū)域特征,將采集到的路面裂縫圖像利用類(lèi)間最大距離法確定其發(fā)生梯度變化的像素點(diǎn),后對(duì)這些像素點(diǎn)采用多方位結(jié)構(gòu)

4、元素進(jìn)行腐蝕操作,提取路面裂縫邊緣的同時(shí)濾除噪聲。實(shí)驗(yàn)表明:較傳統(tǒng)的圖像分割算法,該算法具有更好的分割效果,而且運(yùn)算速度快。
　　 3.目前對(duì)路面破損圖像分割算法的評(píng)價(jià)都是通過(guò)人工目測(cè)分割結(jié)果的方法來(lái)給出定性的評(píng)價(jià),很難給出客觀的、系統(tǒng)的、定量的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。對(duì)于現(xiàn)有的多種圖像分割評(píng)價(jià)方法,根據(jù)原理和性質(zhì)的不同,本文選用交叉熵、區(qū)域內(nèi)部均勻性、形狀測(cè)度和區(qū)域?qū)Ρ榷人姆N評(píng)價(jià)準(zhǔn)則對(duì)路面破損圖像分割算法進(jìn)行評(píng)價(jià),并將這四種評(píng)價(jià)準(zhǔn)則相結(jié)合,

5、提出一種綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)客觀評(píng)價(jià)路面圖像分割算法。實(shí)驗(yàn)表明:與單一評(píng)價(jià)準(zhǔn)則比較,本文的綜合評(píng)價(jià)準(zhǔn)則能更有效地評(píng)價(jià)圖像分割質(zhì)量。
　　 4.依據(jù)四種類(lèi)型裂縫具有不同幾何形態(tài)差異的特性,提出利用投影和小波去噪算法首先區(qū)分線性裂縫和網(wǎng)狀裂縫,進(jìn)而利用裂縫分布密度的不同再區(qū)分網(wǎng)狀裂縫與反射裂縫,后利用圖像孔洞數(shù)作為參數(shù)進(jìn)一步判別裂縫類(lèi)型,并利用基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模式分類(lèi)器實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫的準(zhǔn)確分類(lèi)。
　　 5.在裂縫特征參數(shù)的計(jì)算這一