本文關(guān)鍵詞：基于圖像處理的路面裂縫檢測關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：隨著我國公路網(wǎng)的不斷完善,公路建設(shè)的規(guī)模趨勢日益平緩,公路路面狀況檢測、養(yǎng)護(hù)和管理已成為我國公路建設(shè)領(lǐng)域的重要任務(wù)。路面裂縫是大部分路面病害的早期形式,及時(shí)發(fā)現(xiàn)裂縫并進(jìn)行修補(bǔ)可以有效的減小路面病害帶來的損失。因此,路面裂縫檢測具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。由于路面圖像的多紋理性、多目標(biāo)性、目標(biāo)的弱信號性和圖像光強(qiáng)的多變性,使得路面裂縫目標(biāo)的識別難度相對較大�，F(xiàn)有算法大多是建立在路面圖像質(zhì)量好、裂縫目標(biāo)清晰的基礎(chǔ)上而開發(fā)的,缺乏對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性,難以滿足工程應(yīng)用的實(shí)際需求。針對以上問題,本文對路面裂縫病害檢測過程中所涉及的去除噪聲、裂縫目標(biāo)分割、裂縫邊緣提取以及裂縫類型識別等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,提出了一種基于圖像處理的路面裂縫智能檢測方法。該方法對路面裂縫灰度圖像建立壓縮感知去噪模型,對于成像照度不均勻的問題,選擇自適應(yīng)閾值進(jìn)行分割,并通過韋伯定律和視覺模型進(jìn)行分段閾值邊緣檢測,最終通過徑向基概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行裂縫圖像的裂縫類型識別。論文主要在以下幾個(gè)方面展開了研究工作:1.針對目前路面圖像濾波算法復(fù)雜度高且難以耦合噪聲抑制和信號平衡的缺點(diǎn),提出了一種基于非下采樣Contourlet變換域壓縮采樣的濾波算法。該方法首先使用非下采樣Contourlet變換對包含噪聲的路面裂縫圖像進(jìn)行多尺度分解,建立壓縮感知去噪模型,采用偽隨機(jī)傅里葉矩陣對高頻子帶系數(shù)進(jìn)行觀測,通過構(gòu)建重建過程所使用的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的形式及參數(shù)的設(shè)置,應(yīng)用不同的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)信號,重建原始圖像以達(dá)到實(shí)現(xiàn)濾波的目的。實(shí)驗(yàn)表明:本文提出的算法可以很好的克服光照不均對裂縫目標(biāo)檢測的影響,在相同的實(shí)驗(yàn)條件下,與Curvelet閾值法和Wavelet閾值法相比,裂縫的錯(cuò)誤檢測率降低了15%和7.8%。2.針對成像照度不均勻的問題,提出一種基于改進(jìn)的模糊聚類分割的自適應(yīng)閾值分割算法。改進(jìn)的模糊聚類分割算法對路面灰度圖像采用模糊直方圖,利用模糊直方圖波峰的個(gè)數(shù)來確定聚類數(shù),模糊直方圖的極值確定聚類中心。改進(jìn)的模糊聚類分割算法對整幅圖像的全局分割閾值進(jìn)行估計(jì),最大類間方差算法對所劃分子圖像進(jìn)行局部分割閾值估計(jì),局部分割閾值通過局部分割估計(jì)閾值與全局分割估計(jì)閾值之間的關(guān)系以及子圖像的灰度特點(diǎn)共同確定。實(shí)驗(yàn)表明:在相同的實(shí)驗(yàn)條件下,基于改進(jìn)的模糊聚類分割的自適應(yīng)閾值分割算法比模糊聚類分割算法查全率提高了0.195,查準(zhǔn)率提高了0.0566。3.提出了一種利用視覺模型來確定路面裂縫邊緣檢測閾值的算法。該算法按照仿生學(xué)原理,通過分析人眼的閾值亮度比曲線和Weber比曲線,將圖像根據(jù)背景亮度劃分為三個(gè)不同亮度區(qū)域,分別是亮區(qū)域、中間區(qū)域、暗區(qū)域,對于不同亮度區(qū)域分別采用不同的邊緣閾值公式,最后得到路面裂縫的檢測結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:本文提出的算法受到噪聲的影響較小,能夠克服光照不均對檢測結(jié)果的影響,可以檢測出較為完整的裂縫邊緣信息,在相同的實(shí)驗(yàn)條件下,與基于多尺度小波模極大值和基于脈沖耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的邊緣檢測算法相比,不同類型的裂縫的邊緣定位指標(biāo)和檢出率均有所提高。4.設(shè)計(jì)了一個(gè)四層徑向基概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行裂縫類型的識別。第一隱層采用徑向基函數(shù)作為基函數(shù),隱矢量中心采用k-means聚類法確定,第二隱層與輸出層之間的連接權(quán)值由遞推最小二乘法確定。將裂縫的幾何特征作為網(wǎng)絡(luò)的輸入,利用900幅已知裂縫類型的路面圖像作為訓(xùn)練樣本對徑向基概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)對700幅未知裂縫類型的路面圖像進(jìn)行分類測試。測試結(jié)果表明:徑向基概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以取得了很好的分類效果,與SVM,C4.5決策樹分類器、貝葉斯分類器相比,識別率達(dá)分別提高了1.85%、4.35%和7.78%。
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U418.6;TP391.41

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