本發(fā)明屬于道路工程領域，具體涉及一種基于smooth平滑曲線和擬合曲線的路面裂縫提取算法。
背景技術：
：裂縫是路面各類破損中最常見、最易發(fā)生和最早期產(chǎn)生的病害之一，一般分為橫向裂縫，縱向裂縫和網(wǎng)狀裂縫。初期的裂縫對路面的使用性能無明顯影響，但它伴隨著道路的整個使用期，如果處理不及時，環(huán)境因素的影響以及大量行車載荷反復作用下，裂縫也會隨之逐漸加重。路面出現(xiàn)裂縫不但影響道路美觀和行車的舒適性，而且容易擴展造成路面的結構性破壞，縮短路面的使用壽命，甚至會很大程度上影響行車的安全性。因此，如何對裂縫進行實時、準確和高效的檢測，成為公路管理養(yǎng)護部門十分關注的問題。在以往的裂縫檢測，主要是靠人工對道路情況進行測量和評定，這種人工檢測方法耗時長、成本高且準確性低等缺點。而半自動檢測法雖然在一定程度上對前者進行了改進，但是仍然存在檢測人工成本高、檢測結果準確率低的問題。另外，基于路面基線的處理算法中，現(xiàn)有技術中提出的基于傅里葉濾波提出的基線改進算法，提取出的路面基準線是斷裂的，無法形成連續(xù)的基準曲線，使得提取出的裂縫不夠完善，不夠精準。技術實現(xiàn)要素：為了解決現(xiàn)有檢測技術檢測成本高、耗時長和檢測結果準確性低的問題以及現(xiàn)有技術中的基于傅里葉濾波提出的基線改進算法，提取出的路面基準線是斷裂的，無法形成連續(xù)的基準曲線，使得提取出的裂縫不夠完善，不夠精準的問題，本發(fā)明采用以下技術方案予以解決：一種基于smooth平滑曲線和擬合曲線的路面裂縫提取算法，包括：步驟1，讀取路面三維圖像數(shù)據(jù)矩陣Am×n；步驟2：對路面三維圖像數(shù)據(jù)矩陣進行預處理，得到預處理后三維圖像數(shù)據(jù)矩陣A'm×n；步驟3：對預處理后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣進行濾波處理，得到去噪后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣A”m×n；步驟4：提取去噪后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣A”m×n的每行數(shù)據(jù)，分別進行smooth平滑處理和曲線擬合處理，得到平滑曲線和擬合曲線；根據(jù)得到的平滑曲線和擬合曲線提取基準線，即為路面的橫斷面輪廓線，將每一行的數(shù)據(jù)處理后，最終提取出完整的路面裂縫。其中,所述步驟2對路面三維數(shù)據(jù)矩陣Am×n進行預處理的具體包括如下步驟：步驟21：找出路面三維數(shù)據(jù)矩陣Am×n中每一行數(shù)據(jù)的斷裂區(qū)域；對于每一行執(zhí)行步驟22；步驟22：建立該行數(shù)據(jù)對應的坐標系，橫坐標為該行中數(shù)據(jù)的列號，縱坐標為每個列號對應的數(shù)據(jù)；將該行中斷裂區(qū)域兩側的數(shù)據(jù)坐標列號分別標記為x1和xn；x1和xn在坐標系中對應的縱坐標值為g(x1)和g(xn)；計算x1和xn點在坐標系中的斜率g'(x1)和g'(xn)以及x1到xn之間坐標值的平均斜率g'(x)；最后分別計算斜率g'(x1)和g'(xn)與平均斜率g'(x)的距離d'x和t'x，計算公式如下所示：g′(x)=(g(xn)-g(x1))/(xn-x1)d′x=g′(x1)-g′(x)t′x=g′(xn)-g′(x)---(1);]]>步驟23：橫坐標為該行數(shù)據(jù)斷裂區(qū)域的列號，縱坐標為該斷裂區(qū)域內(nèi)每個列號對應的數(shù)據(jù)在步驟22建立的坐標系中的斜率；利用式(2)、(3)計算得到x1之后的第一個點x2的坐標；xc=xnd′x+x1(t′x+d′x2+t′x22)d′x+t′x+2d′x2+t′x22---(2)]]>g(x2)=g(x1)+g′(x)+d′x(xc-x2)-d′x2+t′x22(x2-x1)xc-x1---(3)]]>然后將x2作為新的x1，重新利用(2)、(3)計算得到新的x1之后的第一個點的坐標；依次類推，得到x1到xn之間的所有點的坐標；將上述得到的坐標值分別對應列號插入三維數(shù)據(jù)圖像矩陣中的對應位置；步驟24，重復步驟22-23，將三維數(shù)據(jù)圖像矩陣的所有行處理完畢，得到預處理后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣A'm×n。其中，步驟22中g'(x1)和g'(xn)是分別利用x1、xn對應的坐標值和其相鄰列號對應的坐標值做差得到。步驟3對預處理后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣進行濾波處理，得到去噪后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣A”m×n包括如下步驟：步驟31：逐行取三維圖像數(shù)據(jù)矩陣A'm×n的數(shù)據(jù)，如第i行數(shù)據(jù)li＝(ai1,ai2,...aij)(i＝1,2...m)求出第i行數(shù)據(jù)li的算術平均值和標準差Si；R‾i=1nΣj=1naij---(3)]]>Si=1nΣj=1n(aij-Ri‾)2---(4)]]>依次取該行中的每一個數(shù)據(jù)aij，如果滿足條件式則用算術平均值代替該點數(shù)據(jù)值aij，k是行濾波系數(shù)；逐行消除圖像噪聲點后，用同樣的方法逐列處理，對所有列中的數(shù)據(jù)進行處理，再次消除噪聲點；步驟32：采用與水平方向一定夾角的11×11的結構元素模板對三維圖像數(shù)據(jù)矩陣作開運算；步驟33：采用5×5的球結構元素模板對數(shù)據(jù)矩陣作膨脹運算，填充邊緣，消除數(shù)據(jù)中的零值點，得到去噪之后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣A”m×n。其中，步驟32中所述的結構元素模塊與水平方向夾角為45°。其中步驟31中的出行濾波系數(shù)k取3～8。步驟4具體包括以下步驟：步驟41：提取出去噪后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣A”m×n的每行數(shù)據(jù)li(i＝1,2Κm)，對其進行smooth平滑處理，得到數(shù)據(jù)li(i＝1,2Κm)的smooth平滑曲線，其橫坐標為li(i＝1,2Κm)的列號，縱坐標為列號對應的平滑曲線的數(shù)據(jù)值a'ij；步驟42：提取出去噪后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣A”m×n的每行數(shù)據(jù)li(i＝1,2Κm)，對其進行曲線擬合處理，得到數(shù)據(jù)li(i＝1,2Κm)的擬合曲線，其橫坐標為li(i＝1,2Κm)的列號，縱坐標為列號對應擬合曲線的數(shù)據(jù)值a”ij；步驟43：計算步驟41得到的smooth平滑曲線和步驟42得到的擬合曲線上相同的橫坐標所對應的縱坐標a'ij和a”ij的差值Rij，以及數(shù)據(jù)li(i＝1,2Κm)的標準差Si；Rij＝|a'ij-a”ij|(5)Si=1nΣj=1n(aij-Ri‾)2---(6)]]>為每行數(shù)據(jù)li＝(ai1,ai2,...aij)(i＝1,2...m)的平均值；步驟44：根據(jù)步驟43得到的a'ij和a”ij的差值進行以下判斷，若Rij＞k0*Si，則執(zhí)行步驟45，若Rij≤k0*Si，則執(zhí)行步驟46；其中，k0為系數(shù)；步驟45：若Rij＞k0*Si，則將平滑曲線上滿足Rij＞k0*Si的橫坐標區(qū)間內(nèi)的曲線段使用對應的擬合曲線的曲線段替代；所述的橫坐標區(qū)間與平滑曲線和擬合曲線的兩個交點之間分別形成一個分區(qū)間，將平滑曲線上這兩個分區(qū)間內(nèi)的曲線段由對應的擬合曲線的曲線段替代；得到的新的平滑曲線作為基準線，該基準線即為路面的橫斷面輪廓線；步驟46：若Rij≤k0*Si，則將平滑曲線作為基準線，該基準線即為路面的橫斷面輪廓線；步驟47：重復執(zhí)行步驟43-46，直至得到每一行對應的路面的橫斷面輪廓線，所有得到的路面的橫斷面輪廓線構成完整的路面裂縫。其中，步驟43中系數(shù)k0取值為5～8。以上技術方案和現(xiàn)有技術相比具有以下技術效果：1、本發(fā)明通過圖像采集設備將獲得三維圖像數(shù)據(jù)矩陣存入計算機中，經(jīng)過本發(fā)明提供的裂縫提取算法，輕易的得到準確裂縫信息，降低了裂縫檢測中的人工成本，且快速的得到準確的裂縫信息。2、本發(fā)明提供的裂縫提取算法，與根據(jù)傅里葉濾波提出的對基準線進行改進的算法相比，得到的基準線是連續(xù)光滑的，更方便之后對裂縫的處理。3、本發(fā)明提供的裂縫提取算法，不僅適用于各種路面裂縫的提取，而且可適用于路面三維圖像數(shù)據(jù)的濾波處理。附圖說明圖1是本發(fā)明的算法的總流程圖；圖2是本發(fā)明的方法處理路面三維圖像數(shù)據(jù)后的結果圖，其中，(a)為求得的平滑曲線和擬合曲線的圖，(b)為本發(fā)明算法處理后的結果圖。具體實施例參見圖1，本發(fā)明公開的一種基于smooth平滑曲線和擬合曲線的路面裂縫提取算法具體包括如下步驟：步驟1，讀取路面三維圖像數(shù)據(jù)矩陣Am×n；步驟2：對路面三維圖像數(shù)據(jù)矩陣進行預處理，得到預處理后三維圖像數(shù)據(jù)矩陣A'm×n；具體包括：步驟21：找出路面三維數(shù)據(jù)矩陣Am×n中每一行數(shù)據(jù)的斷裂區(qū)域；對于每一行執(zhí)行步驟22；斷裂區(qū)域是指路面三維圖像數(shù)據(jù)矩陣中某一行中數(shù)據(jù)連續(xù)為0的區(qū)域；步驟22：建立該行數(shù)據(jù)對應的坐標系，橫坐標為該行中數(shù)據(jù)的列號，縱坐標為每個列號對應的數(shù)據(jù)；將該行中斷裂區(qū)域兩側的數(shù)據(jù)坐標列號分別標記為x1和xn；x1和xn在坐標系中對應的縱坐標值為g(x1)和g(xn)；計算x1和xn點在坐標系中的斜率g'(x1)和g'(xn)以及x1到xn之間坐標值的平均斜率g'(x)；最后分別計算斜率g'(x1)和g'(xn)與平均斜率g'(x)的距離d'x和t'x，計算公式如下所示：g′(x)=(g(xn)-g(x1))/(xn-x1)d′x=g′(x1)-g′(x)t′x=g′(xn)-g′(x)---(1);]]>步驟23：根據(jù)斜率漸變性原理，建立新的坐標系，橫坐標為該行數(shù)據(jù)的列號，縱坐標為該斷裂區(qū)域內(nèi)每個列號對應的數(shù)據(jù)在步驟22建立的坐標系中的斜率；利用式(2)、(3)計算得到x1之后的第一個點x2的坐標；xc=xnd′x+x1(t′x+d′x2+t′x22)d′x+t′x+2d′x2+t′x22---(2)]]>g(x2)=g(x1)+g′(x)+d′x(xc-x2)-d′x2+t′x22(x2-x1)xc-x1---(3)]]>然后將x2作為新的x1，重新利用(2)、(3)計算得到新的x1之后的第一個點的坐標；依次類推，得到x1到xn之間的所有點的坐標；將上述得到的坐標值分別對應列號插入三維數(shù)據(jù)圖像矩陣中的對應位置；步驟24，重復步驟22-23，將三維數(shù)據(jù)圖像矩陣的所有行處理完畢，得到預處理后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣A'm×n。步驟3：對預處理后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣進行濾波處理，得到去噪后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣A”m×n；具體包括以下步驟：步驟31：逐行取三維圖像數(shù)據(jù)矩陣A'm×n的數(shù)據(jù)，如第i行數(shù)據(jù)li＝(ai1,ai2,...aij)(i＝1,2...m)求出第i行數(shù)據(jù)li的算術平均值和標準差Si；R‾i=1nΣj=1naij---(3)]]>Si=1nΣj=1n(aij-Ri‾)2---(4)]]>依次取該行中的每一個數(shù)據(jù)aij，如果滿足條件式則用算術平均值代替該點數(shù)據(jù)值aij，k是行濾波系數(shù)，k取3～8。標準差反映了數(shù)據(jù)離散的程度，k取3～8，使得在對三維圖像數(shù)據(jù)濾波的同時，更好的保存原始路面三維圖像數(shù)據(jù)，保證路面三維圖像數(shù)據(jù)的特征信息不丟失。逐行消除圖像噪聲點后，用同樣的方法逐列處理，對所有列中的數(shù)據(jù)進行處理，再次消除噪聲點；步驟32：采用與水平方向夾角45°的11×11的結構元素模板對三維圖像數(shù)據(jù)矩陣作開運算；對X軸和Y軸進行標準差濾波后，還存在一些影響路面特征計算的孤立噪聲點，所以通過采用開運算先腐蝕后膨脹的方法，先將比結構元素尺寸小的毛刺和暗點等噪聲從信息數(shù)據(jù)中移除，保留比結構元素窗口尺寸大的物體的同時移除比結構元素窗口尺寸小的物體的特性。由于裂縫的形狀是線性的，或是由線性裂縫組成的網(wǎng)狀裂縫，所以采用與水平方向夾角45°的線段型結構元素模板能夠更好地濾除包含各種形狀裂縫的路面三維圖像數(shù)據(jù)中的噪聲點。步驟33：采用5×5的球結構元素模板對數(shù)據(jù)矩陣作膨脹運算，填充邊緣，消除數(shù)據(jù)中的零值點，得到去噪之后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣A”m×n。對路面三維圖像數(shù)據(jù)進行開運算之后會一定程度上腐蝕掉路面的邊緣特征，所以對路面三維圖像數(shù)據(jù)進行膨脹運算能恢復被腐蝕掉的路面邊緣特征，選取5×5的球結構元素模板可以確保在降低時間復雜度的情況下，更好的恢復被腐蝕掉的路面邊緣特征，以達到預期的效果。步驟4：提取去噪后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣A”m×n的每行數(shù)據(jù)，分別進行smooth平滑處理和曲線擬合處理，得到平滑曲線和擬合曲線；根據(jù)得到的平滑曲線和擬合曲線提取基準線，即為路面的橫斷面輪廓線，將每一行的數(shù)據(jù)處理后，最終提取出完整的路面裂縫。步驟41：提取出去噪后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣A”m×n的每行數(shù)據(jù)li(i＝1,2Κm)，對其進行smooth平滑處理，得到數(shù)據(jù)li(i＝1,2Κm)的smooth平滑曲線，其橫坐標為li(i＝1,2Κm)的列號，縱坐標為列號對應的平滑曲線的數(shù)據(jù)值a'ij；步驟42：提取出去噪后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣A”m×n的每行數(shù)據(jù)li(i＝1,2Κm)，對其進行曲線擬合處理，得到數(shù)據(jù)li(i＝1,2Κm)的擬合曲線，其橫坐標為li(i＝1,2Κm)的列號，縱坐標為列號對應擬合曲線的數(shù)據(jù)值a”ij；步驟43：計算步驟41得到的smooth平滑曲線和步驟42得到的擬合曲線上相同的橫坐標所對應的縱坐標a'ij和a”ij的差值Rij，以及數(shù)據(jù)li(i＝1,2Κm)的標準差Si；Rij＝|a'ij-a”ij|(5)Si=1nΣj=1n(aij-Ri‾)2---(6);]]>為每行數(shù)據(jù)li＝(ai1,ai2,...aij)(i＝1,2...m)的平均值；步驟44：根據(jù)步驟43得到的a'ij和a”ij的差值進行以下判斷，若RijRij＞k0*Si，則執(zhí)行步驟45，若Rij≤k0*Si，則執(zhí)行步驟46；其中，k0為系數(shù)，k0取值為5～8。標準差反映了數(shù)據(jù)離散的程度，k0取值為5～8，可以保證在不改變原始路面三維圖像數(shù)據(jù)的情況下，更精確地得到路面的基準線，提取出裂縫。步驟45：若Rij＞k0*Si，則將平滑曲線上滿足Rij＞k0*Si的橫坐標區(qū)間內(nèi)的曲線段使用對應的擬合曲線的曲線段替代；所述的橫坐標區(qū)間與平滑曲線和擬合曲線的兩個交點之間分別形成一個分區(qū)間，將平滑曲線上這兩個分區(qū)間內(nèi)的曲線段由對應的擬合曲線的曲線段替代；得到的新的平滑曲線作為基準線，該基準線即為路面的橫斷面輪廓線；步驟46：若Rij≤k0*Si，則將平滑曲線作為基準線，該基準線即為路面的橫斷面輪廓線；步驟47：重復執(zhí)行步驟41-46，直至得到每一行對應的路面的橫斷面輪廓線，所有得到的路面的橫斷面輪廓線構成完整的路面裂縫。當前第1頁1 2 3