基于图像处理的公路裂纹检测方法研究与实现

石家庄铁道大学四方学院毕业设计基于图像处理的公路裂纹检测方法研究与实现ResearchandImplementationofRoadCrackDetectionMethodBasedonImageProcessing20届电气工程系专业电子信息工程学号学生姓名指导老师完成日期20年月日毕业设计成绩单学生姓名学号班级专业电子信息工程毕业设计题目基于图像处理的公路裂纹检测方法研究与实现指导教师姓名指导教师职称讲师评定成绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：院长(主任)签字：年月日毕业设计任务书题目基于图像处理的公路裂纹检测方法研究与实现学生姓名学号班级专业电子信息工程承担指导任务单位电气工程系导师姓名导师职称讲师一、主要内容1.公路裂纹图像的特点；2.公路裂纹图像预处理的基本算法（频域和时域）；3.公路裂纹图像的阈值分割；4.公路裂纹图像的缺陷检测；二、基本要求1.熟练掌握Matlab工具箱的运行环境及其仿真编程语言；2.掌握图像预处理的基本算法，从而完成公路裂纹图像的预处理；3.熟悉图像阈值分割的方法，从而根据公路裂纹图像的特点选择适合的阈值分割的方法；4.对不同种类的缺陷采用相应的算法进行缺陷检测，并采用指定的技术指标进行衡量，对比分析出适用于实际检测的算法。三、主要技术指标及研究方法软件环境：Matlab工具箱设计论文以图像处理的基本方法作为本设计的支持，同时也要包括对含有公路裂纹图像进行预处理、阈值分割和缺陷检测的源程序清单，应提供程序结构的描述，应用部分的算法或实现技巧以及关键理论等的说明。在理论上实现基于图像处理的公路裂纹检测；完成的仿真应能在指定的环境下运行，应有一定数量的实验数据，并给出仿真结果和评价。论文正文不少于1万字，查阅文献资料不少于10篇，其中外文文献2篇以上，翻译与课题有关的外文资料不少于3000汉字。四、应收集的资料及参考文献收集关于图像处理，以及Matlab工具箱的使用等方面的资料和参考文献。五、进度计划第1周—第3周收集资料，完成开题报告；第4周需要和可行性调试；第5周—第7周概要设计；第8周中期检查；第9周—第12周详细设计和代码设计；第13周—第14周论文审核定稿；第15周—第16周答辩。教研室主任签字时间毕业设计开题报告题目基于图像处理的公路裂纹检测方法研究与实现学生姓名学号班级专业电子信息工程一、研究现状随着我国高速公路建设的快速发展，高速公路路基路面的质量监控体系越来越完善，要求的检测水平也越来越高。由于车辆在速级公路上行驶时，对路面的平整度、路面完好率要求很高，当路面出现凹凸、裂纹等病害时，应及时进行维修；否则，交通安全就会受到影响。目前，国内检测高速公路路况的手段主要是依靠人工丈量的方法，不但效率低、劳动强度大、检测速度慢、误差较大，不能满足高等级公路检测的要求，而且在高速公路上进行人工检测十分危险。CCD摄像机作为一种光电图像传感器，已广泛应用于几何尺寸测量、光谱测试、位移测量、速度测量、天文观测等领域。将CCD技术应用于高等级公路路况的检测，可解决人工丈量所存在的缺陷和不足。二、研究背景数字图像处理就是随着计算机技术的发展而迅速发展起来的。计算机的高速运算能力为数字图像处理提供了技术支持，使数字图像处理在工业中得到了广泛的应用。数字图像处理技术的应用是实现路面裂纹检测的最有效方法之一。近几年来国内外许多学者将数字图像处理技术运用到物体表面裂纹检测中并取得了较好的效果。如：PriyanGunatilake设计的飞行器表面裂纹检测系统；JPynn设计的道路表面裂纹自动检测系统；D.H.Ryu设计的疲劳裂纹检测系统；AtsushiIto设计的混凝砖表面裂纹提取与测量系统；PaulW.Fieguth设计的地下管道表面裂纹检测系统等。在路面裂纹检测中，由于路面噪声、油污和黑斑在形状和分布的随机性，使图像处理算法的准确性难以保证，所以复杂背景噪声条件下的图像识别技术显得格外重要。公路面裂纹自动检测与识别过程中，图像处理算法在很大程度上影响检测与识别的效果和精度。其中关键是对公路面裂纹图像进行边缘检测、图像分割来获得公路面裂纹的特性。三、论文进行的主要工作1.采集路面裂纹图像，采集了损害程度严重的裂纹图像；2.针对图像预处理的问题，将每一个公路裂纹图像分检出来交给识别模块识别，这一过程称为图像预处理，预处理包括平滑、中值滤波、图像增强，对相关图像处理算法进行分析与讨论，并进行对比分析；3.图像分割采用的方法是最大熵阈值分割、迭代式阈值分割和Ostu法分割，通过仿真对比分析后选择Ostu法作为图像分割；4.总结过去路面检测中遇到的种种不理想情况，通过对公路面裂纹进行检测，并结合数字图像的边缘检测采用的方法是Canny边缘检测、LOG算法和Prewitt算子，小波多尺度检测。检测后的图像进行处理，也能够很好地获得公路面裂纹的特性。四、采用的方法、手段1.图像预处理的具体方法，一是图像的增强，即增强构成图像像素，具体方法是灰度变换增强、高通滤波增强和灰度直方图均衡化，二是图像的平滑，即有均值滤波平滑、中值滤波平滑和同态滤波平滑；三是图像锐化，有拉普拉斯锐化、高斯滤波锐化和Sobel算子锐化。2．图像分割就是把图像空间分成一些有意义的区域，在此次的研究中将采用的分割方法是最大熵阈值分割、迭代式阈值分割和Ostu法阈值分割。3．数字图像边缘检测采用的方法是Canny边缘检测、LOG算法和Prewitt算子检测，小波多尺度检测。五、预期达到的结果1．完成了MATLAB工具箱的运行环境及其仿真编程语言；2．完成了图像增强、图像的平滑、图像锐化的基本算法，从而完成公路裂纹图像的预处理。3．完成了图像分割的方法；4．完成了图像的边缘检测，采用不同算法进行边缘检测，并对比分析出适用于实际检测是小波多尺度检测进行边缘检测。指导教师签字时间年月日摘要随着我国高速公路建设的快速发展，高速公路路基路面的质量监控体系越来越完善，要求的检测水平也越来越高。因此本设计提出了基于图像处理的公路裂纹检测方法研究与实现。根据图像处理的公路裂纹检测方法研究与实现的基本原理，以数字图像处理方法为研究内容，在图像预处理、图像分割、图像边缘检测处理方面进行了研究，并结合公路裂纹图像的固有特点，利用Matlab程序仿真实现了公路裂纹自动检测方法的研究。图像预处理包括：图像增强、图像平滑和图像锐化。其中图像增强采用的方法是灰度变换增强、高通滤波增强和灰度直方图均衡化；图像平滑，采用均值滤波平滑、中值滤波平滑和同态滤波平滑；图像锐化采用，拉普拉斯锐化、高斯滤波锐化和Sobel算子锐化。图像分割采用的方法是最大熵阈值分割、迭代式阈值分割和Ostu法；边缘检测采用的方法是Canny边缘检测、LOG算法、Prewitt算子检测和小波多尺度检测。通过比较在预处理中选择了灰度变换增强、选择了中值滤波平滑、Sobel算子锐化并利用Ostu法阈值分割法进行分割；最后用了小波多尺度检测进行检测，在路面裂纹检测方法与研究中可以较好的实现路面裂纹图像的检测。关键词：数字图像处理路面裂纹图像增强图像分割边缘检测AbstractWiththerapiddevelopmentofourcountryhighwayconstruction,highwayroadbedqualitymonitoringsystemismoreandmoreperfect,therequirementsofthedetectionlevelisbecomingmoreandmorehigh.Sothedesignproposesresearchresearchandlmplementationofroadcrackdetectionmethodbasedonlmageprocessing.Roadcrackdetectionmethodresearchandimplementationofthebasicprinciplebasedonimageprocessingresearchthecontentofimageprocessing,composeofimagepreprocessing,imagesegmentation,imageedgedetectionprocessing,combinedwiththeinherentcharacteristicsofroadcrackimage,usetheMatlabsimulatedandimplementeddesignofhighwaycrackautomaticdetectionmethod..Imagepreprocessingincluding:imageenhancement,imagesmoothingandimagesharpening.Imageenhancementmethodsadopthigh-passfiltering,gray-scaletransformationenhancementandgrayhistogramequalization;Theimagesmooth,usemedianfiltersmoothing,medianfiltering,smoothingandhomomorphicfiltering;Imagesharpening,Laplacesharpening,gaussianfiltering,sharpeningandSobeloperatorsharpening.Imagesegmentationcoverthemaximumentropythresholdsegmentationmethod,iterativethresholdsegmentationandtheOstumethod;EdgedetectionmethodsincludeCannyedgedetection,theLOGalgorithmandPrewittoperator,andthewaveletmulti-scaledetection.Bycomparinginthepreprocessingchoosegrayleveltransformation,medianfiltersmoothing,sharpeningSobeloperatoranduseofOstusegmentationastheimagethresholdsegmentationmethod;Finallyusedthewaveletmulti-scaledetectiontest,canrealizetheroadcrackimagedetectioninthestudyofroadcrackdetectionmethod.Keywords：digitalImageprocessingsurfacecrackmageenhancementimagesegmentationcrackclassificationI目录第1章绪论··············································································································11.1研究目的及意义·····························································································11.2国内外研究现状·····························································································21.3研究的主要内容·····························································································3第2章公路裂纹图像的预处理···················