【正文】 (24) 2 5 ??? nsg kk (25) 其中 kg 為第 k 個(gè)灰度級(jí)別變換后的灰度值， 的作用是四舍五入。它對(duì)整幅圖像進(jìn)行同一個(gè)變換，也稱(chēng)為全局直方圖均衡化。當(dāng)圖像的直方圖為一均勻分布時(shí)，圖像的信息熵最大，此時(shí)圖像包含的信息量最大，圖像看起來(lái)就顯得清晰。因此，圖像 增強(qiáng)方法只能有選擇地使用。這與沒(méi)有衡量圖像增強(qiáng)質(zhì)量通用和客觀的標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。 圖像增強(qiáng)的最大困難是很難對(duì)增強(qiáng)結(jié)果加以量化描述。例如，一種很適合增強(qiáng)X 線射線圖像的方法。 增強(qiáng)的首要目標(biāo)是使處理后的圖像比原始圖像更適合于特定應(yīng)用。圖像增強(qiáng)的目的在于： (1)采用一系列技術(shù)改善圖像的視覺(jué)效果，提高圖像的清晰度。 公路裂紋圖像的增強(qiáng) 圖像增強(qiáng)是指對(duì)圖像的某些特征，如邊緣 ，輪廓，對(duì)比度等進(jìn)行強(qiáng)調(diào)或銳化，以便于顯示，觀察或進(jìn)一步分析與處理。圖像相似度的測(cè)量通常是用處理后的圖像與原圖像之間的統(tǒng)計(jì)誤差來(lái)衡量處理圖像的質(zhì)量，常用的圖像相似度測(cè)量參數(shù)有均方根誤差 (RMSE)和峰值性噪比 (PSNR)，若 RMSE越小 (或 PSNR越大 )，則從統(tǒng)計(jì)意義上來(lái)說(shuō)，被評(píng)價(jià)圖像與原圖像的差異越小，圖像的相似度越高，獲得的質(zhì)量評(píng)價(jià)也就越高，此種方法適用于黑白圖像及灰度圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)。另一種是隨著模糊數(shù)學(xué)的發(fā)展，可以用模糊綜合評(píng)判方法來(lái)盡量減少主觀因素的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像質(zhì)量近似定量的評(píng)價(jià)，不過(guò)它仍然沒(méi)有完全消除主觀不確定性的影響，目前通用的圖像處理質(zhì)量評(píng)價(jià)主要有 5 級(jí)評(píng)分的質(zhì)量尺度和妨礙尺度，如表 21 所示。 主觀評(píng)價(jià)通常有兩種：一種是作為觀察者的主觀評(píng)價(jià)，這是由選定的一組人對(duì)圖像直接用肉眼進(jìn)行觀察，然后分別給出其對(duì)所觀察的圖像的質(zhì)量好或壞的評(píng)價(jià)，再綜合全組人的意見(jiàn)給出一個(gè)綜合 結(jié)論。它是一種數(shù)學(xué)上統(tǒng)計(jì)的處理方法，其缺點(diǎn)是它并不是總能反映人眼的真實(shí)感覺(jué)。因此主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)還只是一個(gè)定性的描述方法，不能作定量描述，但它能反映人眼的視覺(jué)特性。 目前對(duì)圖像處理質(zhì)量評(píng)價(jià)主要有兩類(lèi)常用的方法：一類(lèi)是人的主觀評(píng)價(jià)，它由人眼直接觀察圖像效果，這種方法受人為主觀因素的影響比較大。 裂紋 不僅影響路面美觀、降低平整度，而且會(huì)影響整個(gè)道路的使用壽命，特別是當(dāng)路面開(kāi)裂后，雨水就會(huì)通過(guò)裂紋 滲到路面基層、底基層甚至路基，這樣會(huì)腐蝕混凝土路基，削弱基層、土基的強(qiáng)度，加速道路的破壞，縮短路面的使用壽命。本設(shè)計(jì)對(duì)裂紋圖像進(jìn)行 邊緣 檢測(cè)的方法包括 ， 傳統(tǒng)的邊緣算子 ： Canny 邊緣檢測(cè) 、 LOG 算子 、 Prewitt 算子 ； 小波多尺度 檢測(cè) ，最后進(jìn)行了 圖像邊緣檢測(cè)結(jié)果對(duì)比分析，得到 小波多尺度 檢測(cè)效果最好，所以選擇 小波多尺度 檢測(cè)作為 邊緣 檢測(cè)。 (3)對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)。分割的方法取決于所要解決的問(wèn)題。 (2)圖像分割就是把構(gòu)成圖像的各個(gè)要素即像素進(jìn)行分類(lèi)。 公路裂紋的平滑采用的方法有： 均值濾波平滑 、 中值 濾波平滑 、同態(tài)濾波平滑，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析選擇中值 濾波作為平滑 。研究的主要內(nèi)容如下： (1)對(duì)公路路面裂紋圖像預(yù)處理， 采用 了三種預(yù)處理方法：公路裂紋圖像的增強(qiáng)，公路裂紋的平滑，公路圖像的銳化。閆茂德等基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)理論，設(shè)計(jì)了一套裂紋預(yù)處理、分割、檢測(cè)、的方法，取得不錯(cuò)的效果。肖旺新等 [10]提出破損密度因子的概念，通過(guò)統(tǒng)計(jì)裂紋像素和背景像素的關(guān)系，然后利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行識(shí)別分類(lèi)，取得了良好的效果。周帆帆等提出使用區(qū)域增長(zhǎng)的方法來(lái)分割，取得了不錯(cuò)的效果。 常用路面裂紋圖像分割算法主要有基于邊緣的分割算法（一階梯度算子、二階梯度算子 、 canny 算子），直方圖法等 ，但是因?yàn)閳D像中的裂紋不明顯而效果不佳。Chou 等 [7]利用模糊技術(shù)對(duì)路面裂紋圖像進(jìn)行了增強(qiáng)，去除了不均勻光照引起的圖像噪聲，但是不能保持裂紋的邊緣。 數(shù)字圖像處理的算法成千上萬(wàn)種，但是數(shù)字圖像處理的對(duì)象和目的是各不相同的，在路面裂紋檢測(cè)技術(shù)中，最為核心的是就是基于數(shù)字圖像處理的路面裂紋檢測(cè)算法，研究的對(duì)象主要就是路面裂紋，近些年來(lái)國(guó)內(nèi)外為了研究路面裂紋的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)投入了大量的人力和物力，已經(jīng)獲得了大量的成果。人工檢測(cè)方法效率低、工作強(qiáng)度大、檢測(cè)速度慢、精度較低，并且在高速公路上進(jìn)行人工檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)人員的人 身安全也受到了影響。路面裂紋是一種比較難估計(jì)的破損狀態(tài)，如果能及早發(fā)現(xiàn)路面裂紋并及時(shí)處理，那么維護(hù)費(fèi)用將大大降低。路面破損對(duì)路面的承載能力、耐久性，對(duì)車(chē)輛的行駛速度、燃油消耗、行車(chē)舒適性、交通安全等造成不利的影響。 隨著公路網(wǎng)的擴(kuò)大，已有公路的養(yǎng)護(hù)問(wèn)題日漸突出。在整個(gè)公路養(yǎng)護(hù)工作中，路面養(yǎng)護(hù)工作是一個(gè)中心環(huán)節(jié)，這是因?yàn)槁访媸侵苯映惺苄熊?chē)載荷和自然因素作用的結(jié)構(gòu)層，關(guān)系著行車(chē)是否安全、快速、經(jīng)濟(jì)和舒適。隨著高等級(jí)公路里程的增加和使用時(shí)間的延長(zhǎng)，公路的養(yǎng) 護(hù)任務(wù)勢(shì)必將越來(lái)越繁重；另外一方面，近年來(lái)許多公路建成后，受交通量迅速增長(zhǎng)、車(chē)輛大型化、超載嚴(yán)重、行駛渠道化等影響，使高等級(jí)公路路面在使用過(guò)程中受到嚴(yán)重的考驗(yàn)。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 高等級(jí)公路是國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，它不但是交通現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，也是國(guó)家現(xiàn)代化的標(biāo)志。利用上述的新技術(shù)應(yīng)用于公路裂紋的檢測(cè)，不僅可以節(jié)省勞動(dòng)力、去除人的主觀因素影響，而且可以快速、準(zhǔn)確地對(duì)公路的路況進(jìn)行評(píng)價(jià)，顯然是路面裂紋檢測(cè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。數(shù)字圖像處理主要研究的內(nèi)容有 [4]：圖像編碼、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割，圖像描述 ，圖像識(shí)別等等。數(shù)字圖像處理 [3]，又稱(chēng)計(jì)算機(jī)圖像處理，這是因?yàn)樵谝话闱闆r下是用計(jì)算 機(jī)來(lái)處理，它是指先將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后再用計(jì)算機(jī)對(duì)其加工處理的技術(shù)。 (5)危險(xiǎn)：盡管檢測(cè)路面病害時(shí)是封閉了車(chē)道，但是依然存在潛在的人身安全隱患。 (3)精確度不高：判斷裂紋易受人的主觀因素影響，因此判定結(jié)果會(huì)因人而異。目前國(guó)內(nèi)主要是依靠人工來(lái)檢測(cè)高速公路的路況，已經(jīng)不能夠滿(mǎn)足高速公路的檢測(cè)要求，其主要的缺點(diǎn)有以下幾點(diǎn) [2]： (1)人力耗費(fèi)過(guò)大：基于人視覺(jué)的檢測(cè)需要依靠養(yǎng)護(hù)工人到現(xiàn)場(chǎng)，使用眼睛來(lái)觀察，然而一條高速公路里程數(shù)相當(dāng)可觀，因此工人的勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大。一大批高速公路的建成，為沿線地區(qū)的經(jīng)濟(jì)騰飛做出了巨大貢獻(xiàn)，促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，但是因?yàn)楦咚俟?路暴露于大氣中，需長(zhǎng)期承受著雨水的腐蝕、車(chē)輛的重壓、人為的破壞等等，因此養(yǎng)護(hù)工作就顯得格外重要，否則將嚴(yán)重影響到交通安全的狀況。 29 附錄 25 第 5 章 結(jié)論 22 Prewitt 算子檢測(cè) 21 Canny 邊緣檢測(cè) 21 傳統(tǒng)的邊緣算子 18 圖像分割結(jié)果對(duì)比分析 17 Ostu 法閾值分割 17 迭代式閾值分割 16 最大熵閾值分割 3 第 2 章 公路裂紋圖像的預(yù)處理 2 研究的主要內(nèi)容 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 研究目 的及意義 Edge detection methods include Canny edge detection,the LOG algorithm and Prewitt operator,and the wavelet multiscale detection. By paring in the preprocessing choose gray level transformation,median filter smoothing, sharpening Sobel operator and use of Ostu segmentation as the image threshold segmentation method。 The image smooth,use median filter smoothing,median filtering, smoothing and homomorphic filtering。 通過(guò)比較在預(yù)處理中選擇了 灰度變換增強(qiáng) 、選擇了中值 濾波平滑 、 Sobel 算子銳化 并利用 Ostu 法閾值 分割法進(jìn)行分割；最后用了 小波多尺度檢測(cè) 進(jìn)行檢測(cè) ，在路面裂紋檢測(cè)方法與研究中可以較好的實(shí)現(xiàn)路面裂紋圖像的檢測(cè)。其中圖像增強(qiáng)采用的方法是灰度變換增強(qiáng)、高通濾波增強(qiáng)和灰度直方圖均衡化；圖像平滑，采用均值濾波平滑 、中值 濾波平滑和同態(tài)濾波平滑；圖像銳化采用，拉普拉斯銳化、高斯濾波銳化和 Sobel算子銳化。 根據(jù) 圖像處理的公路裂紋檢測(cè)方法研究與實(shí)現(xiàn) 的基本原理，以數(shù)字圖像處理方法為研究?jī)?nèi)容，在圖像預(yù)處理、圖像分割、圖像邊緣檢測(cè)處理方面進(jìn)行了研究，并結(jié)合公路裂紋圖像的固有特點(diǎn)，利用 Matlab 程序仿真實(shí)現(xiàn)了公路裂紋自動(dòng)檢測(cè)方法的研究。 指導(dǎo)教師簽字 時(shí) 間 年 月 日 摘 要 隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，高速公路路基路面的質(zhì)量監(jiān)控體系越來(lái)越完善，要求的檢測(cè)水平也越來(lái)越高。 五、預(yù)期達(dá)到的結(jié)果 1． 完成了 MATLAB 工具箱的運(yùn)行環(huán)境及其仿真編程語(yǔ)言； 2． 完成了圖像增強(qiáng) 、 圖像的平滑 、 圖像銳化的基本算法，從而完成公路裂紋圖像的預(yù)處理。 2．圖像分割就是把圖像空間分成一些有意義的區(qū)域，在此次的研究中將采用的分 割 方法是最大熵閾值分割 、 迭代式閾值分割和 Ostu 法閾值分割 。檢測(cè)后的圖像進(jìn)行處理 ， 也能夠很好地獲得公路面裂紋的特性。其中關(guān)鍵是對(duì)公路面裂紋圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)、圖像分割來(lái)獲得公路面裂紋 的特性。在路面裂紋檢測(cè)中，由于路面噪聲、油污和黑斑在形狀和分布的隨機(jī)性，使圖像處理算法的準(zhǔn)確性難以保證，所以復(fù)雜背景噪聲條件下的圖像識(shí)別技術(shù)顯得格外重要。近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者將數(shù)字圖像處理技術(shù)運(yùn)用到物體表面裂紋檢測(cè)中并取得了較好的效果。計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力為數(shù)字圖像處理提供了技術(shù)支持，使數(shù)字圖像處理在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。將 CCD 技術(shù)應(yīng)用于高等級(jí)公路路況的檢測(cè)，可解決人工丈量所存在的缺陷和不足。目前，國(guó)內(nèi)檢測(cè)高速公路路況的手段主要是依靠人工丈量的方法，不但效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、檢測(cè)速度慢、誤差較大，不能滿(mǎn)足高等級(jí)公路檢測(cè)的要求，而且在高速公路上進(jìn)行人工檢測(cè)十分危險(xiǎn)。 教研室主任簽字 時(shí) 間 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 題 目 基于圖像處理的公路裂紋檢測(cè)方法研究 與實(shí)現(xiàn) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 專(zhuān)業(yè) 電子信息工程 一、研究現(xiàn)狀 隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，高速公路路基路面的質(zhì)量監(jiān)控體系越來(lái)越完善，要求的檢測(cè)水平也越來(lái)越高。 四、應(yīng)收集的資料及參考 文獻(xiàn) 收集關(guān)于圖像處理，以及 Matlab 工具箱的使用等方面的資料和參考文獻(xiàn)。在理論上實(shí)現(xiàn)基于圖像 處理的 公路裂紋 檢測(cè)；完成的仿真應(yīng)能在指定的環(huán)境下運(yùn)行，應(yīng)有一定數(shù)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并給出仿真結(jié)果和評(píng)價(jià)。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于圖像處理的公路裂紋檢測(cè)方法研 究與實(shí)現(xiàn) Research and Implementation of Road Crack Detection Method Based on Image Processing 20 屆 電氣工程 系 專(zhuān) 業(yè) 電子信息工程 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師