基于数学形态学的路面裂缝图像处理技术

［摘 要］为精确提取路面裂缝信息，将数学形态学 方 法 应 用 于 路 面 裂 缝 图 像 的 分 析 与 处 理 中。 首 先 将 目 标 图像二值化并通过全局阈值法对其进 行 预 处 理，然 后 通 过 数 学 形 态 学 的 开、闭 运 算 去 除 图 像 噪 声；为 修 补 裂 缝 断 裂，对目标图像进行膨胀、细化循环操作；为捕获目标图像 边 缘 的 有 效 信 息，通 过 形 态 学 边 缘 检 测 算 子 对 图 像 边 缘 进行叠加与捕获。最后，采用轮廓链码方法对检测结 果 进 行 计 算。 结 果 表 明，单 一 纵 向 裂 缝 循 环 １４次 最 佳，路 面 龟裂循环 ３７次最佳。经数学形态学方法进行处理的裂缝计算结果与实际检测结果相比误差小于 ５％。
［关 键 词 ］数 学 形 态 学 ；图 像 处 理 ；路 面 裂 缝 ；路 面 检 测 ［中图分类号］Ｕ４１８ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１６７４— ０６１０（２０１８）０２— ０２７０— ０５
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＰｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇＭｅｔｈｏｄｏｆＰａｖｅｍｅｎｔＣｒａｃｋＩｍａｇｅ ＶｉａＭａｔｈｅｍａｔｉｃａｌＭｏｒｐｈｏｌｏｇｙ
第 ２期
李 帅，等：基于数学形态学的路面裂缝图像处理技术
测效果，但不适合于复 杂 恶 劣 的 路 面 环 境。 Ｈａｍｙｏ 等 依 ［３］ 据 不 同 尺 度 滤 波 的 效 果 不 同， 来 获 取 全 局 或细节信 息， 并 利 用 加 权 求 和 对 图 像 进 行 增 强 处 理。ＧｕａｎｇＤＡ等 利 ［４］ 用高通滤波器检测方法找出 图像中的特定结构，并与原图像叠加实现增强，但 容易引入噪声。模糊归属、混沌及贝叶斯判决等新 理论也在图像处理分析中得到广泛应用。其中，刘 玉臣等 通 ［５］ 过 采 用 一 种 基 于 模 糊 理 论 的 路 面 裂 缝 图像增强方法，能有效增强裂缝并抑制背景。
ＬＩＳｈｕａｉ１，ＨＯＵ Ｄｅｈｕａ１，ＧＡＯ Ｊｉｅ２，ＴＯＮＧ Ｚｈｅｎｇ２ （１ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ，Ｓｈａｎｘｉ７１００６１，Ｃｈｉｎａ； ２ＳｃｈｏｏｌｏｆＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎＳｈａｎｘｉ７１００６１，Ｃｈｉｎａ）
对于图 像 特 征 的 提 取， 黄 兴 滨 等 基 ［６］ 于 小 波 的纹理图像分割方法，将小波变换应用于纹理的特 征提取，从而提出了一种基于连续小波变换的路面
［收稿日期］２０１７— １０— ２６ ［作 者 简 介 ］李 帅 （１９９０－），男 ，河 北 衡 水 人 ，硕 士 研 究 生 。 研 究 方 向 ：路 面 病 害 检 测 。
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｔｒａｃｔｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｐａｖｅｍｅｎｔｃｒａｃｋｓａｃｃｕｒａｔｅｌｙ，ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｍｅｔｈｏｄｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｐａｖｅｍｅｎｔｃｒａｃｋｉｍａｇｅｓＦｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｔａｒｇｅｔｉｍａ ｇｅｓｗｅｒｅｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｅｄｂｙｂｉｎａｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｇｌｏｂａｌｔｈｒｅｓｈｏｌｄｍｅｔｈｏｄＴｈｅｎｉｍａｇｅｎｏｉｓｅｗａｓｒｅｍｏｖｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｐｅｎｉｎｇａｎｄｃｌｏｓｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙＴｏｒｅｐａｉｒｉｎｇｃｒａｃｋｆｒａｃｔｕｒｅ，ｅｘ ｐａｎｓｉｏｎａｎｄｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｃｙｃｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｕｓｅｄ；Ｔｏｃａｐｔｕｒｅｕｓｅｆｕｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｒｏｍ ｉｍａｇｅｅｄｇｅ，ｍｏｒ ｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｅｄｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｏｒｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄｗｅｒｅｕｔｉｌｉｚｅｄＦｉｎａｌｌｙｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｕｓｉｎｇ ｃｏｎｔｏｕｒｃｈａｉｎｃｏｄｅｍｅｔｈｏｄＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｓｔｈｅｂｅｓｔｔｉｍｅｓｏｆｔｈｅｓｉｎｇｌｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｆｒａｃｔｕｒｅｃｙｃｌｅ ａｎｄａｌｌｉｇａｔｏｒｃｒａｃｋｉｎｇｃｙｃｌｅａｒｅ１４ａｎｄ３７ｓｅｐａｒａｔｅｌｙＴｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｅｒｒｏｒｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｒａｃｋｓｐｒｏ ｃｅｓｓｅｄｂｙｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅａｃｔｕａｌｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｌｅｓｓｔｈａｎ５％
［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ；ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｐａｖｅｍｅｎｔｃｒａｃｋｓ；ｒｏａｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
０ 引 言
对于路面裂缝而言，采用图像处理技术对其进 行识别与计算是当前的研究趋势。但是，路面裂缝 的形态存在多样性，且路面裂缝图像受到光线、杂 物等影响，对其识别与计算造成了困难。为此，背 景校正、目标增强、去噪平滑、灰度直方图变换等 图像预处 理 方 法 被 先 后 提 出。 张 娟 等 基 ［１］ 于 二 维 自适应维纳滤波方法，对背景纹理变化突出的图像 进行校 正， 能 够 得 到 较 好 的 处 理 效 果。 Ｋｏｕｔｓｏｐｏｕ ｌｏｓ等 通 ［２］ 过比较 裂 缝 图 像 与 标 准 的 无 裂 缝 图 像 间 的灰度差异，采用来差影法增强目标取得较好的检
２第０４３１卷８，年第
２期 ４月
公路工程 ＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．２ Ａｐｒ．，２０１８
基于数学形态学的路面裂缝图像处理技术
李 帅 １，侯 德 华 １，高 杰 ２，童 峥 ２
（１长安大学 Βιβλιοθήκη 料科学与工程学院，陕西 西安 ７１００６４； ２长安大学 公路学院，陕西 西安 ７１００６４）