瀝青路面裂縫類型自動(dòng)識(shí)別方法
【專利摘要】瀝青路面裂縫類型自動(dòng)識(shí)別方法，從路面圖像中抽出裂縫圖像，把距離接近的幾段裂縫連接成一段具有連通域的裂縫二值圖，通過對(duì)該連通域劃網(wǎng)格，進(jìn)而逐步對(duì)裂縫進(jìn)行識(shí)別；將橫向或縱向裂縫，與塊狀裂縫或龜裂首先作為兩大類型進(jìn)行準(zhǔn)確分割和識(shí)別；對(duì)橫向裂縫和縱向裂縫類型進(jìn)行精確識(shí)別；對(duì)塊狀裂縫和龜裂類型進(jìn)行精確識(shí)別；計(jì)算橫向或縱向裂縫的長(zhǎng)度；計(jì)算塊狀裂縫或龜裂的面積；判斷裂縫破損嚴(yán)重程度?？梢杂行У奶岣呗访娌『ψR(shí)別的準(zhǔn)確率，減少路面病害檢測(cè)的誤識(shí)別率，不受路面天氣條件的影響，具有全天候工作的能力，同時(shí)檢測(cè)速度快、效率高，不對(duì)交通產(chǎn)生干擾，帶來良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。
【專利說明】
瀝青路面裂縫類型自動(dòng)識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及IPC分類中GOlB不規(guī)則的表面或輪廓的計(jì)量或E01C23/00修復(fù)或去除道路鋪面用的輔助技術(shù)，尤其是瀝青路面裂縫類型自動(dòng)識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]瀝青路面因具有初期養(yǎng)護(hù)期短、行車舒適、維護(hù)方便、噪聲小和抗滑性好等特點(diǎn)而被廣泛用于高速公路。瀝青路面因?yàn)榉N種原因容易產(chǎn)生各種病害，處理不及時(shí)將影響公路的運(yùn)行，從而影響經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。所以對(duì)路面病害成因的分析和整治就顯得尤為重要。
[0003]路面破損分為功能衰減和結(jié)構(gòu)性破損。功能衰減表現(xiàn)為路面服務(wù)能力下降、平整度和抗滑性能降低。導(dǎo)致功能衰減的損壞為功能性損壞。結(jié)構(gòu)性破損導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)承載能力降低，以各種結(jié)構(gòu)裂縫的形式表現(xiàn)出來。
[0004]路面功能性損壞主要表現(xiàn)在路面表面上，只影響路面的服務(wù)性能，對(duì)整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不會(huì)帶來嚴(yán)重影響，其產(chǎn)生的原因往往可以從其表現(xiàn)形式判斷出來。由于功能性損壞主要影響行駛質(zhì)量和安全特性，一般用平整度、抗滑阻力、紋理深度、反光、噪聲等指標(biāo)評(píng)價(jià)。路面的多種損壞形式又影響到路面的表面性能，如局部沉陷、車轍、波浪、修補(bǔ)、橋頭跳車等。
[0005]結(jié)構(gòu)性破損的結(jié)果反映到路面上就是各種形狀的裂縫，如龜裂、塊裂、縱裂和橫裂。但有些結(jié)構(gòu)性損壞，如基層的開裂在擴(kuò)展道路表面之前是不可見的。正常的路面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性破壞是汽車荷載和溫度應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生的，可以是疲勞損壞、一次性損壞等。但裂縫也可能是由于路基下沉、路面材料品質(zhì)不良、施工控制不合格、滲水引起口。
[0006]裂縫是瀝青路面常見的病害，對(duì)道路的危害極大，特別在冬季和春季，因時(shí)有雨、雪水滲入，在行車荷載的作用下，使本來就處于裂縫狀態(tài)的路面病害更加趨于嚴(yán)重，最終導(dǎo)致破壞。按照《JTG H20-2007公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，瀝青路面裂縫按裂縫的形狀可分為縱向裂縫、橫向裂縫、網(wǎng)狀裂縫即龜裂和不規(guī)則裂縫等四種型式。其中，縱向裂縫與道路中線大致平行的長(zhǎng)直裂縫，有時(shí)伴有少量支縫。這類裂縫通常由路基、基層沉降，或施工接縫質(zhì)量或結(jié)構(gòu)承載力不足而引起。路基、基層沉降引起的縱縫，通常斷斷續(xù)續(xù)，綿延很長(zhǎng);施工搭接引起的縱縫，其形態(tài)特征是長(zhǎng)且直;而結(jié)構(gòu)承載力不足引起的縱縫多出現(xiàn)在路面邊緣，由于路基濕軟造成承載力不足，從而導(dǎo)致縱縫。橫向裂縫與道路中線近于垂直的裂縫，有時(shí)伴有少量支縫。橫向裂縫多由路基、基層裂縫的反射或由路面低溫收縮造成；最初多出現(xiàn)于路面兩側(cè)，逐漸發(fā)展形成貫通路幅的橫縫。網(wǎng)狀裂縫或龜裂是相互交錯(cuò)的裂縫將路面分割成形似網(wǎng)狀或龜紋狀的銳角多邊形小塊，塊的尺寸小于50CmX50Cm。網(wǎng)狀裂縫或龜裂是行車荷載的重復(fù)作用而引起的疲勞裂縫，其最初形態(tài)是一條或幾條平行的縱縫，隨著荷載重復(fù)作用次數(shù)的增加，平行縱縫間出現(xiàn)了橫向、斜向連接縫，形成多邊的、銳角的、形似網(wǎng)狀、龜裂狀的裂縫型式。不規(guī)則裂縫即路面裂縫呈不規(guī)則形狀，塊的最長(zhǎng)邊長(zhǎng)小于100cm。不規(guī)則裂縫主要由面層材料的收縮和溫度的周期性變化所致。
[0007]瀝青路面的裂縫，以橫向裂縫最為普遍，也最為嚴(yán)重。因此，如何準(zhǔn)確掌握高速公路的橫向裂縫信息并通過橫向裂縫信息準(zhǔn)確反映出高速公路整體性能狀況，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。
[0008]目前，相關(guān)技術(shù)中，雖然提出了各種對(duì)橫向裂縫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法，例如量評(píng)法、質(zhì)評(píng)法等等，但是沒有一種能夠方便用戶及時(shí)了解高速公路橫向裂縫的整體情況的處理系統(tǒng)，用戶想要知道某一路段的橫向裂縫狀況，往往需要翻越海量資料才能查找到有用信息，較為不便。
[0009]由于瀝青混凝土固有的特性，線狀裂縫往往并非為一條連續(xù)性的曲線，往往是相鄰的幾條裂縫所組成。因此基于理想狀態(tài)的計(jì)算結(jié)果，與實(shí)際情況偏差較大。為適應(yīng)現(xiàn)代化、大規(guī)模、高速度和高質(zhì)量的公路養(yǎng)護(hù)管理要求，許多交通管理部門都實(shí)施了路面管理系統(tǒng)(PMS)。路面管理系統(tǒng)需要的路面破損數(shù)據(jù)，目前主要是由路面綜合檢測(cè)車采集路面圖像，然后由人工點(diǎn)檢，抽出裂縫等病害。隨著，路面病害自動(dòng)分析研究的快速發(fā)展。路面病害自動(dòng)分析可分為以下二個(gè)方面。即從路面圖像中抽出裂縫圖像；以及，對(duì)已抽出裂縫圖像進(jìn)行分類。
[0010]近年來，模式識(shí)別廣泛應(yīng)用于裂縫分類研究中，如投影向量法，小波變換法，破損密度等。但都存在著以下問題:
I)、魯棒性差。瀝青路面的裂縫往往具有不連續(xù)性，且從路面圖像中抽出裂縫圖像，由于各種的干擾，也會(huì)呈現(xiàn)不連續(xù)性，因此基于理想狀態(tài)的計(jì)算結(jié)果，與實(shí)際情況偏差較大。
[0011]2)、塊狀裂縫或龜裂等面狀裂縫與線狀的識(shí)別誤差較大。由于瀝青混凝土固有的特性，線狀裂縫往往并非為一條連續(xù)性的曲線，往往是相鄰的幾條裂縫所組成。因此基于理想狀態(tài)的計(jì)算結(jié)果，與實(shí)際情況偏差較大。
[0012]相關(guān)新的技術(shù)方案未見公開，較為接近的本領(lǐng)域?qū)＠墨I(xiàn)也公開較少，而且不具有啟示作用，包括:中國專利申請(qǐng)201310222723.1涉及道路信息維護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高速公路瀝青路面橫向裂縫信息處理方法和系統(tǒng)。該方法包括步驟:采集被查詢路段的圖像;對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別，獲取被查詢路段的橫向裂縫間距和橫向裂縫貫穿度；當(dāng)接收到用戶發(fā)出的查詢指令后，反饋橫向裂縫間距和橫向裂縫貫穿度至用戶終端并顯示。該系統(tǒng)包括圖像采集模塊、處理模塊和顯示模塊。
[0013]中公高科(北京)養(yǎng)護(hù)科技有限公司201010520819.2公開了一種基于探地雷達(dá)的路面裂縫深度無損檢測(cè)方法，包括:按照采樣間隔S和發(fā)射頻率向路面的裂縫發(fā)射電磁波；按照所述路面裂縫中各層材料反射的電磁波振幅，從接收的反射電磁波中，選擇出裂縫最底部的材料所對(duì)應(yīng)的電磁波振幅;按照所述選擇出的電磁波振幅，從所述接收的各個(gè)反射電磁波中，過濾出相應(yīng)的電磁波;使用所述過濾出的電磁波的旅行時(shí)間、路面各層材料的介電常數(shù)，運(yùn)算出所述路面裂縫深度。通過裂縫的不同深度處的反射波，提取出最深處反射回的電磁波，從而有效的測(cè)量出路面開裂深度。
[0014]蘇交科集團(tuán)股份有限公司201510357161.0公開一種基于磁性分析技術(shù)的路面病害檢測(cè)方法，包括如下步驟，(I)建設(shè)磁性路面；(2)在被檢測(cè)區(qū)域內(nèi)通過磁化路面檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)路面病害情況。當(dāng)磁性礦粉添加到瀝青混合料面層鋪筑材料中時(shí)，使路面面層整體具有磁性，可用于檢測(cè)路面出現(xiàn)的病害，如裂縫、坑槽、松散等；當(dāng)磁性礦粉添加到粘層、下封層之中時(shí)，用于檢測(cè)層間界面的變化，用于評(píng)價(jià)路面的車轍變形分析。
[0015]中國石油大學(xué)(北京)201510729546.5涉及一種水平井裂縫識(shí)別方法，包括以下步驟:檢測(cè)水平井的水平段，獲得對(duì)裂縫敏感的測(cè)井曲線以及巖石密度曲線，進(jìn)一步重構(gòu)得到裂縫分形指數(shù)曲線、裂縫特征指數(shù)曲線以及地層脆性指數(shù)曲線;根據(jù)所述重構(gòu)得到的各條曲線，得到裂縫指數(shù)曲線;根據(jù)所述裂縫指數(shù)曲線，識(shí)別水平井在水平方向上的裂縫的發(fā)育程度，裂縫指數(shù)越大，則裂縫發(fā)育程度越高。
[0016]上述量評(píng)法和質(zhì)評(píng)法，并沒有專門針對(duì)高速公路瀝青路面橫向裂縫，只是定性地進(jìn)行分析，或只就裂縫的某一方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，如裂縫率，僅從裂縫的影響面積量進(jìn)行評(píng)價(jià)，無法弄清裂縫在路面上的分布情況，不能全面地反映橫向裂縫對(duì)路面質(zhì)量的影響程度，具有一定的局限性。由于其結(jié)果不夠全面和直觀，難以直接在實(shí)際工程上應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的目的是提供一種瀝青路面裂縫類型自動(dòng)識(shí)別方法，基于已抽出的瀝青路面的裂縫圖像，按照規(guī)范自動(dòng)對(duì)裂縫的類別和破損程度進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，為快速準(zhǔn)確地進(jìn)行公路路況評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)信息。
[0018]本發(fā)明的目的將通過以下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn):識(shí)別流程的步驟依次包括:開始，根據(jù)連通性進(jìn)行分割，網(wǎng)格化，根據(jù)節(jié)點(diǎn)模版進(jìn)行分割，計(jì)算裂縫特征，裂縫類型分類，破損程度分類，計(jì)算裂縫面積與長(zhǎng)度，計(jì)算破損指數(shù)和結(jié)束。
[0019]尤其是，對(duì)于已經(jīng)取得的路面裂縫圖像進(jìn)行以下處理:
A.分割線狀裂縫與面狀裂縫；
A.1.網(wǎng)格連接；
瀝青路面的線狀裂縫包括橫向、縱向裂縫，面狀裂縫包括塊狀裂縫、龜裂;對(duì)于裂縫二值圖，從路面圖像中抽出裂縫圖像，通過劃網(wǎng)格的方法，把距離接近的幾段裂縫連接成一段具有連通域裂縫；
A.2.星形模型分割；
在網(wǎng)格連接基礎(chǔ)上，將具有連通域裂縫抽出形成子圖，在子圖中，線狀裂縫和面狀裂縫組合在一起，在判斷類型前需先把他們分割開。先用凸包的方法找到幾條線狀裂縫的端點(diǎn)，從端點(diǎn)開始，往中心搜索，遇到結(jié)點(diǎn)就停止，結(jié)點(diǎn)包括十字形、T字形和Y字形，分割結(jié)果為線狀裂縫和與其連接的面狀裂縫；
A.3.線狀面狀判斷；
在分割出不同部分的裂縫后，再通過外接矩形的方法，根據(jù)細(xì)長(zhǎng)與否，判斷裂縫屬于線狀或面狀；
B.橫向裂縫和縱向裂縫類型的識(shí)別；
在判斷出是線狀的所有裂縫中，需要再根據(jù)外接矩形長(zhǎng)邊方向是否與車輛行駛方向一致判斷是橫向或縱向裂縫；
C.塊狀裂縫和龜裂類型的識(shí)別；
C.1.兩者區(qū)別；
龜狀裂縫和塊狀裂縫的本質(zhì)區(qū)別是:“密度”不同；密度因子，其直觀物理意義是:把路面圖像中任一破損子塊周圍一定范圍內(nèi)的破損，按照一定規(guī)則賦以權(quán)值，這樣就把路面圖像中原本孤立的破損子塊關(guān)聯(lián)起來;不同類型的路面破損即裂縫，其子塊之間的這種關(guān)聯(lián)程度和方式總是有區(qū)別的，這種區(qū)別用于路面破損自動(dòng)識(shí)別； C.2.核卷積；
考慮的密度因子，包括3X3和5X5二種密度因子，利用它對(duì)裂縫二值圖通過特殊卷積求特征值;特殊卷積算法:從左到右，從上到下對(duì)路面圖像進(jìn)行掃描，遇到零子塊，不做任何處理或運(yùn)算；只有遇到，“I”子塊，才用破損密度因子對(duì)其進(jìn)行卷積運(yùn)算；
C.3.特征；
定義:S5為5 X 5模板卷積后的破損值總和；
S3為3 X 3模板卷積后的破損值總和；
SO為子圖的破損值總和；
F1=(S5-S3)/S0；
F2=(S3-S0)/S0；
最終把向量(Fl，F(xiàn)2，S0)作為特征，用于分類器輸入；
D.計(jì)算橫向、縱向裂縫的長(zhǎng)度，計(jì)算塊狀裂縫、龜裂的面積;判斷裂縫破損嚴(yán)重程度；以橫向、縱向裂縫的外接矩形長(zhǎng)邊來表征裂縫長(zhǎng)度；以塊狀裂縫、龜裂的凸包區(qū)域來計(jì)算面積。對(duì)裂縫二值圖用面積周長(zhǎng)之比計(jì)算裂縫寬度，進(jìn)而判斷破損嚴(yán)重程度。
[0020]尤其是，裂縫圖像做二值圖網(wǎng)格劃分，在裂縫圖案上做網(wǎng)格劃分，與裂縫圖案產(chǎn)生交集的所有網(wǎng)格保留后形成事實(shí)上依照裂縫伸展?fàn)顟B(tài)構(gòu)成具有連通域的裂縫二值圖，這些網(wǎng)格包括線狀的僅有一條裂縫線段和面狀的至少包括二段不連續(xù)的裂縫線段；
進(jìn)一步的，將上述具有連通域的網(wǎng)格區(qū)域標(biāo)出形成裂縫網(wǎng)格劃分后的子圖；
進(jìn)一步的，對(duì)于裂縫網(wǎng)格劃分后的子圖中的連通圖形根據(jù)連續(xù)線性延伸特征劃分出線狀裂縫，并根據(jù)交叉、環(huán)形特征劃分出面狀裂縫。
[0021]尤其是，整個(gè)識(shí)別過程中的算法流程包括:
A、網(wǎng)格連接;對(duì)于I個(gè)像素代表2毫米的裂縫二值圖，通常網(wǎng)格高寬各為150個(gè)像素即每一個(gè)網(wǎng)格代表30CMX30CM的路面區(qū)域；網(wǎng)格化時(shí)某子塊是否保留的比例閾值設(shè)定為0.0005，大于此值，說明這個(gè)網(wǎng)格內(nèi)有裂縫；
B、星形模型分割;對(duì)于子圖，分割的線狀區(qū)域的像素通常大于5才算是線狀裂縫；
C、線狀面狀判斷以及橫向縱向的識(shí)別；依據(jù)條件和參數(shù)判斷線狀和面狀裂縫;其中m_BlockHThresSl im和m_BlockWThresSlim取三倍的網(wǎng)格大小；m_B1ckHThresStubby和m_BlockWThresStubby取一倍的網(wǎng)格大小；
D、塊狀裂縫和龜裂類型的識(shí)別；如果裂縫塊度小于2個(gè)網(wǎng)格大小，則直接判斷成龜裂。否則根據(jù)特征(Fl，F(xiàn)2，S0)判斷，如果特征小，則說明密度小，判斷為塊狀；
E、計(jì)算裂縫的長(zhǎng)度、寬度和面積；以外接矩形長(zhǎng)邊計(jì)算裂縫長(zhǎng)度；以凸包區(qū)域計(jì)算裂縫面積;對(duì)于I個(gè)像素代表2毫米的裂縫二值圖，對(duì)于橫向、縱向、塊狀裂縫，其面積周長(zhǎng)之比小于4.5時(shí)破損程度為輕;對(duì)于龜裂，面積周長(zhǎng)之比小于3時(shí)破損程度為輕，大于7.5時(shí)破損程度為重，中間為輕。
[0022]尤其是，線狀和面狀裂縫判斷條件和參數(shù)包括:
I)第一判決條件:相對(duì)寬度即長(zhǎng)寬比為(0，0.51)或(1.96，+?0，細(xì)長(zhǎng)slim;
第二判決條件:a)絕對(duì)寬度、絕對(duì)高度height〈m—BlockHThresSl im或width〈BlockWThresSlim;b)絕對(duì)寬度、絕對(duì)高度 hei ght〈m—BlockHThresSl im 且 width〈BlockffThresSlim； 第三判決條件:abs(slope):第二判決條件a)時(shí)，圖像水平方向裂縫〈0.58，圖像豎直方向裂縫>=1.73，線狀不規(guī)則裂縫(0.58，1.73);第二判決條件b)時(shí)，塊狀、龜裂及面狀不規(guī)則裂縫無對(duì)應(yīng)第三判決條件；
2)第一判決條件:相對(duì)寬度即長(zhǎng)寬比為(0.51，1.96)粗短Stubby;
第二判決條件:a)絕對(duì)寬度、絕對(duì)高度height〈m—B1ckHThresStubby或width〈BlockffThresStubby ; b)絕對(duì)寬度、絕對(duì)高度height〈m—BlockHThresStubby且width〈BlockffThresStubby；
第三判決條件:abs(slope):第二判決條件a)時(shí)，圖像水平方向裂縫〈0.58，圖像豎直方向裂縫>=1.73，線狀不規(guī)則裂縫(0.58，1.73);第二判決條件b)時(shí)，塊狀、龜裂及面狀不規(guī)則裂縫無對(duì)應(yīng)第三判決條件；
3)第一判決條件:相對(duì)寬度即長(zhǎng)寬比為(0.67，1.5)特別粗短;無對(duì)應(yīng)第二、三判決條件。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果:從路面圖像中抽出裂縫圖像，把距離接近的幾段裂縫連接成一段具有連通域的裂縫二值圖，通過對(duì)該連通域劃網(wǎng)格，進(jìn)而逐步對(duì)裂縫進(jìn)行識(shí)別；
(1)將橫向或縱向裂縫，與塊狀裂縫或龜裂首先作為兩大類型進(jìn)行準(zhǔn)確分割和識(shí)別；
(2)進(jìn)一步的，對(duì)橫向裂縫和縱向裂縫類型進(jìn)行精確識(shí)別；
(3)進(jìn)一步的，對(duì)塊狀裂縫和龜裂類型進(jìn)行精確識(shí)別；
(4)計(jì)算橫向或縱向裂縫的長(zhǎng)度；
(5)計(jì)算塊狀裂縫或龜裂的面積；
(6)判斷裂縫破損嚴(yán)重程度。
[0024]可以有效的提高路面病害識(shí)別的準(zhǔn)確率，減少路面病害檢測(cè)的誤識(shí)別率，不受路面天氣條件的影響，具有全天候工作的能力，同時(shí)檢測(cè)速度快、效率高，不對(duì)交通產(chǎn)生干擾，帶來良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明中識(shí)別流程示意圖
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中對(duì)裂縫圖像做二值圖網(wǎng)格劃分示意圖圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中對(duì)裂縫圖像做二值圖網(wǎng)格劃分后的子圖圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中對(duì)網(wǎng)格劃分后的子圖進(jìn)行線狀裂縫和面狀裂縫分割示意圖圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中子圖進(jìn)行線狀裂縫和面狀裂縫分割的節(jié)點(diǎn)形狀示意圖圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中對(duì)裂縫二值圖進(jìn)行特殊卷積的密度因子示意圖圖7為本發(fā)明中線狀和面狀裂縫判斷條件和參數(shù)表。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明原理在于，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)于已經(jīng)獲取的路面破損圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)路面裂縫識(shí)別的具體措施中，需要解決的技術(shù)問題包括:
1)、具有不連續(xù)性的裂縫圖像的連接；
2)、線狀裂縫和面狀裂的分割；
3)、四種裂縫類型的識(shí)別； 4)、裂縫形狀屬性的計(jì)算。
[0027]本發(fā)明中將給出解決以上問題的有效技術(shù)方案。
[0028]本發(fā)明中，如附圖1所示，識(shí)別流程的步驟依次包括:開始，根據(jù)連通性進(jìn)行分割，網(wǎng)格化，根據(jù)節(jié)點(diǎn)模版進(jìn)行分割，計(jì)算裂縫特征，裂縫類型分類，破損程度分類，計(jì)算裂縫面積與長(zhǎng)度，計(jì)算破損指數(shù)和結(jié)束。
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0030]實(shí)施例1:如圖2所示，對(duì)于已經(jīng)取得的路面裂縫圖像進(jìn)行以下處理:
A.分割線狀裂縫與面狀裂縫；
A.1.網(wǎng)格連接；
瀝青路面的線狀裂縫包括橫向、縱向裂縫，面狀裂縫包括塊狀裂縫、龜裂;對(duì)于裂縫二值圖，考慮到瀝青路面的裂縫往往具有不連續(xù)性，且從路面圖像中抽出裂縫圖像，由于各種的干擾，也會(huì)呈現(xiàn)不連續(xù)性;為了把距離接近的幾段裂縫連接成一段具有連通域裂縫，需要通過劃網(wǎng)格的方法，在網(wǎng)格意義上，裂縫圖案是一個(gè)具有連通域的幾段裂縫，并且在子圖上顯示為連接成一個(gè)整體裂縫。
[0031]A.2.星形模型分割；
在網(wǎng)格連接基礎(chǔ)上，在子圖中，線狀裂縫和面狀裂縫組合在一起，在判斷類型前需先把他們分割開。在本實(shí)施例中，如圖3和圖4所示，子圖以及線狀裂縫和面狀裂縫分割圖形顯示為星型，以星形模型為例:中間是面狀裂縫，周邊伸出去幾條線狀裂縫，先用凸包的方法找到幾條線狀裂縫的端點(diǎn)，從端點(diǎn)開始，往中心搜索，遇到結(jié)點(diǎn)就停止，如圖5所示，結(jié)點(diǎn)包括十字形、T字形和Y字形，這三種節(jié)點(diǎn)的形狀還包括幾種變形，包括分別繞中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)后的形狀以及至少二種以上復(fù)合的形狀;如圖4所示，分割結(jié)果為，黑色標(biāo)出的不同形狀的外圍的線狀裂縫和中間白色標(biāo)出的由多個(gè)節(jié)點(diǎn)圍合成的面狀裂縫。
[0032]A.3.線狀面狀判斷；
在分割出不同部分的裂縫后，再通過外接矩形的方法，根據(jù)細(xì)長(zhǎng)與否，判斷裂縫屬于線狀或面狀；
B.橫向裂縫和縱向裂縫類型的識(shí)別；
在判斷出是線狀的所有裂縫中，需要再根據(jù)外接矩形長(zhǎng)邊方向是否與車輛行駛方向一致判斷是橫向或縱向裂縫；
C.塊狀裂縫和龜裂類型的識(shí)別；
C.1.兩者區(qū)別；
龜狀裂縫和塊狀裂縫的本質(zhì)區(qū)別是:“密度”不同；密度因子，其直觀物理意義是:把路面圖像中任一破損子塊周圍一定范圍內(nèi)的破損，按照一定規(guī)則賦以權(quán)值，這樣就把路面圖像中原本孤立的破損子塊關(guān)聯(lián)起來;不同類型的路面破損即裂縫，其子塊之間的這種關(guān)聯(lián)程度和方式總是有區(qū)別的，這種區(qū)別用于路面破損自動(dòng)識(shí)別；
C.2.核卷積；
如圖6所示，考慮的密度因子，包括3X3和5X5二種密度因子，利用它對(duì)裂縫二值圖通過特殊卷積求特征值;特殊卷積算法:從左到右，從上到下對(duì)路面圖像進(jìn)行掃描，遇到零子塊，不做任何處理或運(yùn)算；只有遇到，“I”子塊，才用破損密度因子對(duì)其進(jìn)行卷積運(yùn)算。
[0033]C.3.特征；定義:S5為5 X 5模板卷積后的破損值總和；S3為3 X 3模板卷積后的破損值總和；SO為子圖的破損值總和；F1=(S5-S3)/S0；F2=(S3-S0)/S0；最終把向量(FI，F(xiàn)2，S0)作為特征，用于分類器輸入；D.計(jì)算橫向、縱向裂縫的長(zhǎng)度，計(jì)算塊狀裂縫、龜裂的面積;判斷裂縫破損嚴(yán)重程度；以橫向、縱向裂縫的外接矩形長(zhǎng)邊來表征裂縫長(zhǎng)度。以塊狀裂縫、龜裂的凸包區(qū)域來計(jì)算面積。對(duì)裂縫二值圖用面積周長(zhǎng)之比計(jì)算裂縫寬度，進(jìn)而判斷破損嚴(yán)重程度。
[0034]前述中，如圖2所示，對(duì)裂縫圖像做二值圖網(wǎng)格劃分，在裂縫圖案上做網(wǎng)格劃分，即白色曲線圖案部分，與裂縫圖案產(chǎn)生交集的所有網(wǎng)格保留后形成事實(shí)上依照裂縫伸展?fàn)顟B(tài)構(gòu)成具有連通域的裂縫二值圖，這些網(wǎng)格包括線狀的僅有一條裂縫線段-即灰色網(wǎng)格和面狀的至少包括二段不連續(xù)的裂縫線段-即黑色網(wǎng)格；進(jìn)一步的，如附圖3所示，將上述具有連通域的網(wǎng)格區(qū)域標(biāo)出形成裂縫網(wǎng)格劃分后的子圖；進(jìn)一步的，如附圖4所示，對(duì)于裂縫網(wǎng)格劃分后的子圖中的連通圖形根據(jù)連續(xù)線性延伸特征劃分出線狀裂縫即圖中黑色部分，并根據(jù)交叉、環(huán)形特征劃分出面狀裂縫即圖中白色部分。
[0035]本發(fā)明中，整個(gè)識(shí)別過程中的算法流程包括:A、網(wǎng)格連接;對(duì)于1個(gè)像素代表2毫米的裂縫二值圖，通常網(wǎng)格高寬各為150個(gè)像素即每一個(gè)網(wǎng)格代表30CMX30CM的路面區(qū)域；網(wǎng)格化時(shí)某子塊是否保留的比例閾值設(shè)定為 0.0005，大于此值，說明這個(gè)網(wǎng)格內(nèi)有裂縫；B、星形模型分割;對(duì)于子圖，分割的線狀區(qū)域的像素通常大于5才算是線狀裂縫；C、線狀面狀判斷以及橫向縱向的識(shí)別；依據(jù)條件和參數(shù)判斷線狀和面狀裂縫;其中m_ BlockHThresSl im 和 m_BlockWThresSlim 取三倍的網(wǎng)格大小；m_BlockHThresStubby 和 m_ BlockWThresStubby取一倍的網(wǎng)格大小；D、塊狀裂縫和龜裂類型的識(shí)別；如果裂縫塊度小于2個(gè)網(wǎng)格大小，則直接判斷成龜裂。 否則根據(jù)特征(F1，F(xiàn)2，S0)判斷，如果特征小，則說明密度小，判斷為塊狀；E、計(jì)算裂縫的長(zhǎng)度、寬度和面積；以外接矩形長(zhǎng)邊計(jì)算裂縫長(zhǎng)度。以凸包區(qū)域計(jì)算裂縫面積。對(duì)于1個(gè)像素代表2毫米的裂縫二值圖，對(duì)于橫向、縱向、塊狀裂縫，其面積周長(zhǎng)之比小于4.5時(shí)破損程度為輕。對(duì)于龜裂，面積周長(zhǎng)之比小于3時(shí)破損程度為輕，大于7.5時(shí)破損程度為重，中間為輕。
[0036]前述中，如附圖7所示，線狀和面狀裂縫判斷條件和參數(shù)包括:1)第一判決條件:相對(duì)寬度即長(zhǎng)寬比為(〇,〇.51)或(1.96，+-0，細(xì)長(zhǎng)81加；第二判決條件:a)絕對(duì)寬度、絕對(duì)高度height〈m_BlockHThresSl im或width〈 BlockWThresSlim;b)絕對(duì)寬度、絕對(duì)高度 hei ght〈m _BlockHThresSl im 且width〈 BlockffThresSlim；第三判決條件:abs(slope):第二判決條件a)時(shí)，圖像水平方向裂縫〈0.58，圖像豎直方向裂縫>=1.73，線狀不規(guī)則裂縫(0.58，1.73);第二判決條件b)時(shí)，塊狀、龜裂及面狀不規(guī)則裂縫無對(duì)應(yīng)第三判決條件；2)第一判決條件:相對(duì)寬度即長(zhǎng)寬比為(0.51，1.96)粗短Stubby;第二判決條件:a)絕對(duì)寬度、絕對(duì)高度height<m_BlockHThresStubby或width〈 BlockWThresStubby ; b)絕對(duì)寬度、絕對(duì)高度height〈m_BlockHThresStubby且width〈 BlockffThresStubby；第三判決條件:abs(slope):第二判決條件a)時(shí)，圖像水平方向裂縫〈0.58，圖像豎直方向裂縫>=1.73，線狀不規(guī)則裂縫(0.58，1.73);第二判決條件b)時(shí)，塊狀、龜裂及面狀不規(guī)則裂縫無對(duì)應(yīng)第三判決條件；3 )第一判決條件:相對(duì)寬度即長(zhǎng)寬比為(0.67，1.5 )特別粗短;無對(duì)應(yīng)第二、三判決條件。
[0037]本發(fā)明實(shí)施例所提供的技術(shù)方案，提供了對(duì)裂縫進(jìn)行識(shí)別評(píng)判的方法和步驟，并反饋給用戶，為瀝青路面的維修、養(yǎng)護(hù)，提供重要參考數(shù)據(jù)。
[0038]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的各步驟可以用通用的計(jì)算裝置來實(shí)現(xiàn)，它們可以集中在單個(gè)的計(jì)算裝置上，或者分布在多個(gè)計(jì)算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計(jì)算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實(shí)現(xiàn)，從而，可以將它們存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中由計(jì)算裝置來執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個(gè)集成電路模塊，或者將它們中的多個(gè)模塊或步驟制作成單個(gè)集成電路模塊來實(shí)現(xiàn)。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。
[0039]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，本發(fā)明可以有各種修改和變化。但是，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、 等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.瀝青路面裂縫類型自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，識(shí)別流程的步驟依次包括:開始，根據(jù)連通性進(jìn)行分割，網(wǎng)格化，根據(jù)節(jié)點(diǎn)模版進(jìn)行分割，計(jì)算裂縫特征，裂縫類型分類，破損程度分類，計(jì)算裂縫面積與長(zhǎng)度，計(jì)算破損指數(shù)和結(jié)束。2.如權(quán)利要求1所述的瀝青路面裂縫類型自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，對(duì)于已經(jīng)取得的路面裂縫圖像進(jìn)行以下處理: A.分割線狀裂縫與面狀裂縫； A.1.網(wǎng)格連接； 瀝青路面的線狀裂縫包括橫向、縱向裂縫，面狀裂縫包括塊狀裂縫、龜裂;對(duì)于裂縫二值圖，從路面圖像中抽出裂縫圖像，通過劃網(wǎng)格的方法，把距離接近的幾段裂縫連接成一段具有連通域裂縫； A.2.星形模型分割； 在網(wǎng)格連接基礎(chǔ)上，將具有連通域裂縫抽出形成子圖，在子圖中，線狀裂縫和面狀裂縫組合在一起，在判斷類型前需先把他們分割開。先用凸包的方法找到幾條線狀裂縫的端點(diǎn)，從端點(diǎn)開始，往中心搜索，遇到結(jié)點(diǎn)就停止，結(jié)點(diǎn)包括十字形、T字形和Y字形，分割結(jié)果為線狀裂縫和與其連接的面狀裂縫； A.3.線狀面狀判斷； 在分割出不同部分的裂縫后，再通過外接矩形的方法，根據(jù)細(xì)長(zhǎng)與否，判斷裂縫屬于線狀或面狀； B.橫向裂縫和縱向裂縫類型的識(shí)別； 在判斷出是線狀的所有裂縫中，需要再根據(jù)外接矩形長(zhǎng)邊方向是否與車輛行駛方向一致判斷是橫向或縱向裂縫； C.塊狀裂縫和龜裂類型的識(shí)別； C.1.兩者區(qū)別； 龜狀裂縫和塊狀裂縫的本質(zhì)區(qū)別是密度”不同；密度因子，其直觀物理意義是:把路面圖像中任一破損子塊周圍一定范圍內(nèi)的破損，按照一定規(guī)則賦以權(quán)值，這樣就把路面圖像中原本孤立的破損子塊關(guān)聯(lián)起來;不同類型的路面破損即裂縫，其子塊之間的這種關(guān)聯(lián)程度和方式總是有區(qū)別的，這種區(qū)別用于路面破損自動(dòng)識(shí)別； C.2.核卷積； 考慮的密度因子，包括3X3和5X5二種密度因子，利用它對(duì)裂縫二值圖通過特殊卷積求特征值;特殊卷積算法:從左到右，從上到下對(duì)路面圖像進(jìn)行掃描，遇到零子塊，不做任何處理或運(yùn)算；只有遇到，“I”子塊，才用破損密度因子對(duì)其進(jìn)行卷積運(yùn)算； C.3.特征； 定義:S5為5 X 5模板卷積后的破損值總和； S3為3 X 3模板卷積后的破損值總和； SO為子圖的破損值總和； F1 = (S5-S3)/S0； F2=(S3-S0)/S0； 最終把向量(Fl，F(xiàn)2，S0)作為特征，用于分類器輸入； D.計(jì)算橫向、縱向裂縫的長(zhǎng)度，計(jì)算塊狀裂縫、龜裂的面積;判斷裂縫破損嚴(yán)重程度；以橫向、縱向裂縫的外接矩形長(zhǎng)邊來表征裂縫長(zhǎng)度；以塊狀裂縫、龜裂的凸包區(qū)域來計(jì)算面積;對(duì)裂縫二值圖用面積周長(zhǎng)之比計(jì)算裂縫寬度，進(jìn)而判斷破損嚴(yán)重程度。3.如權(quán)利要求2所述的瀝青路面裂縫類型自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，裂縫圖像做二值圖網(wǎng)格劃分，在裂縫圖案上做網(wǎng)格劃分，與裂縫圖案產(chǎn)生交集的所有網(wǎng)格保留后形成事實(shí)上依照裂縫伸展?fàn)顟B(tài)構(gòu)成具有連通域的裂縫二值圖，這些網(wǎng)格包括線狀的僅有一條裂縫線段和面狀的至少包括二段不連續(xù)的裂縫線段； 進(jìn)一步的，將上述具有連通域的網(wǎng)格區(qū)域標(biāo)出形成裂縫網(wǎng)格劃分后的子圖； 進(jìn)一步的，對(duì)于裂縫網(wǎng)格劃分后的子圖中的連通圖形根據(jù)連續(xù)線性延伸特征劃分出線狀裂縫，并根據(jù)交叉、環(huán)形特征劃分出面狀裂縫。4.如權(quán)利要求1所述的瀝青路面裂縫類型自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，整個(gè)識(shí)別過程中的算法流程包括: A、網(wǎng)格連接;對(duì)于I個(gè)像素代表2毫米的裂縫二值圖，通常網(wǎng)格高寬各為150個(gè)像素即每一個(gè)網(wǎng)格代表30CM X 30CM的路面區(qū)域；網(wǎng)格化時(shí)某子塊是否保留的比例閾值設(shè)定為0.0005，大于此值，說明這個(gè)網(wǎng)格內(nèi)有裂縫； B、星形模型分割;對(duì)于子圖，分割的線狀區(qū)域的像素通常大于5才算是線狀裂縫； C、線狀面狀判斷以及橫向縱向的識(shí)別；依據(jù)條件和參數(shù)判斷線狀和面狀裂縫;其中m_BlockHThresSl im和m_BlockWThresSlim取三倍的網(wǎng)格大??；m_B1ckHThresStubby和m_BlockWThresStubby取一倍的網(wǎng)格大??； D、塊狀裂縫和龜裂類型的識(shí)別；如果裂縫塊度小于2個(gè)網(wǎng)格大小，則直接判斷成龜裂。否則根據(jù)特征(Fl，F(xiàn)2，S0)判斷，如果特征小，則說明密度小，判斷為塊狀； E、計(jì)算裂縫的長(zhǎng)度、寬度和面積；以外接矩形長(zhǎng)邊計(jì)算裂縫長(zhǎng)度；以凸包區(qū)域計(jì)算裂縫面積;對(duì)于I個(gè)像素代表2毫米的裂縫二值圖，對(duì)于橫向、縱向、塊狀裂縫，其面積周長(zhǎng)之比小于4.5時(shí)破損程度為輕;對(duì)于龜裂，面積周長(zhǎng)之比小于3時(shí)破損程度為輕，大于7.5時(shí)破損程度為重，中間為輕。5.如權(quán)利要求4所述的瀝青路面裂縫類型自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，線狀和面狀裂縫判斷條件和參數(shù)包括: 1)第一判決條件:相對(duì)寬度即長(zhǎng)寬比為(0，0.51)或(1.96，+?0，細(xì)長(zhǎng)slim; 第二判決條件:a)絕對(duì)寬度、絕對(duì)高度he ight〈m—BlockHThresSl im或width〈BlockWThresSlim;b)絕對(duì)寬度、絕對(duì)高度 hei ght〈m—BlockHThresSl im 且 width〈BlockffThresSlim； 第三判決條件^1^(81叩6):第二判決條件&)時(shí)，圖像水平方向裂縫〈0.58，圖像豎直方向裂縫> = 1.73，線狀不規(guī)則裂縫(0.58，1.73);第二判決條件b)時(shí)，塊狀、龜裂及面狀不規(guī)則裂縫無對(duì)應(yīng)第三判決條件； 2)第一判決條件:相對(duì)寬度即長(zhǎng)寬比為(0.51，1.96)粗短Stubby; 第二判決條件:a)絕對(duì)寬度、絕對(duì)高度height〈m—BlockHThresStubby或width〈BlockffThresStubby ; b)絕對(duì)寬度、絕對(duì)高度height〈m—BlockHThresStubby且width〈BlockffThresStubby； 第三判決條件^1^(81叩6):第二判決條件&)時(shí)，圖像水平方向裂縫〈0.58，圖像豎直方向裂縫> = 1.73，線狀不規(guī)則裂縫(0.58，1.73);第二判決條件b)時(shí)，塊狀、龜裂及面狀不規(guī)則裂縫無對(duì)應(yīng)第三判決條件；3)第一判決條件:相對(duì)寬度即長(zhǎng)寬比為(0.67，1.5)特別粗短；無對(duì)應(yīng)第二、三判決條件。
【文檔編號(hào)】G01N21/88GK106087677SQ201610388591
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月2日 公開號(hào)201610388591.3, CN 106087677 A, CN 106087677A, CN 201610388591, CN-A-106087677, CN106087677 A, CN106087677A, CN201610388591, CN201610388591.3
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