一種基于雙尺度聚類算法的路面裂縫識(shí)別算法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本專利屬于道路工程領(lǐng)域，特別是指一種基于雙尺度聚類算法的路面裂縫識(shí)別算 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的路面裂縫識(shí)別技術(shù)都是緊扣裂縫進(jìn)行一系列的圖像處理并不斷使其效果 不斷優(yōu)化，便于目標(biāo)提取，即該類算法主要致力于裂縫特征的提取上，而很少考慮實(shí)際需要 以及處理后的路面裂縫是否真正對(duì)應(yīng)于同一條實(shí)際路面裂縫。其一，傳統(tǒng)的裂縫特征提取 算法使得預(yù)處理后的路面裂縫二值圖相對(duì)于原始裂縫而言總是不同程度的縮小實(shí)際路面 裂縫區(qū)域，更甚者經(jīng)過(guò)多次處理后使得實(shí)際中同一條路面裂縫在圖像上呈現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，斷 裂后的一條裂縫如果不進(jìn)行及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并修補(bǔ)極有可能被當(dāng)作兩條甚至更多的裂縫處理， 由于路面裂縫識(shí)別過(guò)程是一個(gè)串行的處理過(guò)程，其錯(cuò)誤存在累積現(xiàn)象，這樣使得后續(xù)處理 中裂縫定位等工作基于前端錯(cuò)誤的結(jié)果進(jìn)行，必然產(chǎn)生錯(cuò)誤的裂縫識(shí)別結(jié)果，大大提高了 裂縫識(shí)別的錯(cuò)誤率，即存在"不補(bǔ)則錯(cuò)"的現(xiàn)象。其二，就實(shí)際而言，路面裂縫檢測(cè)的目的在 于準(zhǔn)確分類裂縫、準(zhǔn)確定位裂縫以及裂縫實(shí)際區(qū)域的定位，從而為公路養(yǎng)護(hù)部門提供可靠 的數(shù)據(jù)，以利于其進(jìn)行公路養(yǎng)護(hù)管理。
[0003] 聚類算法用于圖像分割領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。其不僅在處理大量數(shù)據(jù)方面 具有很大的優(yōu)勢(shì)，且具有優(yōu)良的可擴(kuò)展性，便于從不同的角度上發(fā)現(xiàn)新的研宄方法。不同 的聚類算法按其聚類準(zhǔn)則的不同，可分為"硬"聚類，和"軟"聚類。就簡(jiǎn)單的"硬"聚類而 言，令集合C表示圖像灰度值數(shù)據(jù)集，對(duì)其進(jìn)行聚類分析相當(dāng)于將其按一定的準(zhǔn)則分割為 子區(qū)域Cl，C2.......Ck，，k為類別數(shù)。使得子區(qū)域滿足條件：非空性：C i * 0 完整性： C1U C2U C3U…U Ck= C，聚類算法實(shí)質(zhì)是對(duì)原始數(shù)據(jù)的再分配，通過(guò)挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)， 不斷尋找更加優(yōu)化的聚類算法，從而使得再分配后的數(shù)據(jù)體現(xiàn)某種內(nèi)部一致性，這種一致 性的體現(xiàn)通常又由特定的準(zhǔn)則函數(shù)衡量，使用不同的準(zhǔn)則函數(shù)將得到不同的結(jié)果，優(yōu)化準(zhǔn) 則函數(shù)便是優(yōu)化聚類算法的一個(gè)方向。常用的聚類算法有分層聚類算法、混合解析模式查 詢算法、最近鄰域聚類算法、模糊聚類算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聚類算法、遺傳聚類算法等。縱觀 這些聚類算法，其核心在于"距離"的表示，不同準(zhǔn)則下的"距離"體現(xiàn)不同的聚類效果，當(dāng) 然，對(duì)于不同的數(shù)據(jù)集合相應(yīng)的選取不同的準(zhǔn)則才能達(dá)到較為理想的效果，因此，"距離" 的定義尤為關(guān)鍵。同時(shí)，就路面裂縫檢測(cè)而言，聚類算法在該領(lǐng)域的鮮有應(yīng)用，且僅有的應(yīng) 有也只是局限于路面裂縫圖像的分割，并沒(méi)有進(jìn)行裂縫區(qū)域定位方面的檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)以上路面裂縫識(shí)別技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出基于雙尺度聚類的路面裂縫 識(shí)別算法，采用"先分后聚"的思想，即先裂縫進(jìn)行小塊區(qū)域劃分局部研宄，然后使用優(yōu)化中 心距離以及角度差的雙尺度聚類準(zhǔn)則對(duì)小塊斷裂裂縫進(jìn)行雙尺度聚類，最后使用最小外接 橢圓模型表征裂縫，實(shí)現(xiàn)裂縫的定位以及區(qū)域的界定，達(dá)到路面裂縫的識(shí)別。不僅避免了使 用計(jì)算流形距離造成的數(shù)據(jù)量大、復(fù)雜度高帶來(lái)的實(shí)現(xiàn)困難，且達(dá)到了使用流形距離聚類 帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0006] -種基于雙尺度聚類的路面裂縫識(shí)別算法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1 :計(jì)算機(jī)讀取三維圖像數(shù)據(jù)矩陣，對(duì)三維圖像數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行濾波處理得到 濾波后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣，然后將其轉(zhuǎn)換成灰度圖像，并對(duì)該灰度圖像使用Otsu算法進(jìn) 行二值化處理，得到二值化圖像；
[0008] 步驟2 :按照從上到下、從左到右的順序，采用八鄰域搜索算法掃描步驟1得到的 二值化圖像對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣，得到標(biāo)記后的裂縫區(qū)域，并對(duì)每個(gè)裂縫區(qū)域使用最小外接橢 圓進(jìn)行表征（即使用最小外接橢圓將裂縫區(qū)域圈在其內(nèi)）；
[0009] 步驟3 :在裂縫區(qū)域?qū)?yīng)的橢圓，使用雙尺度聚類算法進(jìn)行裂縫聚類，得到聚類后 的裂縫區(qū)域；
[0010] 步驟4 :使用聚類后的裂縫區(qū)域所在的最小外接橢圓作為路面裂縫。
[0011] 進(jìn)一步的，其特征在于，所述步驟2具體包含如下步驟：
[0012] 步驟21 :按照從上到下、從左到右的順序掃描濾波后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣；依次 以每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作為中心，判斷中心點(diǎn)的八鄰域是否均為裂縫點(diǎn)，如果是，則八鄰域范圍內(nèi) 的點(diǎn)屬于以該數(shù)據(jù)點(diǎn)為中心點(diǎn)的基本單元區(qū)域，并將每個(gè)基本單元區(qū)域順次編號(hào)（進(jìn)行標(biāo) 記），每個(gè)基本單元區(qū)域均作為裂縫區(qū)域；
[0013] 步驟22:對(duì)編號(hào)i的裂縫區(qū)域中的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行線性擬合，得到擬合直線
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于雙尺度聚類的路面裂縫識(shí)別算法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1 :計(jì)算機(jī)讀取三維圖像數(shù)據(jù)矩陣，對(duì)三維圖像數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行濾波處理得到濾波 后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣，然后將其轉(zhuǎn)換成灰度圖像，并對(duì)該灰度圖像使用Otsu算法進(jìn)行二 值化處理，得到二值化圖像； 步驟2 :按照從上到下、從左到右的順序，采用八鄰域搜索算法掃描步驟1得到的二值 化圖像對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣，得到標(biāo)記后的裂縫區(qū)域，并對(duì)每個(gè)裂縫區(qū)域使用最小外接橢圓進(jìn) 行表征； 步驟3 :在裂縫區(qū)域?qū)?yīng)的橢圓，使用雙尺度聚類算法進(jìn)行裂縫聚類，得到聚類后的裂 縫區(qū)域； 步驟4 :使用聚類后的裂縫區(qū)域所在的最小外接橢圓作為路面裂縫。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于雙尺度聚類算法的路面裂縫識(shí)別算法，其特征在于，所述 步驟2具體包含如下步驟： 步驟21 :按照從上到下、從左到右的順序掃描濾波后的三維圖像數(shù)據(jù)矩陣；依次以每 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作為中心，判斷中心點(diǎn)的八鄰域是否均為裂縫點(diǎn)，如果是，則八鄰域范圍內(nèi)的點(diǎn)屬 于以該數(shù)據(jù)點(diǎn)為中心點(diǎn)的基本單元區(qū)域，并將每個(gè)基本單元區(qū)域順次編號(hào)，每個(gè)基本單元 區(qū)域均作為裂縫區(qū)域； 步驟22:對(duì)編號(hào)i的裂縫區(qū)域中的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行線性擬合，得到擬合直線 )其中，i = l，2,3. · ·叫為編號(hào)i的裂縫區(qū)域 包含的數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)；求出該裂縫區(qū)域在對(duì)應(yīng)的擬合直線上截取的線段長(zhǎng)度，記為ai;然后計(jì) 算該裂縫區(qū)域內(nèi)所有數(shù)據(jù)點(diǎn)到對(duì)應(yīng)的擬合直線的距離，將距離的最大值記為h，計(jì)算％與 水平方向的夾角，記為Θ i; 步驟23:將每個(gè)裂縫區(qū)域的參數(shù)％、匕和Θ i分別作為對(duì)應(yīng)的橢圓的長(zhǎng)軸、短軸以及偏 轉(zhuǎn)角度，得到每個(gè)裂縫區(qū)域?qū)?yīng)的最小外接橢圓。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于雙尺度聚類算法的路面裂縫識(shí)別算法，其