一種基于k均值聚類分析的圖像落石體積測(cè)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種基于K均值聚類分析的 圖像落石體積測(cè)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 山體滑坡預(yù)警系統(tǒng)目前都采用監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，傳統(tǒng)的用于山體滑坡監(jiān)測(cè)的方 法大概有如下幾種：常規(guī)大地測(cè)量法；液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量、重力測(cè)量法；地下水位監(jiān)測(cè)法； 電測(cè)法、地下鉆孔傾斜等。盡管這些方法都在山體滑坡預(yù)警方面起到了積極作用，但它們具 有一些弊端，如受地形影響，不能連續(xù)觀測(cè)，自動(dòng)化程度不高，人力投入過(guò)大，數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí) 處理等。
[0003] 采用基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的監(jiān)測(cè)方法則可以消除上述部分弊端，如無(wú)接觸式測(cè) 量，智能化程度高，成本低，可以實(shí)時(shí)預(yù)警等。在以落石作為預(yù)警信息的視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，監(jiān) 測(cè)落石有無(wú)的同時(shí)，常常希望給出落石的具體測(cè)量參數(shù)，如體積。不同數(shù)量和不同大小的落 石表征了不同程度的預(yù)警，甚至極小的落石可能只是虛警。因此，監(jiān)測(cè)落石的同時(shí)，給出相 應(yīng)的體積測(cè)量參數(shù)意義及其重要。
[0004] 基于圖像處理算法的體積計(jì)算技術(shù)都是使用多個(gè)相機(jī)從不同角度拍攝，增大了成 本，且實(shí)現(xiàn)困難；而基于單相機(jī)的技術(shù)則大部分是預(yù)先建立待測(cè)目標(biāo)參數(shù)的模型庫(kù)，然后通 過(guò)不同算法進(jìn)行匹配和擬合，不適用于落石的監(jiān)測(cè)。
[0005] 針對(duì)相關(guān)技術(shù)中的問(wèn)題，目前尚未提出有效的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)相關(guān)技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于K均值聚類分析的圖像落石體積測(cè) 定方法，其基于落石在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中隨機(jī)滾動(dòng)的考慮，利用不同圖像序列的面積和名義高度 參數(shù)建立落石目標(biāo)不同姿態(tài)下體積數(shù)據(jù)的集合，并采用K均值聚類算法對(duì)集合進(jìn)行分簇， 數(shù)量最大的簇即為真實(shí)體積的隨機(jī)分布，由此估算出落石的體積。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 一種基于K均值聚類分析的圖像落石體積測(cè)定方法，包括：
[0009] 通過(guò)預(yù)先搭建的視頻采集系統(tǒng)采集落石視頻圖像，并對(duì)采集的落石視頻圖像的每 幀圖像進(jìn)行落石檢測(cè)，確定每幀檢測(cè)后的落石二值圖像；
[0010] 根據(jù)確定出的每幀落石二值圖像，確定所述每幀落石二值圖像所對(duì)應(yīng)的面積和名 義高度；
[0011] 根據(jù)所述面積和名義高度，計(jì)算落石目標(biāo)的體積，并根據(jù)K均值聚類分析算法，對(duì) 落石目標(biāo)的體積集合進(jìn)行聚類；
[0012] 對(duì)聚類后的若干簇的元數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，確定出數(shù)目最多的簇， 并根據(jù)該簇，估算落石目標(biāo)的體積，其中，估算的方法為取簇中所有元數(shù)的均值。
[0013] 進(jìn)一步的，上述基于K均值聚類分析的圖像落石體積測(cè)定方法還包括：
[0014] 在通過(guò)預(yù)先搭建的視頻采集系統(tǒng)采集落石視頻圖像之前，對(duì)所述視頻采集系統(tǒng)進(jìn) 行相機(jī)標(biāo)定。
[0015] 進(jìn)一步的，在通過(guò)預(yù)先搭建的視頻采集系統(tǒng)采集落石視頻圖像之前，對(duì)所述視頻 采集系統(tǒng)進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定包括：
[0016] 將預(yù)先配置的兩標(biāo)志物置于山體上，促使兩標(biāo)志物連線位于視場(chǎng)水平方向，并測(cè) 定兩標(biāo)志物的實(shí)際距離；
[0017] 更換兩標(biāo)志物的實(shí)際位置，促使兩標(biāo)志物連線位于視場(chǎng)垂直方向，并測(cè)定兩標(biāo)志 物的實(shí)際距離；
[0018] 根據(jù)上述水平方向上的實(shí)際距離和垂直方向上得實(shí)際距離，確定視頻采集系統(tǒng) 中，每像素所表示的實(shí)際長(zhǎng)度，并根據(jù)該實(shí)際長(zhǎng)度對(duì)視頻采集系統(tǒng)進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定。
[0019] 進(jìn)一步的，所述落石檢測(cè)的方法包括基于背景差分法和目標(biāo)特征檢測(cè)算法。
[0020] 進(jìn)一步的，根據(jù)確定出的每幀落石二值圖像，確定所述每幀落石二值圖像所對(duì)應(yīng) 的面積包括：
[0021] 對(duì)單個(gè)落石目標(biāo)進(jìn)行像素的遍歷，其中，像素的數(shù)據(jù)即為當(dāng)前幀落石的面積。
[0022] 進(jìn)一步的，根據(jù)確定出的每幀落石二值圖像，確定所述每幀落石二值圖像所對(duì)應(yīng) 的名義高度包括：
[0023] 根據(jù)確定出的每幀落石二值圖像，計(jì)算落石目標(biāo)圖像的慣性矩；
[0024] 根據(jù)所述落石目標(biāo)圖像的慣性矩，確定落石目標(biāo)圖像的長(zhǎng)軸值和短軸值；
[0025] 根據(jù)所述長(zhǎng)軸值和所述短軸值，確定所述長(zhǎng)軸值和所述短軸值的均值，并將該均 值作為所述名義高度。
[0026] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明以數(shù)字圖像處理技術(shù)和模式識(shí)別技術(shù)為基礎(chǔ)，采用單 相機(jī)、無(wú)接觸式測(cè)量技術(shù)，利用不同圖像序列的面積和名義高度參數(shù)建立落石目標(biāo)不同姿 態(tài)下體積數(shù)據(jù)的集合，并采用K均值聚類算法對(duì)集合進(jìn)行分簇最終估算落石的體積。該算 法無(wú)需提前建立待測(cè)目標(biāo)參數(shù)的模型庫(kù)，圖像處理算法簡(jiǎn)單高效。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施 例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種基于K均值聚類分析的圖像落石體積測(cè)定方 法，包括通過(guò)預(yù)先搭建的視頻采集系統(tǒng)采集落石視頻圖像，并對(duì)采集的落石視頻圖像的每 幀圖像進(jìn)行落石檢測(cè)，確定每幀檢測(cè)后的落石二值圖像；根據(jù)確定出的每幀落石二值圖像， 確定所述每幀落石二值圖像所對(duì)應(yīng)的面積和名義高度；根據(jù)所述面積和名義高度，計(jì)算落 石目標(biāo)的體積，并根據(jù)K均值聚類分析算法，對(duì)落石目標(biāo)的體積集合進(jìn)行聚類；對(duì)聚類后的 若干簇的元數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，確定出數(shù)目最多的簇，并根據(jù)該簇，估算落 石目標(biāo)的體積，其中，估算的方法為取簇中所有元數(shù)的均值。
[0029] 進(jìn)一步的，上述基于K均值聚類分析的圖像落石體積測(cè)定方法還包括：在通過(guò)預(yù) 先搭建的視頻采集系統(tǒng)采集落石視頻圖像之前，對(duì)所述視頻采集系統(tǒng)進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定。
[0030] 進(jìn)一步的，在通過(guò)預(yù)先搭建的視頻采集系統(tǒng)采集落石視頻圖像之前，對(duì)所述視頻 采集系統(tǒng)進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定包括：將預(yù)先配置的兩標(biāo)志物置于山體上，促使兩標(biāo)志物連線位于 視場(chǎng)水平方向，并測(cè)定兩標(biāo)志物的實(shí)際距離；更換兩標(biāo)志物的實(shí)際位置，促使兩標(biāo)志物連線 位于視場(chǎng)垂直方向，并測(cè)定兩標(biāo)志物的實(shí)際距離；根據(jù)上述水平方向上的實(shí)際距離和垂直 方向上得實(shí)際距離，確定視頻采集系統(tǒng)中，每像素所表示的實(shí)際長(zhǎng)度，并根據(jù)該實(shí)際長(zhǎng)度對(duì) 視頻米集系統(tǒng)進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定。
[0031] 進(jìn)一步的，所述落石檢測(cè)的方法包括基于背景差分法和目標(biāo)特征檢測(cè)算法。
[0032] 進(jìn)一步的，根據(jù)確定出的每幀落石二值圖像，確定所述每幀落石二值圖像所對(duì)應(yīng) 的面積包括：對(duì)單個(gè)落石目標(biāo)進(jìn)行像素的遍歷，其中，像素的數(shù)據(jù)即為當(dāng)前幀落石的面積。
[0033] 進(jìn)一步的，根據(jù)確定出的每幀落石二值圖像，確定所述每幀落石二值圖像所對(duì)應(yīng) 的名義高度包括：根據(jù)確定出的每幀落石二值圖像，計(jì)算落石目標(biāo)圖像的慣性矩；根據(jù)所 述落石目標(biāo)圖像的慣性矩，確定落石目標(biāo)圖像的長(zhǎng)軸值和短軸值；根據(jù)所述長(zhǎng)軸值和所述 短軸值，確定所述長(zhǎng)軸值和所述短軸值的均值，并將該均值作為所述名義高度。
[0034] 為了方便理解本發(fā)明的上述技術(shù)方案，以下通過(guò)具體工作原理和工作方式，對(duì)本 發(fā)明的上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0035] 第一步相機(jī)標(biāo)定