路面裂缝的检测文献综述

 2022-10-29 20:35:49
  1. 文献综述(或调研报告):

路面裂缝识别是一个比较老的课题,但其本身具有的可发掘研究性极强,在国内外都有较多的研究成果。

在设备方面日本小松集团曾开发过名为komatsu系统的裂缝检测设备,但因不能成功对裂缝进行识别分析并未成功投入使用。美国开发的 “路面状况评价系统”与瑞典的PAVUE系统相似,都采用模拟技术进行路面图像采集,降低了图像识别准确度,效率也不高。为抢眼的技术成果当数加拿大路维公司的多功能道路测试车,其自动检测软件WiseCrax得到了广泛应用,此软件主要由图像采集,图像分析等几个部分组成。而我国也有不错的研究成果如JG-1型智能检测车、SINC-RTM自动检测系统等,都有着不错的检测结果。

在基于数字图像处理的路面裂缝检测领域,基本步骤和内容可分为图像去噪、图像增强、图像分割、骨架提取并分析几个模块。

在图像去噪方面,褚燕利在其2008年发表的论文中运用了两种平滑模板处理[1]:平均模板和高斯模板,这种低通模板滤波可以滤除高频噪声,高斯滤波效果更好一些但并不明显,而且高斯滤波对边缘的破坏较为严重,在对裂缝边缘宽度要求较高的情况中,高斯滤波则不能被使用。

西南交大的孙波成[2]在其2004年发表的论文中运用了中值滤波的方法进行去噪,作为一种常用的非线性滤波方法中值滤波能够有效的抑制图像中的脉冲噪声,对于沥青路面这种杂点较多的图像,中值滤波能够取得不错的处理效果。而近些年许多人对中值滤波进行了改进,比如西安科技大学的张磊[3]等人于2011年发表的论文中应用加权快速中值滤波算法和加权自适应中值滤波算法对中值滤波进行了改进,对低密度的脉冲噪声加权快速中值滤波算法有较好的滤波效果,而加权自适应中值滤波能够有效地消除高密度脉冲噪声。

除此之外,长安大学的谢昌荣[4]在2008年发表的论文中运用了维纳滤波,这种滤波器以最小均方误差为最优标准,通过分析输入随机信号和噪声的自相关性,利用傅里叶变换得到原始信号的最优估计,对于沥青路面这种背景纹理变化比较大的情况维纳滤波有比较好的滤波效果。针对维纳滤波杨辉[5]在2011年发表在衡阳师范学院学报中的基于中值滤波和维纳滤波的图像混合滤波一文中指出,将基于极值检测的中值滤波与维纳滤波结合起来能够有效的滤除图像中的高斯、脉冲混合噪声,无论从主观标准还是客观标准来看,其去混合噪声的性能都优于单一滤波算法。

在图像增强方面,郑州大学的张南朝[6]于2015年发表的论文中提出了运用空间域增强和频率域增强来对图像进行处理,空间域增强就是对图像上的每一个点进行操作,主要方法包括直方图均衡化和灰度拉伸,由于沥青路面的灰度范围较为集中,通过一定的灰度变换可以得到很好的处理效果。直方图均衡化就是通过拉伸像素强度分布范围来增强图像对比度的一种方法,姜柏军[7]等人在2014年曾提出一种改进的直方图均衡化算法,该算法结合全局直方图均衡化、局部直方图均衡化特性,利用增量式直方图均衡化,从处理方法上对直方图均衡化算法进行了改进,能有效地增强图像、去除噪声。

而褚燕利[1]在2008年的论文中提出了另一种增强方法:梯度锐化和拉普拉斯锐化,这两种锐化方式可以使模糊的裂缝变得清晰起来,董虎胜[8]2009年提出了一种梯度锐化的实现方法,图像模糊的实质是图像受到平均或者积分运算造成的,因此对图像进行类似微分运算的逆运算可以将图像清晰化。而拉普拉斯算子是最简单的各向同性微分算子,具有旋转不变性,比较适用于改善因为光线的漫反射造成的图像模糊,拉普拉斯锐化则在光照不均或光照强度不够造成的图像不清晰的情况下,具有很好的增强效果。王明印[9]在中国电子学会第十六届信息论学术年会论文集中发表了一种改进的拉普拉斯算法,具有较好的锐化效果。

进行图像增强后,若要去除背景中无关的部分,就要用到图像分割,而图像分割又简要分为阈值分割和边缘检测分割,赵轲[10]在其论文中对迭代法阈值分割和OSTU法进行了对比分析,迭代法所得的阈值分割的裂缝图像效果良好,能区分出前景和背景,但图像的细微处没有较好的区分度,而OTSU法则取得了较好的分割效果。李媛媛[11]在2016年曾发表了一篇基于霍夫变换的OSTU改进算法在路面裂缝检测中的研究文献,该算法利用图像分割后的霍夫矩阵极大值的分布情况作为判定,不断修正传统OSTU的初始阈值,直至有效分割出裂缝图像,有效提高了裂缝提取的准确性和完整性。

而在边缘检测分割方面,褚燕利[1]在其2008的论文中将roberts、sobel、prewitt、lag、canny五种边缘检测方法进行了对比阐述:roberts算子的提取结果边缘较粗,定位不是很准确;sobel算子对灰度渐变和噪声较多的图像处理效果较好,对边缘定位比较准确;prewitt对灰度渐变和噪声较多的图像处理效果较好;laplacian算子在灰度变化不大的区域容易产生伪边缘;而canny算子不容易受噪声干扰,能够检测真正的弱边缘最时候路面裂缝的边缘检测操作。在徐欢[12]2014年发表的关于改进canny算子的路面裂缝检测文献中,其提出了一种在去噪方面使用多尺度形态学滤波代替原有滤波,在高、低阈值获取方面,运用ostu算法实现双阈值自动获取的改进算法,弥补了canny算子的一些局限性。

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