同步碎石封层石子覆盖率检测系统算法研究

摘要

同步碎石封层施工是一种先进的公路施工工艺，石子撒布覆盖率是同步碎石封层施工的一项重要指标。目前的石子撒布率检测方法依靠人眼观察或计数，工作量大、效率低、受到主观因素影响，并且难以融入自动化施工管理系统。而基于图像的工控和检测技术正在迅速发展，为了能够应用数字图像处理技术解决石子撒布率检测的问题，本文对有关算法进行了研究。本文研究了为实现石子撒布率检测系统所必须的图像预处理算法，主要包括图像几何畸变恢复和图像增强，接着研究并实验了多种形态学图像处理技术在施工石子颗粒图像的应用，最后，本文提出一种采用分水岭算法和区域形态学特征，对颗粒图像进行分割与合并，并对颗粒进行计数的算法。
　　本研究主要内容包括：⑴为了恢复镜头的几何畸变的图像，往往根据几何模型重新计算像素位置并采用双线性插值，由于一幅图像中不同位置的畸变程度不同（中间部分畸变较小，边缘部分畸变强烈），插值造成的图像模糊程度也不相同。本文根据其频域响应的分析，在图像的不同位置采用不同的图像增强参数，改善了上述问题。⑵研究了形态学图像处理的算法，包括区域生长算法，基于标记的分水岭算法，以及基于距离变换（distance transform）的分水岭算法。通过实验可以比较出这些算法处理石子颗粒图像的效果。⑶针对粘连严重、分辨率和清晰度较低的颗粒图像分割和计数的问题，提出了一种基于分水岭和形态学特征的方法。首先使用分水岭算法分割图像，得到过分割的结果，接着通过本文定义的区域形态学特征，采用加权马氏距离和区域连接图（region adjacency graph）指导过分割区域的合并。还讨论了加权马氏距离的性质，以及一些在不影响效果的情况下减少运算量的机制。通过实验表明，该算法效果良好，对原始图像的灰度、对比度和噪声变化具有不变性，在查全率-准确率（precision-recall）曲线的表现上优于现有方法。

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1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 课题研究现状

1.3 本文的主要工作和内容安排

2 颗粒图像的预处理

2.1 图像预处理的概念、作用和基本方法

2.2 图像的畸变模型和相机标定

2.3 畸变恢复和图像增强

2.4 本章小结

3 形态学图像处理技术

3.1 石子撒布覆盖率检测方案

3.2 区域生长算法在石子图像分割中的应用

3.3 分水岭算法在石子分割和计数中的应用

3.4 基于距离变换的分水岭算法

3.5 本章小结

4 基于形态学特征的颗粒图像分割和计数

4.1 算法流程概述

4.3 形态学特征和区域连接性图

4.4 合并算法

4.5 实验结果和本章小结

5 总结与展望

5.1 研究工作总结

5.2 研究展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢