沥青路面微波热再生中病害图像检测技术研究

摘要

本课题属于江苏省科技成果转化基金项目“沥青路面现场微波热再生养护装备关键技术研究”的子课题。基于视觉图像的病害检测系统，将图像处理技术应用到沥青路面微波热再生中，将促进沥青路面微波热再生养护工程车智能化，为开发柔性、高效的微波修补路面工程车提供理论和技术支撑。本研究主要工作如下： 首先，通过总体方案设计，将路面病害检测系统分为图像采集、图像预处理、病害目标提取、畸变校正、图像识别等五个功能模块，并根据需要建立了路面图像采集系统实验平台，利用CCD摄像头、图像采集卡和计算机搭建了路面病害图像采集和处理系统，通过该测试系统验证和发展了将图像处理和控制参数相结合的理论。 其次，采用一系列的图像处理技术，将24位彩色病害图像转换为8位灰度图像，利用加权的邻域法对图像进行平滑处理，该算法不仅能够有效地平滑噪声，还能够锐化模糊图像的边缘，同时该算法计算比较简单，不需要任何先验知识和预定的参数，采用大津法阈值分割结合区域生长法的算法提取出路面病害目标。实验表明，该方法能很好的将坑槽病害目标与路面背景分割开，且便于后续的识别和理解。 接着，研究非线性畸变模型及几何畸变校正方法，采用基于控制对象的三次多项式法校正桶形畸变和重投影法校正倾斜畸变。通过在实验室采集平台下采集图像、确定控制点、建立坐标变换模型、应用双线性灰度插值，实现了畸变图像的校正。 最后，通过算法确定病害的外接矩，并根据加热器的排列结构对图像进行栅格划分，找出病害与加热器的对应关系，最终计算出加热范围参数。该参数文件可以读入到控制部分，为控制微波加热器的打开范围提供依据。 实验结果表明，本研究设计的路面病害检测系统具有良好的集成性和稳定性，圆满地完成了预定的设计目标。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题的背景及意义

1.1.1课题背景

1.1.2研究意义

1.2国内外研究概况

1.2.1高等级公路检测研究的新技术

1.2.2国外研究概况

1.2.3国内研究概况

1.3论文的主要研究内容

1.3.1课题所要解决的问题

1.3.2课题解决方案的设计

1.4论文的内容安排

第二章 路面病害检测系统总体设计

2.1需求分析

2.2系统总体设计

2.3机器视觉硬件系统设计

2.3.1图像采集卡的选择

2.3.2CCD摄像机及镜头的选择

2.3.3CCD摄像机位置设计

2.4图像处理软件系统设计

第三章 沥青路面病害图像分割方法研究

3.1数字图像处理概述

3.2路面病害图像采集及灰度化

3.2.1沥青路面病害成因及类型

3.2.2图像采集及存储格式

3.2.3彩色图像灰度变换

3.3路面图像平滑预处理

3.3.1均值滤波法

3.3.2中值滤波法

3.3.3加权的邻域平均算法

3.3.4三种算法的实现与比较

3.4路面坑槽类病害图像分割及目标提取

3.4.1几种阈值分割算法实现及分析比较

3.4.2结合区域生长法提取病害目标

3.5小结

第四章 路面破损图像畸变校正技术研究

4.1摄像机成像模型与镜头非线性畸变模型

4.2几何运算

4.2.1灰度级插值

4.2.2空间变换

4.2.3几何畸变校正方法

4.3路面破损图像桶形畸变校正研究

4.3.1基于控制对象的空间坐标多项式变换方法

4.3.2建立三次多项式空间变换模型

4.4路面破损图像倾斜畸变校正研究

4.4.1重投影变换原理

4.4.2图像平面坐标系与地面坐标系重投影变换关系

4.5图像畸变校正实验

4.6小结

第五章 系统功能集成与实现

5.1加热区域自适应控制的实现技术

5.1.1沥青路面病害加热参数的设计

5.1.2微波加热器加热范围参数确定

5.2软件系统的设计及实现

5.2.1面向对象设计方法

5.2.2编程工具的选择

5.2.3 CDibImage类的设计

5.2.4路面图像处理模块函数库的创建

5.3小结

第六章 总结与展望

6.1主要工作

6.2研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文