路面裂缝检测系统的设计与研究

论文摘要

路面裂缝是比较常见的一类路面结构性破损,轻则影响路面观瞻,重则影响行车安全和公路的使用寿命。研究和设计一套路面裂缝检测技术,开发高效、快速、准确的路面裂缝识别系统具有重要的理论意义和现实意义。虽然基于数字图像处理的路面裂缝识别技术在国外已经有所发展,但是由于路面图像的复杂性,数字图像处理算法仍在研究。本文研究了基于MIL软件的路面裂缝检测系统,开发了路面裂缝检测系统的图像采集系统,并详细研究了路面裂缝识别的图像处理算法,包括裂缝图像增强、图像分割、裂缝边缘检测等。论文首先简单介绍和概述了问题的提出以及国内外裂缝检测技术的现状和发展趋势。在此基础上提出了待研究的问题以及需要开发的检测技术。通过对路面裂缝检测需求的分析,以及国内外同类裂缝检测系统构成的了解,我们按照系统要求进行了硬件系统的选型,以及硬件系统的搭建。提出了基于线阵摄像机技术的路面检测系统的硬件结构,工作原理以及系统功能。设计了以单片机为主的外触发控制系统,通过对摄像机的外触发控制来实现对摄像机的图像拍摄进行实时的控制,满足系统要求。图像采集系统的开发是本系统的核心,设计了基于MIL软件的图像采集系统,包括路面图像的实时显示以及GPS信号的接收和数据库的设计。该系统可以把路面裂缝图像完整的拍摄采集保存在计算机硬盘里,为后续的图像处理提供了有力的保障。试验表明本采集系统能够有效地把路面图像信息进行采集,并获得了良好的图像效果,达到了设计要求。裂缝图像处理包括图像增强、图像分割、边缘检测等几部分。在分析比较传统方法对路面裂缝图像增强效果及不足之处的基础上,本文通过对试验分析,选用了维纳滤波方法,它能有效地平滑图像背景、滤除大部分噪声。在图像分割中,根据图像分割模型,比较了几种传统经典分割方法的优劣,最后采用大津法阈值分割背景和目标。图像的边缘检测可以把图像裂缝检测出来,通过方法比较,选用Laplace边缘检测效果较好。试验表明,本文所提出的方法可以有效的检测出裂缝,同时通过图像处理为图像处理软件的开发打下了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外现状及发展情况
• 1.2.1 国外路面裂缝检测技术研究进展
• 1.2.2 国内路面裂缝检测技术研究进展
• 1.3 路面裂缝主要类型及我国路面裂缝评价标准
• 1.3.1 沥青路面裂缝类型
• 1.3.2 我国沥青路面裂缝评价标准
• 1.4 本文研究内容及安排
• 第二章 路面裂缝检测系统硬件设计
• 2.1 路面裂缝检测系统硬件结构设计
• 2.2 线阵摄像机选型
• 2.2.1 线阵摄像机的工作原理
• 2.2.2 黑白线阵摄像机与彩色线阵摄像机的比较
• 2.2.3 线阵摄像机分辨率和线扫描速率分析
• 2.2.4 BASLER L402K 线阵摄像机的性能特点
• 2.3 图像采集卡选型
• 2.3.1 图像采集卡工作原理及应用
• 2.3.2 MeteorII-CameraLink 图像采集卡的性能特点
• 2.4 辅助照明设计
• 2.5 摄像机镜头的选择
• 2.6 摄像机固定支架设计
• 2.7 小结
• 第三章 路面检测系统外触发控制设计
• 3.1 摄像机外触发控制原理
• 3.2 单片机与GPS 的通讯
• 3.2.1 GPS 系统的组成
• 3.2.2 GPS 接收机工作原理
• 3.2.3 单片机接收GPS 信号实现
• 3.3 单片机控制摄像机
• 3.3.1 单片机结构和工作原理
• 3.3.2 单片机控制编程
• 3.4 本章小结
• 第四章 路面裂缝图像采集系统软件设计
• 4.1 路面裂缝图像采集系统软件需求分析
• 4.1.1 路面裂缝图像采集系统软件功能设计
• 4.1.2 路面裂缝图像采集系统流程分析
• 4.1.3 路面裂缝图像采集系统软件设计原则
• 4.1.4 路面裂缝图像采集系统设计方法
• 4.2 DCF 文件的配置
• 4.2.1 DCF 概念
• 4.2.2 DCF 文件的配置
• 4.2.3 MIL 软件包的应用技术
• 4.3 开发平台和数据库的选取
• 4.4 系统主要模块设计
• 4.4.1 图像显示和采集模块
• 4.4.2 参数设置模块
• 4.5 GPS 信号的实时存储
• 4.6 本章小结
• 第五章 路面裂缝图像处理
• 5.1 图像增强方法比较
• 5.1.1 均值滤波
• 5.1.2 中值滤波
• 5.1.3 直方图均衡化
• 5.1.4 方法比较
• 5.1.5 维纳滤波
• 5.2 边缘检测
• 5.3 图像二值化
• 5.3.1 直方图阈值分割法
• 5.3.2 类间方差阈值分割
• 5.3.3 二维最大熵阈值分割
• 5.4 图像形态学处理
• 5.5 去除孤立点
• 5.6 本章小结
• 总结与展望
• 论文总结
• 工作展望
• 论文创新点
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢