1.一种隧道衬砌表面图像裂缝检测方法,其特征在于:所述方法包括:(1)对待处理图像进行图像畸变校正及匀光处理,输出预处理图像,所述匀光处理包括使用Mask差值匀光法进行匀光处理;
(2)对步骤(1)所述预处理图像预提取裂缝像素点,根据提取的裂缝像素点标记渗流种子点坐标,生成渗流种子点地图;
(3)根据步骤(2)中渗流种子点地图,提取渗流种子点地图对应待处理图像坐标位置像素点作为渗流种子点,进行点渗流,采取加速条件下的二次渗流处理,检测出裂缝相似目标;
(4)对步骤(3)中初裂缝检测结果进行裂缝细化及裂缝断裂连接,去除衬砌接缝,去除背景噪声,输出最终检测结果图;所述裂缝断裂连接包括分叉区域判定及裂缝断裂连接校验。
2.据权利要求1所述的隧道衬砌表面图像裂缝检测方法,其特征在于:所述步骤(2)中生成渗流种子点地图包括:Step1.初始化,采取C1/C2框域的重叠覆盖划分图像子网格,建立子网格状态列表,所有子网格状态设置为UNUSED,初始化设置渗流种子点地图所有像素点为255;
Step2.查询所述子网格的状态列表,将状态为UNUSED的子网格内像素点按灰度值进行升序排序,更新当前子网格状态为USED,建立升序位置列表SA[i];
Step3.去除步骤Step2中升序位置列表SA[i]中位于后序30%的高亮像素点,提取网格内像素点灰度内部平均值ThTrimMean、小值平均值ThMinMean、对比度ThContrast,更新网格内灰度分散度ThDispersion:Step4.根据对比度展宽中像素点对点的灰度级映射用于更新像素点特征加权:Step5.根据像素点权数更新子网格提取比例pExtractPercent:pExtractPercent=ThContrast×pWeight×ThPercentWeight;
Step6.查询所述子网格的状态列表,若无UNUSED状态的子网格则执行Step7;有UNUSED状态的子网格则返回执行步骤Step2;
Step7.根据当前子网格C1/C2框域的四近邻子网格间的像素点提取比例,再次更新子网格内升序位置列表SA[i]中前NTotal×pExtract个像素点的特征权数:Step8.将子网格内所有像素点权数进行降序排序,提取降序排序中前5%的像素点中pWeight≥pT的像素点,然后计算前5%的像素点中pWeight≥pT的像素点的个数NWeight>T,并记录到渗流种子点地图PSM中,将像素点灰度值更新为0;计算子网格内像素点密度,若更新像素点值为255;否则,终止计算并输出渗流种子点地图PSM;
其中,其中i为像素点p的位置,pT是权数极小值抑制门限;ThDensity是像素点密度门限;
NTotal是子网格所有像素点的个数;α,β,γ分别为灰度映射关系图中不同阈值范围内的斜率,T1,T2,T3为阈值分段,ThPercentWeight为种子点提取比例权重;pExtract(j)为第j个C1/C2框域的近邻子网格的提取比例。
3.据权利要求1所述的隧道衬砌表面图像裂缝检测方法,其特征在于:所述畸变校正包括:创建一个原理想图像模板,原理想图像模板标定为(0,1)正交像元,计算所述原理想图像模板与待处理图像像元的坐标差,在所述待处理图像上手动放置锚点,计算出畸变模型系数,重建图像及灰度修正进行畸变校正;
所述畸变模型为:
其中,x,y为实际畸变图像坐标;u,v为原理想图像坐标;λ1,λ2,λ3,λ4为四个畸变系数;
Px,Py是像元的横纵尺寸;Mx,My是图像光轴及像面的主交点坐标;f为工业相机焦距。
4.根据权利要求1所述的隧道衬砌表面图像裂缝检测方法,其特征在于:所述Mask差值匀光方法包括:将图像进行高斯低通滤波分离出背景图像,将图像与背景图像进行图像差分处理,得到差分图像,对所述差分图像进行灰度拉伸,完成匀光处理,输出图像。
5.根据权利要求1所述的隧道衬砌表面图像裂缝检测方法,其特征在于:所述点渗流、二次渗流包括:(A)读取渗流种子点地图种子点坐标位置对应的原图像素点;
(B)将待处理像素点ps加入到渗流聚类Dp中,更新渗流阈值T及加速参数w,w′=Fc×w;
(C)更新渗流聚类Dp,所述渗流聚类Dp中每个像素点的8邻域构成候选区域Dc,若存在灰度值I(pc)<T,则将点pc加入到Dp中;否则,将I(pc)最小的像素点加入到Dp中;
(D)计算所述渗流聚类Dp的圆形度为环状特征量Fc:
(E)判定环状特征量Fc与0及1的关系,若环状特征量Fc趋近于0,则ps为裂缝像素点;反之,若Fc趋近于1,则ps为背景非裂缝像素点;
(F)根据步骤(E)中结果,若ps为背景非裂缝像素点,且像素点p∈Dp满足I(p)-n>I(ps)时,则将渗流聚类Dp中的所有像素点判定为背景非裂缝像素点;否则,执行步骤(G);
(G)若ps判定为裂缝像素点,且ps生长的渗流聚类的环状特征Fc<Ts,则直接将渗流聚类所有像素点判定为裂缝像素点;
(H)根据步骤(G)结果,读取裂缝像素点的8邻域,若裂缝像素点未进行处理则进行二次渗流,执行步骤(I);
(I)判断图像中是否存在未处理像素点,若存在未处理像素点则执行步骤(B);不存在未处理像素点则输出裂缝相似目标检测结果;
其中Ccount为渗流聚类中像素点的个数;Cmax为渗流聚类最小面积外接圆的直径,Ts为判定一定是裂缝像素点的阈值。
6.根据权利要求1所述的隧道衬砌表面图像裂缝检测方法,其特征在于:所述步骤(4)中缝隙断裂连接包括:(a)去除裂缝相似目标检测结果的点状噪声,进行膨胀腐蚀填充孔洞,平滑图像;
(b)执行Zhang并行细化完成提取待连接裂缝骨架,跟踪扫描优化的8邻域方向链码,进行单一像素化处理并消除裂缝骨架毛刺;
(c)对经步骤(b)处理后的目标骨架划分连通区域RConnect,若连通区域RConnect存在分叉区,则进行基于分叉点的连通区域分割以更新连通区域划分;否则,执行步骤(d);
(d)计算每个连通区域RConnect中像素点的个数Np,若NP>NT,则将该连通区域RConnect中的骨架端点加入点集PEnd,依据点集PEnd建立点集状态列表,将点集状态列表中所有像素点状态设置为UNUSED;
(e)查询所述点集状态列表,选取状态为UNUSED的一点p,更新状态为USED,以p为中心搜索n个相邻骨架上的像素点进行线性拟合,计算目标走向,并记录其拟合直线角度θ11;
(f)沿拟合直线方向在一定角度容忍度τ范围内的扇形区域搜索符合连接条件的待连接像素点p′;
(g)若未搜索到符合条件的p′,则执行步骤(e);否则根据计算p′的权重p′Weight,并在原图及骨架图上利用直线连接p与p′WeightMin:p′Weight=(1-ζ)D×ζΔθ;
(h)校验连接区域AreaD灰度特征,采用P分位法对区域AreaD内的所有像素点进行二值化,AreaD内像素点pD参数Dpixel<ThrD;
(i)更新连通区域RConnect,若当前连通区域RConnect长度小于ThrL,则去除区域内裂缝像素并执行步骤(j);否则,直接执行步骤(j);
(j)更新连通区域RConnect,更新骨架端点集PEnd,更新点集状态列表,若存在状态为UNUSED的像素点,则执行步骤(d);否则,输出缝隙断裂连接结果;
其中,NT为有效连接种子区域门限,p′WeightMin为权重最小的像素点,ζ为角度权重比例,Dpixel为连接线pp′WeightMin的邻域像素点与连接线的像素距离,ThrD为其像素校验的距离门限。
7.根据权利要求1所述的隧道衬砌表面图像裂缝检测方法,其特征在于:所述步骤(4)中去除衬砌接缝包括:(a1)输入缝隙断裂连接结果,进行限制条件下的内轮廓孔洞填充:AreaCon<AreaThr;
(a2)执行PPHT算法,得到相应直线段集合Line,采用改进累计概率霍夫变换或直线分割器线特征检测算法完成直线段的检测及归类;
(a3)遍历直线段集合Line,判定直线段相对位置,合并具有最大重叠的直线段,设置累加器统计各角度区域内出现直线段的次数用以判定角度模板方向,根据合并原则及角度模板方向去除长度过短及角度概率偏小的直线段,提取显著的直线段特征;
(a4)执行增量计算的Bresenham直线扫描转换算法,获取直线段上的点,以单位像素步长的延伸搜索计算单元线;
(a5)初始化待去除衬砌接缝长度LSeam=0,定义单元线标签Tag=0为保留单元线,Tag=
1为去除单元线,根据标记准则对所有单元线进行标记;
(a6)根据单元线标记信息,去除Tag=1的单元线,输出去除衬砌接缝后的结果图;
其中,AreaCon为内轮廓即目标孔洞的面积,AreaThr为孔洞面积的极大值抑制门限。
8.根据权利要求7所述的隧道衬砌表面图像裂缝检测方法,其特征在于:所述合并准则包括:计算直线段P1P2的两端点P1、P2与直线段P3P4的距离Hi:若P1、P2中任一端点到P3P4的距离满足 则判定对应点在平行矩形区域AreaRec内,否则判定所述对应点在平行矩形区域AreaRec外;
若H1+H2<HMerge,根据P1P2两端点在所述判定对应点在平行区域内外位置的结果进行最大重叠的合并,并覆盖直线段P1P2及直线段P3P4;
若直线段P1P2长度或直线段P3P4长度满足Lline<LlineMin||Lθ<Lpercent*LSum,则去除该对应直线段实现不同角度区域的合并:其中,i=1,2,HMerge为两直线段距离的极大值抑制门限;Lline为直线段的长度;LlineMin为待去除直线段长度的极大值抑制门限;Lθ为某一角度范围区域内的直线段总长度;LSum为所有角度范围区域内的直线段总长度;Lpercent为待去除小概率角度区域的直线段比例。
9.根据权利要求7所述的隧道衬砌表面图像裂缝检测方法,其特征在于:、所述标记准则包括标记准则Rule1、标记准则Rule2及标记准则Rule3;
所述标记准则Rule1:若单元线长度L[0]:
其中,以单元线延伸搜索的起始点pstart为中心,L[i]为单元线n个单位像素邻近的单元线的长度;δ为两个单位像素的偏移增量;
所述标记准则Rule2:若单元线pstart两侧的半单元线长度L[0]1,L[0]2同时满足及单元线pstart两端点与单元线pstart邻近的第n条单元线的两端点偏移误差大于2;
其中,LDiff为保留下的半单元线差值的极小值抑制门限,为两个单位像素的偏移误差;
所述标记准则Rule3:衬砌接缝长度满足0<LSeam<LRecover;
其中,LRecover为待去除衬砌接缝长度的极小值抑制门限,LRecover还为还原裂缝的最大长度。