朱平哲

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息傳媒學(xué)院，河南 三門峽472000）

引言

高速公路路面裂縫圖像的檢測，是確保高速公路暢通、經(jīng)濟(jì)繁榮發(fā)展的必要手段。在經(jīng)過車載攝像機(jī)采集、計算機(jī)進(jìn)行路面裂縫圖像分割處理后，需要對圖像中裂縫的破損程度進(jìn)行判定，從而達(dá)到合理的分配養(yǎng)護(hù)資金，使得高速公路得到及時的維護(hù)[1]。

傳統(tǒng)的路面裂縫圖像破損程度判定方法太復(fù)雜，往往根據(jù)裂縫圖像的幾何特征差異進(jìn)行判定，導(dǎo)致程序復(fù)雜，速度慢，精度差[2]，不適合對大量不規(guī)則的路面裂縫圖像進(jìn)行處理。在對大量路面裂縫圖像進(jìn)行分析判斷后，發(fā)現(xiàn)圖像中像素數(shù)和密度具有鑒別裂縫圖像破損程度的意義。而文獻(xiàn)[3]提出了蠶食法，從四個方向依次將裂縫區(qū)域以外的部分去除掉，再對剩下的像素點進(jìn)行統(tǒng)計，雖然效果較好，但是速度依然是個問題。所以，本文基于有很強(qiáng)大圖像處理功能的photoshop軟件，提出了使用像素法進(jìn)行路面裂縫面積的計算方法，再根據(jù)裂縫面積計算出路段中路面裂縫率，從而實現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確地評估路段中路面病害狀況。

1 photoshop面積計算分析

針對路面裂縫圖像，要進(jìn)行裂縫面積的計算，關(guān)鍵步驟是選擇出計算的區(qū)域。那么如何在photoshop中建立準(zhǔn)確的選區(qū)是關(guān)鍵，photoshop具有強(qiáng)大的選區(qū)工具，如不規(guī)則選取工具[4]，正適合不規(guī)則形狀的裂縫圖像的選擇。那么在經(jīng)過分割后的路面裂縫二值圖像中，選擇出白色像素點的裂縫就比較容易了，本文選擇使用魔棒工具，設(shè)置容差值為10，不僅選取速度快，而且選擇精度高。然后利用photoshop中直方圖統(tǒng)計出裂縫的像素數(shù)，那么，在整幅圖像中，像素數(shù)即為選擇區(qū)域的面積。

2 photoshop像素法判定路面裂縫圖像破損程度

基于圖像的模式識別系統(tǒng)分為三個部分，第一部分，圖像的采集和獲取階段；第二部分，圖像預(yù)處理分割階段；第三部分，圖像的識別分類階段[5]。要進(jìn)行路面裂縫圖像破損程度判定，針對采集到的路面裂縫圖像要進(jìn)行如圖1各階段處理，得到判定識別結(jié)果。

圖1 圖像識別系統(tǒng)簡單框圖

2.1 裂縫圖像分割二值圖

本文采用連霍高速公路三門峽段所拍攝的瀝青路面裂縫圖像進(jìn)行實驗，所有照片大小都為640*480像素大小。本文的裂縫面積計算是基于前期工作的基礎(chǔ)，即使用形態(tài)學(xué)邊緣檢測法進(jìn)行裂縫圖像分割處理[6]，然后針對圖像中檢測結(jié)果，根據(jù)裂縫圖像特征去除孤立噪聲。由于邊緣檢測后的裂縫圖像只有裂縫的邊緣，其內(nèi)部仍是裂縫區(qū)域，所以本文方法進(jìn)行裂縫面積計算的前提是利用形態(tài)學(xué)區(qū)域填充法進(jìn)行內(nèi)部空隙的填充[7]，形態(tài)學(xué)區(qū)域填充原理圖如下：

圖2 區(qū)域填充示意

下圖為選擇的一副路面裂縫圖像，對其進(jìn)行分割處理的結(jié)果，如圖3-1、圖3-2、圖3-3、圖3-4。

圖3 路面裂縫圖像分割過程

2.2 裂縫圖像面積計算

進(jìn)行分割后的裂縫圖像，使用photoshop軟件對圖3-4進(jìn)行處理，進(jìn)行裂縫像素數(shù)的統(tǒng)計，步驟如下：

（1）將原圖像背景轉(zhuǎn)換為圖層1，命名為圖像層；

（2）設(shè)置魔棒工具羽化值為0，容差為10，使用魔棒選擇出白色裂縫區(qū)域，按下ctrl+j快捷鍵創(chuàng)建一個裂縫區(qū)域的新圖層，命名為裂縫層；

（3）然后選擇“窗口”菜單下的“直方圖”命令，彈出直方圖對話框，在對話框中從源列表框中選擇“選中的圖層”，設(shè)置對當(dāng)前圖層進(jìn)行像素數(shù)的統(tǒng)計。然后使用鼠標(biāo)選中圖像圖層，得到整個圖像的像素數(shù)307200（即640*480），如圖4所示。選中裂縫圖層，統(tǒng)計得到裂縫圖層的像素數(shù)13573，即白色裂縫區(qū)域像素數(shù)，如圖5所示；

圖4 圖像層直方圖

圖5 裂縫層直方圖

（4）在路面裂縫圖像中，裂縫包含的像素數(shù)可以反映裂縫分布密度。若面積的單位設(shè)為像素，那么目標(biāo)的像素數(shù)即為其面積。由步驟3統(tǒng)計的像素數(shù)分別為圖像面積和裂縫面積。

2.3 裂縫圖像破損程度判定

計算裂縫圖像的面積，目的在于進(jìn)行路面裂縫圖像破損程度的判定。只有正確的對裂縫圖像做出判定，才能有效地評估路面病害狀況，實現(xiàn)公路養(yǎng)護(hù)資金的合理分配。

由于裂縫圖像的特征無規(guī)律，對其進(jìn)行評判分析主要體現(xiàn)在裂縫面積和破損程度上。路面破損程度為裂縫區(qū)域的面積占圖像總面積的百分比。設(shè)整幅圖像面積為S，依照上述photoshop軟件像素法計算出裂縫面積Sc，那么裂縫破損程度d的計算公式如下：

公式1是對于一副路面裂縫圖像破損程度的計算。對于一段高速公路來說，要進(jìn)行整個路面病害程度的狀況評估，需要對此路段上采集到的所有圖像進(jìn)行綜合判定。常用的指標(biāo)有路面裂縫率，即路面裂縫的總面積與路面測定區(qū)域的總面積比值，用Ck表示。

SA為路段裂縫總面積，A為路面測定區(qū)域總面積，n為采集到的裂縫圖像幅數(shù)。

根據(jù)計算此路段路面裂縫率Ck的結(jié)果來描述路面的破損嚴(yán)重程度，分為輕、中、重三個等級（表1），遵照《公路養(yǎng)護(hù)質(zhì)量檢查評定標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行處理。

表1 路面破損程度

2.4 結(jié)果與分析

利用photoshop軟件像素法來計算面積，并進(jìn)行路面裂縫率Ck計算，以此來評估路面的破損程度。其可靠性涉及2個方面：（1）圖像大小統(tǒng)一。采用統(tǒng)一尺寸的拍攝大小，方便圖像的處理和計算。那么在計算中，整幅圖像的尺寸大小是統(tǒng)一的，即像素數(shù)是一定的，則圖像的面積用像素數(shù)為單位表示均為640*480；（2）選區(qū)的精確度。對于要處理的二值裂縫圖像來說，由于只有黑白兩色，使用魔棒工具很容易精確選擇出來裂縫區(qū)域。選區(qū)的精確度是能保障的，所以從理論上分析本文方法非常準(zhǔn)確快速。

為進(jìn)一步驗證本文算法的優(yōu)勢，在photoshop環(huán)境下，選擇了100幅640*480大小的路面裂縫圖像進(jìn)行處理，得到如下結(jié)果，見表2。

表2 路面裂縫圖像實驗結(jié)果

實驗結(jié)果表明，本文算法在準(zhǔn)確度和效率上都要優(yōu)于傳統(tǒng)的基于裂縫特征信息的路面狀況評估方法。從Ck計算結(jié)果來看，Ck≤5%，所以文中進(jìn)行實驗路段的破損程度為輕。

3 結(jié)論

由于路面裂縫圖像的不規(guī)則性，對其進(jìn)行測量和計算非常麻煩。[8]本文在基于大量參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，利用photoshop軟件提出了像素法進(jìn)行裂縫面積和裂縫分布密度的計算，改變了傳統(tǒng)方法從裂縫特征出發(fā)的思想，克服了裂縫圖像復(fù)雜無規(guī)則的特點，提高了高速公路路面病害識別效率和精度。但是由于實際中拍攝到的路面裂縫圖像很多，盡管文中方法簡單易實現(xiàn)，但整個操作過程中還要有人工的參與，因此，還需要進(jìn)一步研究，將photoshop的批處理功能融入整個系統(tǒng)中。

[1]唐磊.基于圖像分析的路面病害自動檢測[D].南京：南京理工大學(xué)，2007.

[2]李剛，賀昱曜.不均勻光照的路面裂縫檢測和分類新方法[J].光子學(xué)報，2010，39（8）：1405-1408.

[3]伯紹波.瀝青路面裂縫圖像檢測算法研究[D].西安：長安大學(xué)，2008.

[4]江兆銀，朱迎華．Photoshop平面設(shè)計實用教程（項目式）[M]．北京：人民郵電出版社，2012．

[5]唐磊,趙春霞,王鴻南,等.基于圖像三維地形模型的路面裂縫自動檢測[J].計算機(jī)工程，2008，34（5）：20-22.

[6]黎蔚，朱平哲.瀝青路面裂縫圖像檢測算法研究[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用，2012，48（19）：163-166.

[7]朱平哲，黎蔚.基于主動生長的斷裂裂縫塊的連接方法[J].計算機(jī)應(yīng)用，2011，31（12）：3382-3384.

[8]曾鋒，李寧，杭燕.基于規(guī)則的邊緣連接算法在路面病害檢測中的應(yīng)用[J].計算機(jī)應(yīng)用與軟件，2006，3（2）：30-31.