[發明專利]一種基于雙尺度聚類算法的路面裂縫識別算法及系統

有效

• 申請號: 201410787530.5
• 申請日: 2014-12-17
• 公開（公告）號: CN104636750B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 李偉;沙愛民;孫朝云;呼延菊;郝雪麗;趙海偉;蘇瑜;謝磊金;邵娜娜;王瑤;王翠
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建;王芳

本發明公開了一種基于雙尺度聚類的路面裂縫識別算法及系統：計算機讀取三維圖像數據矩陣，得到二值化圖像；按照從上到下、從左到右的順序，采用八鄰域搜索算法掃描二值化圖像對應的數據矩陣，得到標記后的裂縫區域；在裂縫區域對應的橢圓，使用雙尺度聚類算法進行裂縫聚類得到聚類后的裂縫區域；使用聚類后的裂縫區域所在的最小外接橢圓作為路面裂縫。本發明復雜度低、運行時間短、無需人工參與。將雜亂的裂縫數據局域使用線性擬合、模型構建的思想表征成為規則的、確定的數學表達式，從而降低的數據處理的復雜度；只需輸入采集到的路面裂縫數據即可完成路面裂縫的檢測，因此該算法檢測效率高、速度快，具有一定的研究價值。

技術領域

本專利屬于道路工程領域，特別是指一種基于雙尺度聚類算法的路面裂縫識別算法。

背景技術

傳統的路面裂縫識別技術都是緊扣裂縫進行一系列的圖像處理并不斷使其效果不斷優化，便于目標提取，即該類算法主要致力于裂縫特征的提取上，而很少考慮實際需要以及處理后的路面裂縫是否真正對應于同一條實際路面裂縫。其一，傳統的裂縫特征提取算法使得預處理后的路面裂縫二值圖相對于原始裂縫而言總是不同程度的縮小實際路面裂縫區域，更甚者經過多次處理后使得實際中同一條路面裂縫在圖像上呈現斷裂現象，斷裂后的一條裂縫如果不進行及時的發現并修補極有可能被當作兩條甚至更多的裂縫處理，由于路面裂縫識別過程是一個串行的處理過程，其錯誤存在累積現象，這樣使得后續處理中裂縫定位等工作基于前端錯誤的結果進行，必然產生錯誤的裂縫識別結果，大大提高了裂縫識別的錯誤率，即存在“不補則錯”的現象。其二，就實際而言，路面裂縫檢測的目的在于準確分類裂縫、準確定位裂縫以及裂縫實際區域的定位，從而為公路養護部門提供可靠的數據，以利于其進行公路養護管理。

聚類算法用于圖像分割領域具有很大的應用前景。其不僅在處理大量數據方面具有很大的優勢，且具有優良的可擴展性，便于從不同的角度上發現新的研究方法。不同的聚類算法按其聚類準則的不同，可分為“硬”聚類，和“軟”聚類。就簡單的“硬”聚類而言，令集合C表示圖像灰度值數據集，對其進行聚類分析相當于將其按一定的準則分割為子區域c₁，c₂.......c_k，，k為類別數。使得子區域滿足條件：非空性：；完整性：c₁∪c₂∪c₃∪…∪c_k＝C，聚類算法實質是對原始數據的再分配，通過挖掘數據內部結構，不斷尋找更加優化的聚類算法，從而使得再分配后的數據體現某種內部一致性，這種一致性的體現通常又由特定的準則函數衡量，使用不同的準則函數將得到不同的結果，優化準則函數便是優化聚類算法的一個方向。常用的聚類算法有分層聚類算法、混合解析模式查詢算法、最近鄰域聚類算法、模糊聚類算法、人工神經網絡聚類算法、遺傳聚類算法等?？v觀這些聚類算法，其核心在于“距離”的表示，不同準則下的“距離”體現不同的聚類效果，當然，對于不同的數據集合相應的選取不同的準則才能達到較為理想的效果，因此，“距離”的定義尤為關鍵。同時，就路面裂縫檢測而言，聚類算法在該領域的鮮有應用，且僅有的應有也只是局限于路面裂縫圖像的分割，并沒有進行裂縫區域定位方面的檢測。

發明內容

針對以上路面裂縫識別技術存在的問題，本發明提出基于雙尺度聚類的路面裂縫識別算法，采用“先分后聚”的思想，即先裂縫進行小塊區域劃分局部研究，然后使用優化中心距離以及角度差的雙尺度聚類準則對小塊斷裂裂縫進行雙尺度聚類，最后使用最小外接橢圓模型表征裂縫，實現裂縫的定位以及區域的界定，達到路面裂縫的識別。不僅避免了使用計算流形距離造成的數據量大、復雜度高帶來的實現困難，且達到了使用流形距離聚類帶來的優點。

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種基于雙尺度聚類的路面裂縫識別算法，包括如下步驟：

步驟1：計算機讀取三維圖像數據矩陣，對三維圖像數據矩陣進行濾波處理得到濾波后的三維圖像數據矩陣，然后將其轉換成灰度圖像，并對該灰度圖像使用Otsu算法進行二值化處理，得到二值化圖像；