基于无人机影像的危岩裂缝特征提取方法研究

论文摘要

我国是世界上受山体崩塌灾害最严重的国家之一,山体崩塌多发生在危岩地带。危岩裂缝是危岩体的主要病害,通过无人机航测技术可以获取高分辨率危岩表面数字影像,对影像进行裂缝检测可以为危岩监测提供指标信息。本文主要进行无人机危岩体数字图像上的危岩裂缝特征提取方法进行研究,主要内容如下:(1)提出一种基于Butterworth高通滤波器和直方图匹配的裂缝特征提取方法。首先对原灰度图像进行中值滤波,去除图像中离散的噪声;然后用Butterworth高通滤波器在频率域中滤除低频信息,增强裂缝边缘;接着进行经验阈值分割获取二值图像,将二值化结果和原灰度图像进行直方图匹配提取裂缝信息,但是仍存在少量的噪声;最后采用指数变换进一步去除噪声,得到较为理想的危岩裂缝提取结果。(2)提出一种基于数学形态学和Prewitt算子的裂缝特征提取方法。先通过灰度形态学闭运算、开运算处理,增强裂缝边缘;然后进行中值滤波,去除离散的噪声;再用多方向Prewitt算子,提取裂缝;接着进行直方图阈值分割,提取出裂缝边缘信息,但是图中依然有少量噪声;最后依次用二值形态学开运算、闭运算进行去噪,得到了较为理想的危岩裂缝结果。该方法中提出的多方向Prewitt算子结合水平竖直方向Prewitt算子和对角线Prewitt算子的优点,可以实现危岩裂缝信息的多方向增强效果。(3)根据上述两种危岩裂缝特征提取方法,应用Matlab软件中的图形用户界面GUI二次开发了一个危岩体裂缝特征提取实验系统。该系统包括文件、图像预处理、基于高通滤波器和直方图匹配的裂缝特征提取方法以及基于数学形态学和Prewitt算子的裂缝特征提取方法四个模块,提供图像预处理中的常用方法,并将上述两种危岩裂缝特征提取方法进行分步效果展示。实验结果表明,两种危岩裂缝特征提取方法都能够获取较为清晰的裂缝特征,危岩体裂缝特征提取实验系统具有操作简单、速度快和界面友好的特点,可以快速得到危岩裂缝特征提取结果。将本文方法应用于重庆南川甑子岩危岩带危岩裂缝信息采集工作中取得了良好效果,在危岩监测领域具有一定的应用前景。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 课题背景
•   1.2 论文的研究意义
•   1.3 裂缝特征提取方法的研究现状
•     1.3.1 国外对裂缝特征提取方法的研究现状
•     1.3.2 国内对裂缝特征提取方法的研究现状
•   1.4 论文主要研究内容与结构安排
• 第二章 危岩裂缝图像来源及预处理
•   2.1 危岩裂缝图像来源及灰度特征
•     2.1.1 无人机获取危岩裂缝图像
•     2.1.2 危岩裂缝图像灰度特征
•   2.2 危岩体数字图像的平滑
•     2.2.1 均值滤波
•     2.2.2 中值滤波
•     2.2.3 高斯滤波
•   2.3 危岩体数字图像的锐化
•     2.3.1 空间差分法
•     2.3.2 高通滤波法
•   2.4 危岩体数字图像对比度增强
•     2.4.1 灰度变换增强
•     2.4.2 直方图修正增强
•   2.5 本章小结
• 第三章 基于高通滤波器和直方图匹配的裂缝特征提取方法
•   3.1 引言
•   3.2 基于Butterworth高通滤波器的裂缝图像增强
•     3.2.1 频域形成原理及应用
•     3.2.2 Butterworth滤波器算法原理
•     3.2.3 Butterworth高通滤波器参数选择
•   3.3 危岩裂缝图像的二值化
•     3.3.1 全局阈值分割方法
•     3.3.2 基于经验阈值的危岩裂缝图像二值化
•   3.4 基于直方图匹配的裂缝图像提取
•   3.5 指数变换去噪声
•   3.6 本章小结
• 第四章 基于数学形态学和Prewitt算子的裂缝特征提取方法
•   4.1 引言
•   4.2 基于灰度形态学的裂缝图像增强
•     4.2.1 灰度形态学的基本运算
•     4.2.2 基于灰度形态学的先闭后开运算
•   4.3 中值滤波去噪
•   4.4 基于Prewitt边缘检测算子的裂缝图像提取
•     4.4.1 常见的边缘检测算子
•     4.4.2 基于多方向Prewitt算子的裂缝图像提取
•   4.5 直方图阈值分割
•   4.6 基于二值形态学的裂缝图像去噪声
•     4.6.1 二值形态学的基本运算
•     4.6.2 基于二值形态学的先开后闭运算
•   4.7 本章小结
• 第五章 危岩体裂缝特征提取实验系统
•   5.1 危岩体裂缝特征提取实验系统基础
•     5.1.1 危岩体裂缝图像采集系统硬件及基本流程
•     5.1.2 危岩体裂缝图像处理软件开发环境
•   5.2 危岩体裂缝特征提取实验系统模块介绍
•   5.3 危岩体裂缝特征提取方法的系统设计
•     5.3.1 危岩体裂缝特征提取研究内容
•     5.3.2 基于高通滤波器和直方图匹配的裂缝特征提取方法程序设计
•     5.3.3 基于数学形态学和Prewitt算子的裂缝特征提取方法程序设计
•   5.4 危岩体裂缝特征提取方法对比
•   5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 论文总结
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间取得的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄恒

导师: 刘国栋

关键词: 危岩裂缝,无人机,特征提取,二次开发

来源: 重庆交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 自然地理学和测绘学,地质学,地质学,工业通用技术及设备

单位: 重庆交通大学

分类号: P642.21;P231

DOI: 10.27671/d.cnki.gcjtc.2019.000893

总页数: 97

文件大小: 7025K

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