本發(fā)明涉及一種道路裂紋尺寸估計(jì)方法，特別涉及一種基于手機(jī)拍照的道路裂紋尺寸估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
近年來，智能手機(jī)的發(fā)展為傳統(tǒng)的市政服務(wù)提供了新的手段。在傳統(tǒng)的城市道路裂紋檢測方法中，需要專業(yè)的人員使用專業(yè)的設(shè)備進(jìn)行檢查，這樣浪費(fèi)大量的人力和物力。隨著智能手機(jī)的發(fā)展，普通市民可以使用手機(jī)對裂紋進(jìn)行拍照，但是由于用手機(jī)拍照的時候，拍照的方向和拍照的距離都是任意的，本發(fā)明中我們使用拍照時手機(jī)的傳感器信息，如加速度計(jì)、磁力計(jì)、氣壓計(jì)等，和照片本身的信息，對道路裂紋的尺寸進(jìn)行估計(jì)。
文獻(xiàn)“基于圖像處理的路面裂紋檢測技術(shù)研究.武漢理工大學(xué),2013”公開了一種路面裂紋尺寸的估計(jì)方法。此方法首先對裂縫進(jìn)行細(xì)化，得到裂縫的骨架，對裂紋的骨架作像素標(biāo)記，再通過掃描計(jì)數(shù)的方式便可得到裂縫的長度和寬度。但是由于此方法使用專用的裂紋檢測車對裂紋進(jìn)行拍照的，攝像頭到裂紋的距離和角度是確定的，所以裂紋的實(shí)際物理尺寸和裂紋在照片中的像的尺寸之間的比例關(guān)系是確定的。
綜上所述，使用手機(jī)拍照判斷裂紋尺寸的時候，由于攝像頭離裂紋的角度和距離是不確定的，通過照片僅僅可以獲取裂紋像的大小。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有道路裂紋尺寸估計(jì)方法實(shí)用性差的不足，本發(fā)明提供一種基于手機(jī)拍照的道路裂紋尺寸估計(jì)方法。該方法首先利用智能手機(jī)對道路裂紋進(jìn)行拍照，采集裂紋照片及拍照時的手機(jī)傳感器數(shù)據(jù)。對采集到的裂紋照片進(jìn)行包括中值濾波平滑、sobel算子銳化和灰度處理，然后使用OTSU算法進(jìn)行圖像分割，從路面背景中分割出裂紋，計(jì)算裂紋在照片中的面積，確定手機(jī)攝像頭到裂紋的距離，計(jì)算出裂紋的實(shí)際物理尺寸。本發(fā)明不需要專用的裂紋檢測車對裂紋進(jìn)行拍照，僅利用手機(jī)攝像頭的凸透鏡成像原理計(jì)算裂紋的實(shí)際物理尺寸，實(shí)用性好。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：一種基于手機(jī)拍照的道路裂紋尺寸估計(jì)方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟：
步驟一、利用智能手機(jī)對道路裂紋進(jìn)行拍照，采集裂紋照片及拍照時的手機(jī)傳感器數(shù)據(jù)。手機(jī)氣壓傳感器、加速度傳感器和磁力傳感器作為計(jì)算手機(jī)攝像頭離裂紋距離的數(shù)據(jù)依據(jù)。將所有手機(jī)傳感器數(shù)據(jù)整理成三元組<裂紋照片，傳感器名稱，傳感器數(shù)值>。其中加速度傳感器、磁力傳感器的傳感器數(shù)值格式是一個三維向量<x，y，z>，氣壓傳感器是手機(jī)所在位置的氣壓值<baro>。
步驟二、對步驟一中采集到的裂紋照片進(jìn)行包括中值濾波平滑、sobel算子銳化和灰度處理，然后使用OTSU算法進(jìn)行圖像分割，從路面背景中分割出裂紋。處理后的二值化矩陣記為G。
步驟三、對二值化矩陣G進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)先閉后開處理，處理后的矩陣記為M，然后對矩陣M進(jìn)行膨脹腐蝕和細(xì)化操作，提取裂紋骨架，處理后的矩陣記為N。
步驟四、對于網(wǎng)狀裂紋，掃描步驟三得到的矩陣M的每一行，找到裂紋的最大縱坐標(biāo)點(diǎn)y1和最小縱坐標(biāo)點(diǎn)y2。掃描矩陣M的每一列，找到裂紋的最大橫坐標(biāo)點(diǎn)x1和最小橫坐標(biāo)點(diǎn)x2。使用公式(1)計(jì)算網(wǎng)狀裂紋在照片中的面積s：
s＝(y1-y2)*(x1-x2) (1)
對于豎裂，掃描矩陣M的每一行，計(jì)算每一行的裂紋像素點(diǎn)個數(shù)，乘以每一個像素的長度，即為該行的裂紋寬度。然后對求得的每一行裂紋的寬度求平均得到豎裂的平均寬度。求豎裂的長度時，掃描步驟三得到的矩陣N，計(jì)算裂紋骨架的像素點(diǎn)個數(shù)，乘以每一個像素的長度，即為豎裂的長度。掃描矩陣M的每一列，得到該列的裂紋寬度，求平均得到橫裂的平均寬度。掃描矩陣N得到橫裂的長度。
步驟五、計(jì)算攝像頭到裂紋的距離的三個參數(shù)，手機(jī)到地面的垂直距離h、手機(jī)的前后傾斜角α、手機(jī)的左右旋轉(zhuǎn)角β。通過公式(2)計(jì)算攝像頭到裂紋的距離od：
od＝h/(cos|α|cos|β|) (2)
手機(jī)到地面的垂直距離h通過公式(3)計(jì)算，pm是手機(jī)所在位置的氣壓值，通過手機(jī)的氣壓傳感器得到，pg是地面的氣壓值：
手機(jī)的前后傾斜角α、左右旋轉(zhuǎn)角β通過加速度傳感器和磁力傳感器計(jì)算，通過android開發(fā)API獲取。
步驟六、根據(jù)步驟四得到裂紋在照片中的尺寸大小，步驟五得到攝像頭到裂紋的距離以及手機(jī)的焦距，通過凸透鏡成像公式(4)(5)，推導(dǎo)出公式(6)計(jì)算裂紋實(shí)際物理尺寸，d是物距，i是像距，f是焦距，imagesize是像的大小，physicalsize是裂紋的實(shí)際物理尺寸。
本發(fā)明的有益效果是：該方法首先利用智能手機(jī)對道路裂紋進(jìn)行拍照，采集裂紋照片及拍照時的手機(jī)傳感器數(shù)據(jù)。對采集到的裂紋照片進(jìn)行包括中值濾波平滑、sobel算子銳化和灰度處理，然后使用OTSU算法進(jìn)行圖像分割，從路面背景中分割出裂紋，計(jì)算裂紋在照片中的面積，確定手機(jī)攝像頭到裂紋的距離，計(jì)算出裂紋的實(shí)際物理尺寸。本發(fā)明不需要專用的裂紋檢測車對裂紋進(jìn)行拍照，僅利用手機(jī)攝像頭的凸透鏡成像原理計(jì)算裂紋的實(shí)際物理尺寸，實(shí)用性好。且計(jì)算裂紋寬度的時候，均方根誤差是5.2cm，計(jì)算裂紋長度的時候，均方根誤差是17.1cm。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
附圖說明
圖1是本發(fā)明基于手機(jī)拍照的道路裂紋尺寸估計(jì)方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
參照圖1。本發(fā)明基于手機(jī)拍照的道路裂紋尺寸估計(jì)方法具體步驟如下：
步驟一、利用智能手機(jī)對道路裂紋進(jìn)行拍照，采集裂紋照片及拍照時候的手機(jī)傳感器數(shù)據(jù)。氣壓傳感器、加速度傳感器和磁力傳感器作為計(jì)算手機(jī)攝像頭離裂紋距離的數(shù)據(jù)依據(jù)。并進(jìn)一步將所有數(shù)據(jù)整理成三元組<裂紋照片，傳感器名稱，傳感器數(shù)值>。其中加速度傳感器、磁力傳感器的傳感器數(shù)值格式是一個三維向量<x，y，z>，氣壓傳感器是手機(jī)所在位置的氣壓值<baro>。
步驟二、對步驟一中采集到的裂紋照片進(jìn)行圖像處理。首先對照片進(jìn)行圖像預(yù)處理，包括中值濾波平滑、sobel算子銳化、灰度處理，然后使用OTSU算法進(jìn)行圖像分割，從路面背景中分割出裂紋。處理后的二值化矩陣記為G。
步驟三、為了精確地計(jì)算照片中裂紋的尺寸，對矩陣G進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)先閉后開處理，處理后的矩陣記為M，然后對矩陣M進(jìn)行膨脹腐蝕和細(xì)化操作，提取裂紋骨架，處理后的矩陣記為N。
步驟四、計(jì)算裂紋在照片中的尺寸大小。對于網(wǎng)狀裂紋，掃描步驟三得到的矩陣M的每一行，找到裂紋的最大縱坐標(biāo)點(diǎn)y1和最小縱坐標(biāo)點(diǎn)y2。掃描M的每一列，找到裂紋的最大橫坐標(biāo)點(diǎn)x1和最小橫坐標(biāo)點(diǎn)x2。使用公式(1)計(jì)算網(wǎng)狀裂紋在照片中的面積s：
s＝(y1-y2)*(x1-x2) (1)
對于豎裂，掃描矩陣M的每一行，計(jì)算每一行的裂紋像素點(diǎn)個數(shù)，乘以每一個像素的長度，即為該行的裂紋寬度。然后對求得的每一行裂紋的寬度求平均得到豎裂的平均寬度。求豎裂的長度時，掃描步驟三得到的矩陣N，計(jì)算裂紋骨架的像素點(diǎn)個數(shù)，乘以每一個像素的長度，即為豎裂的長度。同理，掃描矩陣M的每一列，得到該列的裂紋寬度，求平均得到橫裂的平均寬度。掃描矩陣N得到橫裂的長度。
步驟五、手機(jī)攝像頭到裂紋距離的確定。計(jì)算攝像頭到裂紋的距離需要三個參數(shù)，手機(jī)到地面的垂直距離h、手機(jī)的前后傾斜角α、手機(jī)的左右旋轉(zhuǎn)角β。通過公式(2)計(jì)算攝像頭到裂紋的距離od：
od＝h/(cos|α|cos|β|) (2)
手機(jī)到地面的垂直距離h通過公式(3)計(jì)算，pm是手機(jī)所在位置的氣壓值，通過手機(jī)的氣壓傳感器可以得到、pg是地面的氣壓值：
手機(jī)的前后傾斜角α、左右旋轉(zhuǎn)角β通過加速度傳感器和磁力傳感器計(jì)算，通過android開發(fā)API獲取。
步驟六、裂紋實(shí)際物理尺寸的計(jì)算。手機(jī)攝像頭的拍照原理是凸透鏡成像原理，步驟四得到了裂紋在照片中的尺寸大小，也就是像的大小，步驟五得到了攝像頭到裂紋的距離，即物距，手機(jī)的焦距是已知的，通過凸透鏡成像公式(4)(5)，推導(dǎo)出公式(6)計(jì)算裂紋實(shí)際物理尺寸，d是物距，i是像距，f是焦距，imagesize是像的大小，physicalsize是裂紋的實(shí)際物理尺寸。