檢測巖石圖像中節(jié)理裂隙的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及巖石節(jié)理裂隙檢測【技術領域】，特別是一種檢測巖石圖像中節(jié)理裂隙的方法，包括以下步驟：步驟1：對巖石圖像的二值圖像進行去噪和增強處理，并進行骨架提??；步驟2：采用Hough變換分別檢測出步驟1處理后的二值圖像中各節(jié)理裂隙段的主線(連通域)；步驟3：采用Bresenham算法對每條主線分段擴展，得到節(jié)理裂隙區(qū)域。該方法提高了圖像中巖石節(jié)理裂隙的檢測效果。
【專利說明】檢測巖石圖像中節(jié)理裂隙的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及巖石節(jié)理裂隙檢測【技術領域】，特別是一種檢測巖石圖像中節(jié)理裂隙的方法。
【背景技術】
[0002]在巖石節(jié)理裂隙圖像的處理中，節(jié)理裂隙作為重要的目標，對其進行自動識別研究具有重要的意義。由于節(jié)理裂隙的發(fā)育程度對于許多巖石工程的設計及安全預警都具有重要意義。因此，巖石節(jié)理裂隙的自動識別成了急待解決的課題。
[0003]從上世紀90年代開始，人們就已經開始關注節(jié)理裂隙圖像的檢測識別，也提出了很多方法，如通過用不同的傳感器獲取圖像，從感興趣區(qū)域提取出節(jié)理裂隙目標，基于巖石工程知識、上下文信息的目標檢測。近年來，大量的研究者又對節(jié)理裂隙的自動識別產生了很大的興趣，并針對一些數據源提出了 一些識別方法。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種檢測巖石圖像中節(jié)理裂隙的方法，該方法提高了巖石圖像中節(jié)理裂隙的檢測效果。
[0005]為實現上述目的，本發(fā)明的技術方案是:一種檢測巖石圖像中節(jié)理裂隙的方法，包括以下步驟:
步驟1:對巖石圖像的二值圖像進行去噪及孔洞充填；
步驟2:采用Hough變換分別檢測出步驟I處理后的二值圖像中各節(jié)理裂隙段的主線，即連通區(qū)域；
步驟3:采用Bresenham算法對每條主線分段擴展，得到節(jié)理裂隙區(qū)域。
[0006]進一步的，在步驟I中，利用數學形態(tài)學和邏輯運算對所述二值圖像進行去噪及孔洞充填，包括以下步驟:
步驟1.1:對所述巖石圖像的二值圖像進行開運算，將顆粒噪聲從圖像中去除；
步驟1.2:從步驟1.1處理后的圖像中提取各自獨立的連通區(qū)域，并分別賦予標記值，然后循環(huán)遍歷每個連通區(qū)域并計算其面積，如果面積小于設定的第一閾值，則判定該連通區(qū)域不是目標區(qū)域，將該連通區(qū)域所有像素值賦為0，以消除小的噪聲顆粒，留下大結構的目標區(qū)域；
步驟1.3:對步驟1.2處理后的圖像進行孔洞充填；
步驟1.4:對節(jié)理裂隙進行主線提取，具體方法如下:
1)基于大津閾值法把圖像分成第一區(qū)域和第二區(qū)域；
2)分別對第一區(qū)域和第二區(qū)域進行循環(huán)處理，如果第一區(qū)域中的像素P同時滿足如下GU G2和G3的條件，就去掉所述像素P，即賦值為O ;如果第二區(qū)域中的像素P同時滿足如下Gl、G2和G3的條件，就去掉所述像素P ；
條件Gl:當被檢測點P滿足
【權利要求】
1.一種檢測巖石圖像中節(jié)理裂隙的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:對巖石圖像的二值圖像進行去噪及孔洞充填； 步驟2:采用Hough變換分別檢測出步驟I處理后的二值圖像中各節(jié)理裂隙段的主線，即連通區(qū)域； 步驟3:采用Bresenham算法對每條主線分段擴展，得到節(jié)理裂隙區(qū)域。
2.根據權利要求1所述的檢測巖石圖像中節(jié)理裂隙的方法，其特征在于，在步驟I中，利用數學形態(tài)學和邏輯運算對所述二值圖像進行去噪及孔洞充填，包括以下步驟: 步驟1.1:對所述巖石圖像的二值圖像進行開運算，將顆粒噪聲從圖像中去除； 步驟1.2:從步驟1.1處理后的圖像中提取各自獨立的連通區(qū)域，并分別賦予標記值，然后循環(huán)遍歷每個連通區(qū)域并計算其面積，如果面積小于設定的第一閾值，則判定該連通區(qū)域不是目標區(qū)域，將該連通區(qū)域所有像素值賦為0，以消除小的噪聲顆粒，留下大結構的目標區(qū)域； 步驟1.3:對步驟1.2處理后的圖像進行孔洞充填； 步驟1.4:對節(jié)理裂隙進行主線提取，具體方法如下: 1)基于大津閾值法把圖像分成第一區(qū)域和第二區(qū)域； 2)分別對第一區(qū)域和第二區(qū)域進行循環(huán)處理，如果第一區(qū)域中的像素P同時滿足如下GU G2和G3的條件，就去掉所述像素P，即賦值為O ;如果第二區(qū)域中的像素P同時滿足如下Gl、G2和G3的條件，就去掉所述像素P ； 條件Gl:當被檢測點P滿足
4 Xh ( P ) ~ ^ ? a.= I 時,其中

mmmi

1 = 1
I I, —I* 2 ? -1 =O 且(Λ* 2!' + I = I 或.Y 2!.= I )1,其他 ，Xl’ Χ2’ …’ Xs是像素P的8鄰域，；&)表示一個因素； 條件G2:當被檢測點P滿足 44 "1( p)= ^ Xlk -1 V.X2k , m( ?) = ^.T2ic +1 X2k 時，其中 k:l k=l 2J ,A1Co) ,n2(p)分別表示兩個不同的判斷參數；
條件 G3: (.T2 / X3 V xz) A Λ1 = O , (X6 Xl T4> Λ*5 = O
最后得到去噪及孔洞充填處理后的二值圖像。
3.根據權利要求2所述的檢測巖石圖像中節(jié)理裂隙的方法，其特征在于，在步驟1.2中，按如下方法從步驟1.1處理后的圖像中提取各自獨立的連通區(qū)域:對圖像進行逐點掃描，如果當前像素值為0，就移到下一個掃描位置；如果當前像素值為1，檢查它的8個相鄰像素，直到8個相鄰像素值都為0，則判定此為一連通區(qū)域。
4.根據權利要求2所述的檢測巖石圖像中節(jié)理裂隙的方法，其特征在于:在步驟2中，采用Hough變換分段檢測出各節(jié)理裂隙的主線，即連通區(qū)域，以連接斷續(xù)的節(jié)理裂隙，包括以下步驟: 步驟2.1:設y=k*x+b是巖石圖像χ-y平面上的一條直線，其中k和b是參數,分別表示斜率和截距；過一點(xo，Yo)的所有直線的參數都會滿足方程yfkxo+b，即點(xo，Yo)確定了一簇直線，而方程yfkXd+b在參數k-b平面上是一條直線； 步驟2.2:巖石圖像x-y平面上的一個前景像素點，即節(jié)理裂隙點對應參數k-b平面上的一條直線，即將巖石圖像x-y平面中共線的點映射為參數k-b平面中共點的線； 步驟2.3:對于步驟2.1和步驟2.2處理后生成的多個小線段，將位于同一直線的線段合并，合并后的線段中，長度大于設定的第二閾值的即為檢測出的主線。
5.根據權利要求4所述的檢測巖石圖像中節(jié)理裂隙的方法，其特征在于:在步驟3中，按如下方法對每條主線分段擴展，確定節(jié)理裂隙區(qū)域: 在圖像上構造虛擬的網格線，每一個網格代表一個像素點；給圖像上的直線選擇一個方向，按從起點到終點的順序找出該直線與各網格線的交點，找出與各交點最近的下一個像素點，把這些像素點連接起來生成的直線段，即為與初始的直線最近的直線或折線； 設直線為y=kx+b, m= Δ y/ Δ χ, Δ y、A χ分別表示y、χ方向的增量，直線的像素點只能取整數值坐標；再假設直線上第i個像素點坐標為(Xi，yi)，它是直線上點(Xi，yi)的最佳近似，并且Xi=Xi(設m〈l),那么，直線上下一個像素點的可能位置是(xi+1,yi)或(xi+1，yi+1)；當x=xi+1時,直線上 點的y值是y=m(xi+1)+b,該點離像素點(Xi^yi)和像素點(xi+1，yi+1)的距離分別是dl和d2，按如下方法選擇下一個像素點: (1)dl>d2，說明直線上理論點離(xi+1，yi+1)像素更近，下一個像素點取(xi+1，yi+1)； (2)dl〈d2，說明直線上理論點離(xi+1，yi)像素更近，下一個像素點取(xi+1，yi)； (3)dl=d2，說明直線上理論點離OwyiKOwyw)兩個像素點的距離相等，任取其中一點為下一個像素點； 從而得到每條直線或折線的外擴展線，最后得到節(jié)理裂隙區(qū)域。
【文檔編號】G06T5/00GK103942809SQ201410197540
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月12日 優(yōu)先權日:2014年5月12日
【發(fā)明者】王衛(wèi)星, 林麗群 申請人:福州大學