基于图像处理的地质灾害监测及预警方法技术

本发明专利技术涉及图像数据处理技术领域，具体涉及基于图像处理的地质灾害监测及预警方法，包括：采集地质俯视图像，并对其进行灰度化处理，对灰度化后的地质俯视图像进行二值化并区域划分，获取划分区域的标记序列，根据标记序列计算划分区域中裂缝边缘率，根据裂缝边缘率获得标记图像，利用标记图像获取准确的地质塌陷区域的裂缝边缘，对准确的地质塌陷区域的裂缝边缘进行密度聚类，预测出塌陷的区域。本发明专利技术通过对采集到的地质图像进行分析，根据地质塌陷区域的裂缝的特征，获取标记图像进行分水岭分割，避免了分水岭算法过度分割；并且在获取到疑似的塌陷区域的裂缝边缘后，在结合特征获取准确的裂缝边缘，进行塌陷区域的预测。进行塌陷区域的预测。进行塌陷区域的预测。

【技术实现步骤摘要】
基于图像处理的地质灾害监测及预警方法


[0001]本专利技术涉及图像数据处理
，具体涉及基于图像处理的地质灾害监测及预警方法。

技术介绍

[0002]地质灾害是指地面表层或者地下岩石、土壤等物质遭受破坏和破裂引发的灾害，其中地面塌陷是一种较为常见的地质灾害，主要是指上覆岩层发生破坏形成地下空洞，导致岩土体下陷或塌落在空洞中，在地表形成不同形态的塌坑。这种塌陷并不是完全没有征兆的，塌陷前在塌陷区域往往有围绕塌坑的裂缝，形成大小不等的环形或弧形开裂，随着时间的推移，初期较小的裂缝会逐渐扩大造成地质塌陷，所以在发现地面出现以上情况时一定要发生预警提示人们绕道而行。
[0003]传统的分水岭分割算法对于图像中微弱的边缘具有良好的响应，但是由于未塌陷区域有着自身的纹理特征，分水岭算法对于梯度图像中的纹理和噪声比较敏感，容易引起过度分割现象，会导致分割结果毫无意义，因此需要自适应标记图像。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供基于图像处理的地质灾害监测及预警方法，以解决现有的问题。
[0005]本专利技术的基于图像处理的地质灾害监测及预警方法采用如下技术方案：本专利技术一个实施例提供了基于图像处理的地质灾害监测及预警方法，该方法包括以下步骤：获取地质俯视图像的灰度图；对地质俯视图像的灰度图进行均值滤波处理得到滤波图像，当滤波图像中像素点的灰度值大于对应灰度图中像素点灰度值则将滤波图像中像素点的灰度值标记为1，当滤波图像中像素点的灰度值小于等于对应灰度图中像素点灰度值则将滤波图像中像素点的灰度值标记为0，得到二值图像，将二值图像划分区域；获取划分区域的标记序列，根据标记序列中的标记变化获取标记序列的跳变次数，根据标记序列的跳变次数和标记序列中连续标记的标记个数得到标记序列的裂缝边缘率，根据标记序列的裂缝边缘率获取划分区域的裂缝边缘率，根据划分区域的裂缝边缘率得到标记图像；根据标记图像进行分水岭分割得到分割区域，根据分割区域中任意两个不同的分割边缘上像素点的曲率得到两个不同的分割边缘的差异性，根据差异性得到目标裂缝边缘；对目标裂缝边缘进行密度聚类，预测出塌陷的区域。
[0006]进一步地，所述获取划分区域的标记序列，具体获取方法如下：将任意一个划分区域中距离左上角像素点最近的被标记为1的像素点作为起始点，在起始点的八邻域内判断是否存在其他标记为1的像素点，若选择的起始点的八邻域内
不存在其他标记为1的像素点，重新选取划分区域中距离左上角像素点最近的被标记为1的像素点作为新起始点，并在新起始点的八邻域内判断是否存在其他标记为1的像素点，若选择的新起始点的八邻域内存在其他标记为1的像素点，则以选择的新起始点为坐标中心建立二维笛卡尔坐标系，统计新起始点的八邻域内其他标记为1的像素点角度标记，将夹角处于0
‑
90度的标记为“+”号，将夹角处于90
‑
180度的标记为
“‑”
，将夹角处于180
‑
270度的标记为
“”
，将夹角处于270
‑
360度的标记为
“”
，接着以新起始点的八邻域内标记为1的像素点作为起始点并建立二维笛卡尔坐标系，统计出起始点的八邻域中像素点标记值为1的像素点夹角，并根据夹角度数进行角度标记，依次遍历，直到起始点的八邻域内没有标记为1的像素点，得到一个标记序列，获取得到任意一个划分区域中所有标记序列。
[0007]进一步地，所述根据标记序列的跳变次数和标记序列中连续标记的标记个数得到标记序列的裂缝边缘率，包括的具体步骤如下：，式中，为所有标记序列中第个标记序列的跳变次数，为自然常数为底的指数函数，为双曲正切函数；的获取方法如下：在标记序列中将标记相同且连续分布的、同时连续标记数量大于等于2的标记序列片段记为连续标记，获取第个标记序列中连续标记的数量，记为；为第个标记序列中最长连续标记所包含的标记个数，为第个标记序列中第个连续标记所包含的标记个数，为任意一个划分区域中第个标记序列的裂缝边缘率。
[0008]进一步地，所述根据标记序列的裂缝边缘率获取划分区域的裂缝边缘率，根据划分区域的裂缝边缘率得到标记图像，包括的具体步骤如下：获取任意一个划分区域中所有标记序列的裂缝边缘率，选择标记序列中最大的裂缝边缘率作为划分区域的裂缝边缘率，预设边缘阈值，当划分区域的裂缝边缘率大于边缘阈值时，将划分区域的裂缝边缘率大于边缘阈值的划分区域标记为0，当划分区域的裂缝边缘率小于等于边缘阈值时，将划分区域的裂缝边缘率小于等于边缘阈值的划分区域标记为1，最终得到标记图像。
[0009]进一步地，所述根据分割区域中任意两个不同的分割边缘上像素点的曲率得到两个不同的分割边缘的差异性，包括的具体步骤如下：将分割区域中任意一个分割线记为当前边缘，将分割区域中除当前边缘外的另一个分割线记为比较边缘；，式中，为当前边缘上第个像素点的曲率，为当前边缘上像素点的总个数，为比较边缘上第个像素点的曲率，为比较边缘上像素点的总个数，为当前边缘与比较边缘的圆心之间的距离，为双曲正切函数，表示当前边缘与比较边缘的差异性。
[0010]进一步地，所述当前边缘与比较边缘的圆心之间的距离，具体如下：对当前边缘和比较边缘利用最小二乘法进行圆拟合，得到当前边缘和比较边缘的圆心位置，根据圆心位置得到当前边缘与比较边缘的圆心之间的距离。
[0011]进一步地，所述根据差异性得到目标裂缝边缘，包括的具体步骤如下：获取任意一个边缘与其他所有边缘的差异性，预设差异阈值，将差异性小于差异阈值所对应的两个边缘作为塌陷区域的裂缝边缘，当差异性大于等于差异阈值时，说明两个边缘中存在不是塌陷区域的裂缝边缘，获取所有边缘与其他边缘的差异性，得到差异性小于差异阈值的边缘集合，边缘集合中的边缘记为目标裂缝边缘。
[0012]本专利技术的技术方案的有益效果是：通过对采集到的地质图像进行分析，根据地质塌陷区域的裂缝的特征，获取标记图像进行分水岭分割，避免了分水岭算法过度分割；并且在获取到疑似的塌陷区域的裂缝边缘后，在结合特征获取准确的裂缝边缘，进行塌陷区域的预测。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]图1为本专利技术基于图像处理的地质灾害监测及预警方法的步骤流程图。
具体实施方式
[0015]为了更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术提出的基于图像处理的地质灾害监测及预警方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一个或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
[0016]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于图像处理的地质灾害监测及预警方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：获取地质俯视图像的灰度图；对地质俯视图像的灰度图进行均值滤波处理得到滤波图像，当滤波图像中像素点的灰度值大于对应灰度图中像素点灰度值则将滤波图像中像素点的灰度值标记为1，当滤波图像中像素点的灰度值小于等于对应灰度图中像素点灰度值则将滤波图像中像素点的灰度值标记为0，得到二值图像，将二值图像划分区域；获取划分区域的标记序列，根据标记序列中的标记变化获取标记序列的跳变次数，根据标记序列的跳变次数和标记序列中连续标记的标记个数得到标记序列的裂缝边缘率，根据标记序列的裂缝边缘率获取划分区域的裂缝边缘率，根据划分区域的裂缝边缘率得到标记图像；根据标记图像进行分水岭分割得到分割区域，根据分割区域中任意两个不同的分割边缘上像素点的曲率得到两个不同的分割边缘的差异性，根据差异性得到目标裂缝边缘；对目标裂缝边缘进行密度聚类，预测出塌陷的区域。2.根据权利要求1所述基于图像处理的地质灾害监测及预警方法，其特征在于，所述获取划分区域的标记序列，具体获取方法如下：将任意一个划分区域中距离左上角像素点最近的被标记为1的像素点作为起始点，在起始点的八邻域内判断是否存在其他标记为1的像素点，若选择的起始点的八邻域内不存在其他标记为1的像素点，重新选取划分区域中距离左上角像素点最近的被标记为1的像素点作为新起始点，并在新起始点的八邻域内判断是否存在其他标记为1的像素点，若选择的新起始点的八邻域内存在其他标记为1的像素点，则以选择的新起始点为坐标中心建立二维笛卡尔坐标系，统计新起始点的八邻域内其他标记为1的像素点角度标记，将夹角处于0
‑
90度的标记为“+”号，将夹角处于90
‑
180度的标记为
“‑”
，将夹角处于180
‑
270度的标记为
“”
，将夹角处于270
‑
360度的标记为
“”
，接着以新起始点的八邻域内标记为1的像素点作为起始点并建立二维笛卡尔坐标系，统计出起始点的八邻域中像素点标记值为1的像素点夹角，并根据夹角度数进行角度标记，依次遍历，直到起始点的八邻域内没有标记为1的像素点，得到一个标记序列，获取得到任意一个划分区域中所有标记序列。3.根据权利要求1所述基于图像处理的地质灾害监测及预警方法，其特征在于，所述根据标记序列的跳变次数和标记序列中连续...

【专利技术属性】
技术研发人员：于广婷，宋冠涵，段越洋，刘同文，何祖臣，徐进达，薛立明，张志进，
申请(专利权)人：山东省地质测绘院，
类型：发明
国别省市：