一种高速公路边坡病害监测预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高速公路边坡病害监测预警系统，属于图像处理技术领域，本发明专利技术中对高速公路边坡图像进行灰度处理，得到灰度图，再基于特征阈值，提取具备纹理特征的像素点，得到纹理特征图，再对纹理特征图进行增强处理，增强纹理，提高纹理分辨率，再通过病害识别单元对增强纹理图进行识别，本发明专利技术中通过先提取出纹理图，降低了数据量，且增强了纹理信息，更便于病害识别单元对其进行识别，提高了监测病害的准确度。病害的准确度。病害的准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种高速公路边坡病害监测预警系统


[0001]本专利技术涉及图像处理
，具体涉及一种高速公路边坡病害监测预警系统。

技术介绍

[0002]随着社会的发展，高速公路建设遍布各地，公路边坡的稳定性决定交通运输行业的运行，出现严重的边坡失稳后，不仅增加高速公路的运维成本，也给交通运输行业带来不便，同时还带来生命危险。
[0003]现有高速公路边坡病害监测采用深度学习目标检测算法，其通过对高速公路边坡图像的处理，实现对高速公路边坡上滑坡、崩塌、剥落和裂纹等病害情况进行监测。但高速公路边坡上的环境部分属于自然环境，成像后图像特征复杂，直接采用深度学习目标检测算法对图像进行处理，存在监测病害的准确度低的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种高速公路边坡病害监测预警系统解决了现有高速公路边坡病害监测方案存在监测病害的准确度低的问题。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高速公路边坡病害监测预警系统，包括：灰度处理单元、纹理特征提取单元、纹理增强单元、病害识别单元和预警单元；
[0006]所述灰度处理单元用于对高速公路边坡图像灰度化处理，得到灰度图；
[0007]所述纹理特征提取单元用于根据特征阈值，对灰度图提取纹理特征像素点，得到纹理特征图；
[0008]所述纹理增强单元用于对纹理特征图进行增强处理，得到增强纹理图；
[0009]所述病害识别单元用于识别增强纹理图上病害区域；
[0010]所述预警单元用于在存在病害区域时进行报警。
[0011]进一步地，所述灰度处理单元包括：通道矫正子单元和灰度量化子单元；
[0012]所述通道矫正子单元用于对高速公路边坡图像中像素点的每种通道值进行矫正处理，得到矫正通道值；
[0013]所述灰度量化子单元用于根据各矫正通道值，对高速公路边坡图像中像素点进行量化处理，得到灰度图。
[0014]上述进一步地方案的有益效果为：本专利技术中先对每种通道值进行矫正处理，削减异常通道值的影响，提高量化过程中量化的精度。
[0015]进一步地，所述矫正处理的公式为：
[0016][0017]其中，为矫正后高速公路边坡图像中像素点的第种通道值，为矫正前高速
公路边坡图像中像素点的第种通道值，为高速公路边坡图像中待矫正像素点的邻域范围内像素点的第种通道值的均值，为高速公路边坡图像中待矫正像素点的邻域范围内像素点的第种通道值的最大值，为高速公路边坡图像中待矫正像素点的邻域范围内像素点的第种通道值的最小值，取值范围1~3，表征R通道值，表征B通道值，表征G通道值。
[0018]上述进一步地方案的有益效果为：本专利技术邻域范围内像素点的数量通常设置为8，以待进行通道矫正像素点为中心，其周边8个像素点为其邻域范围内的像素点。本专利技术中在第种通道值与均值差值越大时，第种通道值异常度越高，均值对第种通道值的矫正效果越显著，在第种通道值与均值差值越小时，均值对第种通道值的影响较弱，本专利技术中通过矫正处理保障各个通道值的正常。
[0019]进一步地，所述量化处理的公式为：
[0020][0021]其中，为灰度值，为矫正后高速公路边坡图像中像素点的第种通道值。
[0022]进一步地，所述纹理特征提取单元包括：像素特征计算子单元和像素点筛选子单元；
[0023]所述像素特征计算子单元用于设置图像滑动块，采用图像滑动块在灰度图上滑动，以图像滑动块下的中心像素点作为待处理像素点，根据图像滑动块下像素点的灰度分布情况，计算待处理像素点的像素特征值；
[0024]所述像素点筛选子单元用于根据灰度图上灰度值的灰度等级，计算特征阈值，在待处理像素点的像素特征值低于特征阈值时，丢弃待处理像素点，将所有保留的像素点构成纹理特征图。
[0025]上述进一步地方案的有益效果为：本专利技术设置了的图像滑动块，图像滑动块在灰度图上滑动，每滑动一次，判断待处理像素点的像素特征值是否低于特征阈值，在低于时丢弃待处理像素点，从而保留住特征明显的纹理区域，去除非纹理区域。
[0026]进一步地，所述像素特征值的公式为：
[0027][0028]其中，为像素特征值，为图像滑动块下的像素点数量，为图像滑动块下第个像素点的灰度值，为图像滑动块下第个像素点的灰度值。
[0029]上述进一步地方案的有益效果为：本专利技术中根据图像滑动块中两两像素点灰度值的差值的平方，从而预估出整个图像滑动块下灰度值的分布情况，差值越大，纹理特征越明
显，差值越小甚至为0，说明该待处理像素点及其周边像素点构成的区域为非纹理区域，可以去除待处理像素点，其上未有纹理特征。
[0030]进一步地，所述特征阈值的公式为：
[0031][0032]其中，为特征阈值，为灰度图上的最大灰度值，为灰度图上的最小灰度值，为灰度等级，为调整系数。
[0033]上述进一步地方案的有益效果为：本专利技术中根据灰度图上的最大灰度值与灰度图上的最小灰度值的差值，确定整个灰度图上灰度差距，根据灰度等级对其进行均分，对其划分出各个纹理特征之间灰度的差距，再通过调整系数调整特征阈值，使其尽可能的筛选出具备纹理特征的像素点，去除非纹理像素点。
[0034]进一步地，所述纹理增强单元的表达式为：
[0035][0036][0037]其中，为增强纹理图上第个灰度值，为纹理特征图上第个灰度值，为纹理特征图上最大灰度值，为纹理特征图上最小灰度值，为增强系数，为纹理特征图上第个灰度值邻域范围内的第个灰度值。
[0038]上述进一步地方案的有益效果为：本专利技术中通过增强系数来表征灰度值处纹理变化剧烈程度，增强系数越大时，纹理变化越剧烈，灰度值增强比例越高，从而进一步地达到使得纹理变化剧烈的区域灰度值更明显，进一步地增强纹理特征。
[0039]进一步地，所述病害识别单元包括：第一卷积层、第二卷积层、第三卷积层、第四卷积层、第一特征拼接层、第二特征拼接层、最大池化层、平均池化层、注意力层、乘法器、全连接层和Softmax层；
[0040]所述第一卷积层的输入端作为病害识别单元的输入端，其输出端分别与第二卷积层的输入端和第一特征拼接层的第一输入端连接；所述第二卷积层的输出端分别与第三卷积层的输入端和第一特征拼接层的第二输入端连接；所述第三卷积层的输出端与注意力层的输入端连接；所述第四卷积层的输入端与第一特征拼接层的输出端连接，其输出端分别与最大池化层的输入端和平均池化层的输入端连接；所述第二特征拼接层的第一输入端与最大池化层的输出端连接，其第二输入端与平均池化层的输出端连接，其输出端与乘法器的第一输入端连接；所述乘法器的第二输入端与注意力层的输出端连接，其输出端与全连接层的输入端连接；所述Softmax层的输入端与全连接层的输出端连接，其输出端作为病害识别单元的输出端。
[0041]上述进一步地方案的有益效果为：本专利技术中通过第一卷积层输出浅层特征，再通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速公路边坡病害监测预警系统，其特征在于，包括：灰度处理单元、纹理特征提取单元、纹理增强单元、病害识别单元和预警单元；所述灰度处理单元用于对高速公路边坡图像灰度化处理，得到灰度图；所述纹理特征提取单元用于根据特征阈值，对灰度图提取纹理特征像素点，得到纹理特征图；所述纹理增强单元用于对纹理特征图进行增强处理，得到增强纹理图；所述病害识别单元用于识别增强纹理图上病害区域；所述预警单元用于在存在病害区域时进行报警。2.根据权利要求1所述的高速公路边坡病害监测预警系统，其特征在于，所述灰度处理单元包括：通道矫正子单元和灰度量化子单元；所述通道矫正子单元用于对高速公路边坡图像中像素点的每种通道值进行矫正处理，得到矫正通道值；所述灰度量化子单元用于根据各矫正通道值，对高速公路边坡图像中像素点进行量化处理，得到灰度图。3.根据权利要求2所述的高速公路边坡病害监测预警系统，其特征在于，所述矫正处理的公式为：,其中，为矫正后高速公路边坡图像中像素点的第种通道值，为矫正前高速公路边坡图像中像素点的第种通道值，为高速公路边坡图像中待矫正像素点的邻域范围内像素点的第种通道值的均值，为高速公路边坡图像中待矫正像素点的邻域范围内像素点的第种通道值的最大值，为高速公路边坡图像中待矫正像素点的邻域范围内像素点的第种通道值的最小值，取值范围1~3，表征R通道值，表征B通道值，表征G通道值。4.根据权利要求3所述的高速公路边坡病害监测预警系统，其特征在于，所述量化处理的公式为：,其中，为灰度值，为矫正后高速公路边坡图像中像素点的第种通道值。5.根据权利要求1所述的高速公路边坡病害监测预警系统，其特征在于，所述纹理特征提取单元包括：像素特征计算子单元和像素点筛选子单元；所述像素特征计算子单元用于设置图像滑动块，采用图像滑动块在灰度图上滑动，以图像滑动块下的中心像素点作为待处理像素点，根据图像滑动块下像素点的灰度分布情况，计算待处理像素点的像素特征值；所述像素点筛选子单元用于根据灰度图上灰度值的灰度等级，计算特征阈值，在待处理像素点的像素特征值低于特征阈值时，丢弃待处理像素点，将所有保留...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨新春，罗廷，陈谋，李博，谢松，
申请(专利权)人：四川公路工程咨询监理有限公司，
类型：发明
国别省市：