[发明专利]一种地铁隧道管片错台量检测方法

权利要求书

1.一种地铁隧道管片错台量检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.检测车通过Kinect设备采集地铁隧道管片深度图像，深度图像大小是640×480像素，摄像头采集图像频率30帧/秒；

b.根据步骤a采集的深度图像，对深度图像数据预处理来进行优化；

c.根据步骤b优化后的深度图像数据，采用双对角差分算法将深度图转成数字图像技术能够处理的二值图像；

d.二值图像中的噪声采用联合去噪算法处理；

e.对于螺栓孔，注浆孔这些特殊噪声，螺栓孔的二值图像接近矩形，注浆孔的形状接近环形，通过它们的形状特征进行滤波处理；

f.经过步骤e处理后的二值图像，只剩下错台特征，用Zhang快速并行细化算法处理得到错台的骨架图；取一个像素点的3×3领域，设中心点为P1，其坐标为(i，j)，领域中其余各像素点分别为P2,P3,...,P9,则如果领域像素点满足下面4各条件，就将中心点删除；

1)2≤Z(P1)≤6；

2)T(P1)＝1；

3)P2·P4·P8＝0orT(P2)！＝1；

4)P2·P6·P8＝0orT(P8)！＝1；

其中Z(P1)为P2，P3，...，P9的像素点为1的点的个数，T(P)为P点的8邻域点按逆时针方向排列后像素值从0到1变化的次数；

g.为了识别管片间不同类型的错台线，具体分为四种错台线，分别是横向，纵向，向上倾斜和向下倾斜；管片间的这四种错台线的倾斜角度是固定的，用已知的一次函数y＝kx+b分别去图像中遍历搜索，将不同的错台线提取出来并标记；

h.根据步骤g提取出来的错台线找到对应深度图像上错台的位置，其中错台线接近一条直线，错台量的计算实质是在错台线两侧的像素深度值做差，因此先计算错台线所在的法线，在法线上取两点P1和P2分别在8灰色直线的两侧，两点相距12-20个像素点关于灰色直线对称分布；两点对应深度图像的深度值做差绝对值取为h，假定沿着错台直线两侧的高度差值都计算出来，分别为h1,h2,h3，...,hi，所求的这些高度差值的平均值为错台量，高度差值最大值为错台量最大值。

2.根据权利要求1所述的地铁隧道管片错台量检测方法，其特征在于，所述步骤b的深度图像三维数据矩阵为：

Om×n=d11d12d13...d1j...d1nd21d22d23...d2j...d2n...............di1di2di3...dij...din...............dm1dm2dm3...dmj...dmn,(i=1,2,...,m;j=1,2,...,n)]]>

其中d_ij表示行号为i，列号为j所对应的像素点的深度值，m为深度图像宽度480，n为深度图像长度640；

对深度图像数据的预处理包括三个部分：

(1)深度图像时间域平滑：取15帧进行图像处理，对应每个像素点d_ij，15帧图像对应有15个深度，分别为则位置点深度值为：

dij‾=(dij1+dij2+dij3+...+dij15)15;]]>

(2)深度值为0的空洞点进行填充：对于因为物体表面光滑丢失，用周围的深度值来代替；如果地铁隧道管片遮挡导致边缘深度值丢失，用深度图像上右侧的深度值来代替；

(3)局部标准差去噪：通过局部标准差滤波去除孤立噪声点，假定W为滤波器窗口，窗口大小为3x3，中心像素X0有8个领域，像素点X0以(i,j)为中心，它的局部标准差定义为：

Devij=sqrt(19Σm=i-1i+1Σn=j-1j+1(xmn-x‾)2)]]>

其中是w窗口像x素所有深度值的平均值，定义为：

x‾=19Σm=i-1i+1Σn=j-1j+1xmn]]>

通过比较滤波器窗口中心像素和邻域像素标准差来实现滤波，将滤波器窗口中与其邻域像素相比取标准差最小的点的深度值作为滤波器的输出，其中f(x_i)为像素点x_i处的深度值，F_out为标准差最小点处的深度值：

F_out＝f(x_i){min(Dev_xi)}。