[发明专利]一种基于灰度数据的盾构隧道管片环缝快速识别方法

权利要求书

1.一种基于灰度数据的盾构隧道管片环缝快速识别方法，所述的环缝快速识别方法包括采集盾构隧道管片的原始灰度图像，其特征在于，所述的环缝快速识别方法还包括以下步骤：

S1、使用直方图均衡化方法对原始灰度图像进行对比度增强处理，原始灰度图像记为I_src，对比度增强处理后的图像记为I，图像的宽和高分别记为W，H；

S2、根据对比度增强处理后的图像I，统计其中每列灰度累加值G_j，其中j ∈[1，W]；

S3、对统计后的列灰度累加值进行缩放处理，将其缩放到设定范围，缩放后的列灰度累加值记为G'_j，其中的最大值记为G'_max、最小值记为G'_min；

S4、对步骤S3中缩放后的列灰度累加值进行列裁剪，获得的最大值和最小值分别记为G_max、G_min，依据T_c=V_r×R_c确定盾构隧道管片环缝判定阈值T_c，其中V_r=G_max- G_min，R_c是惩罚参数；

S5、遍历所有有效列的位置，所述的有效列是指其左、右两侧均能获取到若干采样列的灰度累加值数据的列，有效列的位置记为jv，并计算当前有效列的列灰度累加值与其左、右两侧若干采样列的列灰度累加值的均值之差，分别记为D_l、D_r，将D_l、D_r与所述的盾构隧道管片环缝判定阈值T_c逐一比对判断当前有效列的位置是否为环缝，若大于T_c则当前有效列为环缝，记录下此位置；

S6、输出最终的盾构隧道管片环缝位置的判断结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于灰度数据的盾构隧道管片环缝快速识别方法，其特征在于，所述步骤S2的具体操作如下：

（1）设定统计图像I中每列灰度累加值的起始范围，记为V_start、V_end，其中V_start∈[1，H]，V_end∈[1，H]；

（2）根据设定的每列灰度累加值的统计起始范围，得到有效数据统计区域，记为R_V，统计图像I中有效数据统计区域内的列灰度累加值，记为G_j，j∈[1，W]，计算方法如下：

公式（1），

其中g（i，j）为图像I在（i，j）位置的灰度值，且（i，j）∈R_v，i∈[V_start，V_end]。

3.根据权利要求1所述的一种基于灰度数据的盾构隧道管片环缝快速识别方法，其特征在于，所述步骤S3的具体操作如下：

缩放后的列灰度累加值记为G'_j，计算方法如下：

公式（2），

其中，G_max为缩放前的列灰度累加值的最大值，G'_max为缩放后的列灰度累加值的最大值，且j∈[1，W]。

4.根据权利要求1所述的一种基于灰度数据的盾构隧道管片环缝快速识别方法，其特征在于，所述步骤S4的具体操作如下：

（1）为了消除图像边界的零值干扰，对缩放后的列灰度累加值进行列裁剪，裁剪列数记为N_c，列裁剪后的列位置索引记为jc，jc∈（1＋N_c，W－N_c）；

（2）计算经过列裁剪后的列灰度累加值中的最大值和最小值，分别记为G_max，G_min，计算方法如下：

公式（3），

公式（4）；

（3）根据上述列裁剪后的列灰度累加值中的最大值和最小值，确定盾构隧道管片环缝判定阈值，记为T_c，计算方法如下：

公式（5），

公式（6），

其中R_c是惩罚参数，R_c ∈（0，1）。

5.根据权利要求1所述的一种基于灰度数据的盾构隧道管片环缝快速识别方法，其特征在于，所述步骤S5的具体操作如下：

（1）选取当前有效列左、右两侧若干采样列的列灰度累加和数据，有效列的位置记为jv，jv∈（S_l＋N，W－S_r－N），其中N是采样列数，S_l、S_r分别是当前有效列左、右两侧采样列的采样偏移量，具体的选取步骤如下：

（a）设定当前有效列左、右两侧采样列的采样偏移量S_l、S_r，S_l、S_r∈（0.5* W_g，D_g），其中W_g是盾构隧道管片环缝的宽度，D_g是各盾构隧道管片环缝之间的距离；

（b）根据当前有效列左、右两侧采样列的采样偏移量确定当前有效列左、右两侧的起始采样列位置，当前有效列左、右两侧的起始采样列位置分别记为L_s、R_s，其中L_s=j－S_l－1、R_s=j＋S_r＋1，j为当前有效列的位置，j∈jv；

（c）从当前有效列左、右两侧的起始采样列位置开始连续采样N个列的灰度累加值，分别得到当前有效列左、右两侧的采样列的列灰度累加值，其中当前有效列左侧的采样方向为向左，右侧的采样方向为向右，当前有效列左、右两侧的采样列的列灰度累加值分别记为G'_kl、G'_kr，其中kl∈[j －S_l－N，L_s]，kr∈[R_s，j＋S_r＋N]；

（2）统计位于当前有效列左、右两侧的若干采样列的列灰度累加值的平均值，分别记为G'_ls，G'_rs，计算方法如下：

公式（7），

公式（8）；

（3）计算当前有效列的灰度累加值和与其左、右两侧的若干采样列的灰度累加值和均值之差，分别记为D_l、D_r，计算方法如下：

公式（9），

公式（10）；

（4）如果当前有效列的列灰度累加值与其左、右两侧若干采样列的列灰度累加值的均值之差大于盾构隧道管片环缝判定阈值T_c，那么当前有效列的位置即为盾构隧道管片环缝所在的位置，记录此位置；反之，当前有效列的位置不是盾构隧道管片环缝所在的位置，不记录此位置；

（5）对初步记录的盾构隧道管片环缝位置进行后处理，后处理方法为：设定一个搜索范围，记为SR，SR ∈（0.5* D_g，D_g），在SR范围内，只保留一个最优的盾构隧道管片环缝位置；

（6）重复上述（1）～（5）步，直到图像中所有有效列的位置遍历完成。