[发明专利]一种基于激光三维相机的渣片图像分割方法

说明书

本发明提出了一种基于激光三维相机的渣片图像分割方法，步骤为：激光三维相机产生的若干个扫描线组成渣片空间信息的一个特征提取单元；利用综合高度梯度、高度均值和高度梯度均值综合判断渣片的属性，根据渣片属性建立渣片二值化图像；对渣片二值化图像分别腐蚀和膨胀运算，基于渣片形态学特征分别对连通域进行非渣片区域滤除；获取滤除后的连通域之间的形态特征，滤除被遮挡渣片，获取未被遮挡的表面渣片分割图像。本发明相基于激光三维相机获取渣片分布空间信息可避免不均匀光照对图像分割结果的影响，基于空间高度信息对渣片遮挡区域进行判断实现渣片图像分割，剔除被遮挡渣片，提高了表面渣片分割和特征提取统计准确率。

技术领域

本发明涉及隧道掘进装备施工的技术领域，尤其涉及一种基于激光三维相机的渣片图像分割方法，用于对硬岩TBM开挖过程中产生的渣片信息进行分割和特征提取。

背景技术

硬岩隧道掘进机(以下简称硬岩TBM)是一种专门应用于开挖岩石隧道与地下通道工程的大型高科技施工装备。渣片是刀盘切削岩石直接作用的产物，因此包含了大量的岩体信息。申请号为CN201621061653.1的中国专利申请提出了一种渣片拍摄装置，但是未介绍如何对获取的渣片进行信息提取。申请号为CN201710222227.4的中国专利申请提出了基于分水岭算法的图像分割方法，从而获取渣片的特征参数，但是无法避免使用传统CCD相机获取的渣片图像进行分割时，由于光照、渣片遮挡等情况下分割后求取的特征参数准确率不稳定问题。

发明内容

针对传统CCD相机获取渣片图像存在光照不均、渣片互相堆叠遮挡的问题，对渣片图像的分割和后续特征提取带来很大的技术难度，且影响准确度的技术问题，本发明提出一种基于激光三维相机的渣片图像分割方法，采用激光三维相机获取渣片的空间信息，用于克服传统CCD相机受光照的影响，空间高度信息对渣片遮挡区域进行分割解决了传统CCD相机无法处理的渣片遮挡问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于激光三维相机的渣片图像分割方法，其步骤如下：

步骤一：利用激光三维相机渣片拍摄装置获取皮带机上输送的渣片图像；

步骤二：激光三维相机产生的若干个扫描线组成渣片空间信息的一个特征提取单元，将一个特征提取单元的渣片空间信息转化为三维空间矩阵；

步骤三：对三维空间矩阵进行平滑降噪后求取综合高度梯度，分别求取特征提取单元的高度均值和高度梯度均值，利用综合高度梯度、高度均值和高度梯度均值综合判断渣片在某一点的属性，根据渣片属性建立渣片二值化图像；

步骤四：对渣片二值化图像分别进行腐蚀和膨胀运算，标记腐蚀后的连通域B1和膨胀后的连通域B2；基于渣片形态学特征分别对连通域B1和连通域B2进行非渣片区域滤除，统计为滤除后的连通域B1’和连通域B2’；

步骤五：获取连通域B1’和连通域B2’的形态特征，基于几何中心距离和渣片形态学特征的综合判断指标，滤除被遮挡渣片，获取未被遮挡的表面渣片分割图像和渣片特征信息。

所述激光三维相机渣片拍摄装置包括激光三维相机和拍摄支架，拍摄支架固定在运送渣片的皮带机的正上方，激光三维相机固定在拍摄支架上，激光三维相机上方设有相机保护罩。

所述激光三维相机与旋转编码器相连接，激光三维相机的拍摄帧率由旋转编码器的脉冲控制，激光三维相机根据旋转编码器产生的脉冲产生相应的扫描线。

所述三维空间矩阵为A1＝[x,y,Z(x,y)]，其中，x为渣片图像中某一点的行坐标，y为列坐标，Z(x,y)为这个坐标点的高度值；所述综合高度梯度G包括按x方向进行平滑降噪后求取的高度梯度G_x和按y方向进行平滑降噪后求取的高度梯度G_y，且平滑降噪的方法包含但不限于滑动平均或中值滤波。