总３６１期 ２０１５年第１９期（７月上） 交通世界・建养机械 路面裂纹图像特征提取方法 刘清华 （秦皇岛市交通运输局，河北秦皇岛０６６０００） 摘要：经研究提出一种基于反变映射的路面裂纹图像特征提取方法。首先，描述路面图像的原始特征信息空间和目标 特征信息空间；其次，推导反变映射，通过反变映射把灰度、邻域均值灰度、灰度梯度的三种图像特征信息变换到路 面图像的目标特征信息空间中，实现裂纹特征信息原始空间到目标空间的解耦映射；最后，利用Ｆｉｓｈｅｒ准则对路面裂纹 进行提取。通过实验分析了该方法的检测能力。 关键词：信息空间；特征提取；反变映射；路面裂纹 中图分类号：Ｕ４１６ 文献标识码：Ａ 路面的裂纹灰度值一般要比裂纹背景灰度值低，所 以对灰度特征这一子空间信息进行变换，可以消除一些 １原理 １．１构建信息空间 （１）首先构建裂纹信息原始空间，考虑到原始路面图 像数据集Ｘ到裂纹图像数据集Ｙ的不变特性，根据路面图 离散点干扰，使部分非裂纹区域像素值更大，使部 纹区域像素值更小。 像分块矩阵灰度的三个特征值Ｇｒａｙ、Ｍｅａｎ、Ｕ建立路面 裂纹原始信息空间（Ｘ，ｘ），可将ｘ表示为： 由式（４）可知 。可由 １１， 则 可表示为： １２， 线性组合， Ｘ （Ｇｒａｙ，Ｍｅａｎ， ） 域均值、梯度值。 （１） 其中Ｇｒａｙ、Ｍｅａｎ、Ｕ分别代表分块矩阵的灰度、邻 （２）原始信息空间（Ｘ，Ｘ）经过反变得到的空间， 称为目标信息空间，表示为（Ｙ，Ｙ），应仍为可分性空 萌；（ ， ， ） 则：Ｇｒａｙ 一 （Ｇｒｙ）ａ （６） （ （Ｇ ）， （ｓｏ￣ｓ）， （ ）） ：Ｇｒｙａ＋Ｇｒｙａ。［（ｓｏ／ｓ） 卜 ‘Ｇｒ ［（ ／ ） ］ ＝间，并且目标信息空间与原始信息空间具有相同的性质 和结构，则可将ｙ表示为： 『Ｇｒａｙ＋（ ） （Ｇｒｙａ 一Ｎｏ・Ｇｒｙａ）１ Ｉ１＋（ｓｏ／ｓ） （Ｇｒｙ—Ｎｏａ）Ｉ・Ｇｒａｙ （７） Ｙ＝（Ｇ， ，Ｍｅａｎ＇，Ｕ ） １．２反变映射推导 （２） ＝其中Ｇｒａｙ’、Ｍｅａｎ’、Ｕ’为裂纹目标信息的子空间。 令ｂ 为Ｓ 则上式为： 建立映射关系，实现裂纹信息的原始空间到目标空 间的解耦映射。 Ｇｒａｙ ｆｌ＋ｂ （Ｇｒｙａ—Ｎｏ）１ Ｇｒｙａ （８） 其中裂纹灰度参考值Ｎ 可根据路面情况确定，路面 首先裂纹信息的原始子空间Ｘ 按照保留原始信息空 间的裂纹特征原则映射到目标空问Ｙ ，建立解耦映射： 破损越严重，值越小。ｓ 为灰度值低于Ｎ 的像素个数，Ｓ 表示灰度矩阵总像素个数。ｒ表示灰度矩阵的大小。 １．２．２反变映射 ２：Ｍｅａｎ－－－￣Ｍｅａｎ’的推导 ｆ ：Ｇｒａｙ Ｇｒａｙ ｛么：Ｍｅａｎ Ｍｅａｎ 由于伪裂纹的干扰，对后续裂纹分割造成影响，为 解决这个问题，根据裂纹邻域信息对Ｍｅａｎ进行变换，不 ｌ缟：Ｕ—Ｕ 空间Ｇｒａｙ’、Ｍｅａｎ 、Ｕ『的一族映射表示为： ＝ｒ 、 仅能够平滑噪声，还可以锐化细小裂纹。变换的基本思 想是：在一个邻域内，不仅均值可以为变换提供信息， 还有其邻域均值的上偏差概率和下偏差概率。 则对Ｍｅａｎ子空间进行变换： 由式（３）将子空间中。，中：，中。映射到裂纹信息子 ｉＭ Ｕ谚 （４） ，、 Ｍｅａｎ ＝破（Ｍｅａｎ） ｆＭｅａｎ—ｃ Ｍｅａｎ，； ＞ｍａｘ｛Ⅳ ，Ｎｏ） 由（３）和（４）式得目标信息空间Ｙ为： ｙ （破（ ），呜（ｕ）） 鱼谚（Ｘｉ） ｉＭ ） Ｍｅａｎ’ｚ｛Ｍｅａｎ—ｃ‘ＭｅａｎＰ； Ｎｇ＞ｍａｘ｛Ｎ，， ） ｌ Ｍｅａｎ； ｅｓｌｅ （９） 其中：ｆＵ谚即为中。： ｉ—ｙ 是一族映射。 １．２．１反变映射 ｌ：Ｇｒａｙ－－￣Ｇｒａｙ’的推导 其中，在以点（Ｘ，Ｙ）为中心的邻域ｕ 、 ，有Ｎ个 像素，ｎｌ为邻域均值，ｃ的取值范围为０到１，ｃ的取值反 收稿日期：２０１５．０３—２９ 作者简介：刘清华（１９７７一），男，本科，高级工程师，研究方向为交通工程。 １５０
