检测岩石图像中节理裂隙的方法
【专利摘要】本发明涉及岩石节理裂隙检测【技术领域】，特别是一种检测岩石图像中节理裂隙的方法，包括以下步骤：步骤1：对岩石图像的二值图像进行去噪和增强处理，并进行骨架提取；步骤2：采用Hough变换分别检测出步骤1处理后的二值图像中各节理裂隙段的主线(连通域)；步骤3：采用Bresenham算法对每条主线分段扩展，得到节理裂隙区域。该方法提高了图像中岩石节理裂隙的检测效果。
【专利说明】检测岩石图像中节理裂隙的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及岩石节理裂隙检测【技术领域】，特别是一种检测岩石图像中节理裂隙的方法。
【背景技术】
[0002]在岩石节理裂隙图像的处理中，节理裂隙作为重要的目标，对其进行自动识别研究具有重要的意义。由于节理裂隙的发育程度对于许多岩石工程的设计及安全预警都具有重要意义。因此，岩石节理裂隙的自动识别成了急待解决的课题。
[0003]从上世纪90年代开始，人们就已经开始关注节理裂隙图像的检测识别，也提出了很多方法，如通过用不同的传感器获取图像，从感兴趣区域提取出节理裂隙目标，基于岩石工程知识、上下文信息的目标检测。近年来，大量的研究者又对节理裂隙的自动识别产生了很大的兴趣，并针对一些数据源提出了 一些识别方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种检测岩石图像中节理裂隙的方法，该方法提高了岩石图像中节理裂隙的检测效果。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种检测岩石图像中节理裂隙的方法，包括以下步骤:
步骤1:对岩石图像的二值图像进行去噪及孔洞充填；
步骤2:采用Hough变换分别检测出步骤I处理后的二值图像中各节理裂隙段的主线，即连通区域；
步骤3:采用Bresenham算法对每条主线分段扩展，得到节理裂隙区域。
[0006]进一步的，在步骤I中，利用数学形态学和逻辑运算对所述二值图像进行去噪及孔洞充填，包括以下步骤:
步骤1.1:对所述岩石图像的二值图像进行开运算，将颗粒噪声从图像中去除；
步骤1.2:从步骤1.1处理后的图像中提取各自独立的连通区域，并分别赋予标记值，然后循环遍历每个连通区域并计算其面积，如果面积小于设定的第一阈值，则判定该连通区域不是目标区域，将该连通区域所有像素值赋为0，以消除小的噪声颗粒，留下大结构的目标区域；
步骤1.3:对步骤1.2处理后的图像进行孔洞充填；
步骤1.4:对节理裂隙进行主线提取，具体方法如下:
1)基于大津阈值法把图像分成第一区域和第二区域；
2)分别对第一区域和第二区域进行循环处理，如果第一区域中的像素P同时满足如下GU G2和G3的条件，就去掉所述像素P，即赋值为O ;如果第二区域中的像素P同时满足如下Gl、G2和G3的条件，就去掉所述像素P ；
条件Gl:当被检测点P满足
【权利要求】
1.一种检测岩石图像中节理裂隙的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:对岩石图像的二值图像进行去噪及孔洞充填； 步骤2:采用Hough变换分别检测出步骤I处理后的二值图像中各节理裂隙段的主线，即连通区域； 步骤3:采用Bresenham算法对每条主线分段扩展，得到节理裂隙区域。
2.根据权利要求1所述的检测岩石图像中节理裂隙的方法，其特征在于，在步骤I中，利用数学形态学和逻辑运算对所述二值图像进行去噪及孔洞充填，包括以下步骤: 步骤1.1:对所述岩石图像的二值图像进行开运算，将颗粒噪声从图像中去除； 步骤1.2:从步骤1.1处理后的图像中提取各自独立的连通区域，并分别赋予标记值，然后循环遍历每个连通区域并计算其面积，如果面积小于设定的第一阈值，则判定该连通区域不是目标区域，将该连通区域所有像素值赋为0，以消除小的噪声颗粒，留下大结构的目标区域； 步骤1.3:对步骤1.2处理后的图像进行孔洞充填； 步骤1.4:对节理裂隙进行主线提取，具体方法如下: 1)基于大津阈值法把图像分成第一区域和第二区域； 2)分别对第一区域和第二区域进行循环处理，如果第一区域中的像素P同时满足如下GU G2和G3的条件，就去掉所述像素P，即赋值为O ;如果第二区域中的像素P同时满足如下Gl、G2和G3的条件，就去掉所述像素P ； 条件Gl:当被检测点P满足
4 Xh ( P ) ~ ^ ? a.= I 时,其中
mmmi
1 = 1
I I, —I* 2 ? -1 =O 且(Λ* 2!' + I = I 或.Y 2!.= I )1,其他 ，Xl’ Χ2’ …’ Xs是像素P的8邻域，；&)表示一个因素； 条件G2:当被检测点P满足 44 "1( p)= ^ Xlk -1 V.X2k , m( ?) = ^.T2ic +1 X2k 时，其中 k:l k=l 2J ,A1Co) ,n2(p)分别表示两个不同的判断参数；
条件 G3: (.T2 / X3 V xz) A Λ1 = O , (X6 Xl T4> Λ*5 = O
最后得到去噪及孔洞充填处理后的二值图像。
3.根据权利要求2所述的检测岩石图像中节理裂隙的方法，其特征在于，在步骤1.2中，按如下方法从步骤1.1处理后的图像中提取各自独立的连通区域:对图像进行逐点扫描，如果当前像素值为0，就移到下一个扫描位置；如果当前像素值为1，检查它的8个相邻像素，直到8个相邻像素值都为0，则判定此为一连通区域。
4.根据权利要求2所述的检测岩石图像中节理裂隙的方法，其特征在于:在步骤2中，采用Hough变换分段检测出各节理裂隙的主线，即连通区域，以连接断续的节理裂隙，包括以下步骤: 步骤2.1:设y=k*x+b是岩石图像χ-y平面上的一条直线，其中k和b是参数,分别表示斜率和截距；过一点(xo，Yo)的所有直线的参数都会满足方程yfkxo+b，即点(xo，Yo)确定了一簇直线，而方程yfkXd+b在参数k-b平面上是一条直线； 步骤2.2:岩石图像x-y平面上的一个前景像素点，即节理裂隙点对应参数k-b平面上的一条直线，即将岩石图像x-y平面中共线的点映射为参数k-b平面中共点的线； 步骤2.3:对于步骤2.1和步骤2.2处理后生成的多个小线段，将位于同一直线的线段合并，合并后的线段中，长度大于设定的第二阈值的即为检测出的主线。
5.根据权利要求4所述的检测岩石图像中节理裂隙的方法，其特征在于:在步骤3中，按如下方法对每条主线分段扩展，确定节理裂隙区域: 在图像上构造虚拟的网格线，每一个网格代表一个像素点；给图像上的直线选择一个方向，按从起点到终点的顺序找出该直线与各网格线的交点，找出与各交点最近的下一个像素点，把这些像素点连接起来生成的直线段，即为与初始的直线最近的直线或折线； 设直线为y=kx+b, m= Δ y/ Δ χ, Δ y、A χ分别表示y、χ方向的增量，直线的像素点只能取整数值坐标；再假设直线上第i个像素点坐标为(Xi，yi)，它是直线上点(Xi，yi)的最佳近似，并且Xi=Xi(设m〈l),那么，直线上下一个像素点的可能位置是(xi+1,yi)或(xi+1，yi+1)；当x=xi+1时,直线上 点的y值是y=m(xi+1)+b,该点离像素点(Xi^yi)和像素点(xi+1，yi+1)的距离分别是dl和d2，按如下方法选择下一个像素点: (1)dl>d2，说明直线上理论点离(xi+1，yi+1)像素更近，下一个像素点取(xi+1，yi+1)； (2)dl〈d2，说明直线上理论点离(xi+1，yi)像素更近，下一个像素点取(xi+1，yi)； (3)dl=d2，说明直线上理论点离OwyiKOwyw)两个像素点的距离相等，任取其中一点为下一个像素点； 从而得到每条直线或折线的外扩展线，最后得到节理裂隙区域。
【文档编号】G06T5/00GK103942809SQ201410197540
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】王卫星, 林丽群 申请人:福州大学