《電子技術(shù)應用》
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基于DSP數(shù)字信號處理器的墻體裂縫測圖像的處理
電子元器件應用
鄧恒淹,張繼森,袁小平 中國礦業(yè)大學
摘要: 基于DSP數(shù)字信號處理器的墻體裂縫測圖像的處理,摘要:為了對建筑物中的墻體裂縫進行高精度和高清晰度地測量,、計算和處理,。文中給出了使用DSP數(shù)字信號處理器來對墻體裂縫圖像進行預處理的具體方法及相關(guān)算法,同時給出了相應的仿真結(jié)果,。關(guān)鍵字:墻體裂縫監(jiān)測,;圖
關(guān)鍵詞: DSP 墻體裂縫 CCD
Abstract:
Key words :

摘要:為了對建筑物中的墻體裂縫" title="墻體裂縫">墻體裂縫進行高精度和高清晰度地測量、計算和處理,。文中給出了使用DSP" title="DSP">DSP數(shù)字信號處理器來對墻體裂縫圖像進行預處理的具體方法及相關(guān)算法,,同時給出了相應的仿真結(jié)果。
關(guān)鍵字:墻體裂縫監(jiān)測,;圖像處理,;DSP


    現(xiàn)代各種建筑行業(yè)中,墻體因為外力碰撞,、建筑質(zhì)量,、熱脹冷縮等原因,往往會產(chǎn)生一些裂縫,。因此,,對墻體裂縫的監(jiān)測與分析就顯得十分必要。利用圖像處理的方法來對墻體裂縫進行監(jiān)測和分析是比較方便且有效的方法之一,。但由于人為或自然因素的影響,,復雜的背景噪聲一般都會疊加在有用的墻體表面圖像數(shù)據(jù)中,所以,,在對裂縫進行圖像分割前,,必須通過濾波來減少噪聲,增強裂縫邊緣效果,,然后再進行圖像分割,。
    傳統(tǒng)的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)一般是基于PC機來實現(xiàn)的,即由圖像采集卡采集圖像,,再將圖像數(shù)據(jù)通過總線或網(wǎng)絡傳輸給PC機,,然后在PC機上進行圖像處理。此類系統(tǒng)通常比較復雜,。且難以小型化,,不方便隨身攜帶和檢測。因此,本文介紹一種基于DSP芯片來完成數(shù)字圖像處理的實現(xiàn)方法,。該方法利用CCD" title="CCD">CCD傳感器進行圖像采集,,然后在DSP內(nèi)部通過算法對圖像進行處理,再將處理后的圖像通過液晶進行顯示,,最后由圖像來判定裂縫的狀態(tài)和細節(jié)等,。此方案可使系統(tǒng)更加簡潔、實時性更強,,因此,,可在便攜式圖像檢測設(shè)備中得到一定的應用。

1 算法簡介
    通過CCD圖像傳感器采集的圖像,,還需對其進行一定的處理,,才能更好的反映出墻體裂縫的細節(jié)。對圖像進行處理需要一定的算法支持,,要根據(jù)算法內(nèi)容進行編程,,最后通過移植程序到DSP中,以最終實現(xiàn)圖像處理,。本文使用的是中值濾波,、圖像灰度值修正、迭代閾值法二值化圖像分割等算法,。
    由于采集的初始圖像中的噪聲會降低圖像的質(zhì)量,,使圖像特征淹沒,給分析帶來困難,。因此,,去除噪聲、恢復原始圖像是裂縫圖像處理中的一個重要內(nèi)容,。中值濾波是一種非線性的信號處理方法,,可在一定條件下克服線性濾波器帶來的圖像細節(jié)模糊問題,對濾除脈沖干擾最為有效,。中值濾波一般采用一個含有奇數(shù)點的滑動窗口(通常為二維窗口)來用窗口中各點灰度值的中值來替代指定點(一般是窗口的中心點)的灰度值,。中值濾波的窗口形狀和尺寸對濾波器的效果影響較大,因此,,需根據(jù)不同要求選用不同的窗口形狀和尺寸,。由于裂縫圖像中的脈沖干擾較多,因此,,為了保證去噪時失真小,,本文筆者選擇3×3的方形窗口來進行中值濾波,。
    直方圖修正主要是為了調(diào)整圖像的亮度,,增強圖像中感興趣的灰度區(qū)域。中值濾波后,,由于墻體裂縫圖像的特殊性,,圖像中的裂縫灰度值往往較小,、較灰暗,而背景灰度值往往較大,、較明亮,。因此,筆者采用了一種線性拉伸變換的方法來增強圖像的灰度效果,。若由用戶輸入感興趣的灰度區(qū)域范圍,,當某點的像素值小于范圍的最小值時,該點像素值賦值為0,;大于范圍的最大值時,,該點像素值賦值為255。若在范圍中,,則計算出該值在范圍中的比例,,再用比例乘以255,以得到新的像素值,。這樣,,就將感興趣的灰度區(qū)域拉伸到0~255,從而達到對比度增強的目的,。
    在圖像進行灰度值拉伸修正后,,為了便于裂縫觀察,還需要將裂縫從圖像中分割出來,。由于墻體裂縫與背景在灰度級上有明顯的區(qū)別,,所以,選擇合適的閾值T便能實現(xiàn)分割,。若像素灰度值小于T,,則將其灰度值設(shè)置為0,否則,,將其灰度值設(shè)置為255,。閾值的選取是關(guān)系圖像分割質(zhì)量好壞的關(guān)鍵,本文采用迭代閾值法來求得閾值T,。其灰度的閾值分割變換公式如下:
    a.JPG
    式(1)中,,T為采用迭代閾值法得到的閾值。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計
    利用DSP完成墻體裂縫圖像的采集與處理時,,需要建立相應的硬件平臺,。該平臺需要能實時完成圖像的采集、處理與分析,。本文采用TI公司的DSP芯片TMS320DM642作為主處理芯片,,并完成相應的外部電路設(shè)計,其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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    用DSP處理器TMS320DM642作為主處理器,,其最高能達到600 MHz的工作頻率,,完全能滿足本文的墻體裂縫圖像分割提取的實時處理要求。設(shè)計時,,先利用CCD圖像傳感器采集墻體裂縫圖像,,再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換將圖像數(shù)據(jù)送到CPLD中,并在緩沖后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻SP進行處理,,該DSP芯片可利用各種算法對圖像進行處理,。若數(shù)據(jù)需要存儲,則可以利用CPLD將所需存儲的數(shù)據(jù)在DSP與FLASH,、SDRAM之間進行傳遞,。當圖像處理完成后,再通過LCD接口電路將圖像在LCD上顯示,,從而完成圖像的實時分析,、處理與顯示。

3 算法實現(xiàn)流程
    該圖像處理算法需要由相關(guān)的程序來實現(xiàn),,最后再將程序嵌入到DSP處理器中,。當墻體裂縫圖像通過CCD圖像傳感器采集以后,其后的處理過程首先要對圖像進行中值濾波,,其次通過灰度值修正,,取得最優(yōu)閾值后再進行二值化分割,以完成對圖像的處理,。
    中值濾波算法的C語言實現(xiàn)過程首先是確定中值濾波窗口與形狀,,然后將窗口內(nèi)的像素值存入數(shù)組中,再通過冒泡法對該數(shù)組進行排序以取出中值,,最后用該中值替換原來窗口的中心像素,,至此,便實現(xiàn)了圖像的中值濾波,。由于墻體裂縫圖像的特殊性,,灰度值修正算法的C語言實現(xiàn)過程是先獲取用戶感興趣的灰度區(qū)域[A,B],,再利用循環(huán)對每個像素點的值M進行判斷,,若MB,,則將M賦值為25 5,若A     c.JPG
    式中INT為取整,,通過以上運算,,便可實現(xiàn)感興趣區(qū)域的灰度拉伸,使對比度增強,。圖2所示是通過C語言實現(xiàn)中值濾波與灰度修正的具體
流程圖,。

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    在閾值分割算法的C語言實現(xiàn)過程中,,由于裂縫圖像中的裂縫和墻體背景的灰度值相差較大,,因此,其直方圖會呈現(xiàn)明顯的雙峰形狀,,而將該谷值作為分割的閾值來進行二值分割會得到較好的分割圖像,。一般情況下,采用迭代閾值分割法比較適合,。用迭代的方法來對閾值進行迭代,,能夠自適應地尋找出最優(yōu)的閾值。然后將每個像素值與閾值進行比較,,大于閾值時,,將該點的像素值置為255;小于閾值時,,將該點的像素值置為0,。此時,便完成圖像的二值化分割,。在整個過程的運行中,,主函數(shù)先開始執(zhí)行,并先進行初始化,,包括將圖像數(shù)據(jù)裝入到指定的存儲空間,,設(shè)置圖像的邊界和大小,通過迭代閾值法得到最佳閾值T等,,接著再進行中值濾波,,然后進行灰度修正,再后進行閾值分割,,至此便完成了整個圖像的處理過程,。通過C語言實現(xiàn)閾值分割算法以及整個圖像處理的流程如圖3所示。

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4 仿真結(jié)果分析
    本文利用DSP集成開發(fā)平臺CCS對裂縫圖像的處理進行了仿真,,并通過建立新的工程將主程序以及相關(guān)的庫函數(shù)加入到工程中,,然后在配置存儲空間和編譯鏈接后,鏈接了仿真器,,并將生成的下載文件下載到仿真器中,,最后設(shè)置斷點,,開始運行程序,觀察每次圖像處理的結(jié)果,。其具體的仿真結(jié)果如圖4所示,。

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    在圖4中,圖4(a)為原圖像,,(b)為經(jīng)過中值濾波后的圖像,,該圖像中的噪聲有所減少,但圖像也開始有點模糊,; (c)為灰度調(diào)整后的圖像,,該圖像中亮度明顯增加,裂縫與背景的對比度明顯提高,,細節(jié)也較明顯,; (d)為利用迭代閾值法進行二值分割后的圖像,可以看出,,該圖像中的裂縫基本被分割出來,,粗的裂縫清晰明顯,細的裂縫分割效果也基本滿意,,可以達到裂縫圖像去噪,、增強、分割的目的,。

5 結(jié)束語
    本文主要探討墻體裂縫圖像的預處理過程以及算法的DSP實現(xiàn),。該方法通過C語言編程并利用DSP可完成圖像采集、中值濾波,、圖像增強,、圖像分割四個步驟,從而完成整個裂縫圖像的處理過程,。墻體裂縫圖像經(jīng)處理后,,裂縫能較清晰的得到顯示與分割,而且細節(jié)信息基本保留,,因而可為其他處理做準備,。由于該方法是通過DSP來實現(xiàn)整個過程,故其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔,。事實上,,本文的方法也可在一些便攜式墻體裂縫檢測設(shè)備中得到應用。

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