[发明专利]一种基于图像处理的岩土结构检测方法

权利要求书

1.一种基于图像处理的岩土结构检测方法，其特征在于，包括步骤：实时获取视频帧岩土图像，将视频帧岩土图像分为a*a个图像块，计算视频帧岩土图像块微观纹理特征值组成数据集Y_i^k；像素k对应的时间序列的第i个时间点上的数据集Y_i^k是预测参数的线性组合：

式中，m是预测参数的个数，n为采集的时间点的个数；x_ij是与岩土位置或采集岩土时间相关、但与具体岩土图像无关的已知参数，组成矩阵X；为岩土像素k在第i个时间点上的误差，误差相互独立且服从均值为0，标准方差为σ_k的正态分布数据矩阵表达式为：

Y^k＝Xβ^k+ε^k

其中，岩土数据Y^k是数据集Y_i^k组成的列向量，β^k是岩土预测参数组成的列向量，ε^k是误差项组成的列向量，对岩土数据Y^k的分析即是对参数β^k进行求解分析，得到关于参数β^k的图像，采取最小二乘法对参数的预测值求解：β^k＝(X^TX)^-1X^TY^k；而参数误差数据为：

其中是岩土数据Y^k的方差，其值为：

其中，p是矩阵X的秩，x是残差；β^k为岩土图像的另一种表示，参数误差越大，则岩土图像结构变异程度越大，即风化程度越高。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的岩土结构检测方法，其特征在于，所述计算视频帧岩土图像块微观纹理特征值包括陡度，所述陡度计算方式为：对每个视频帧岩土图像块进行灰度化处理，提取每个图像块中灰度值最低以及灰度值最高的像素点，分别为T1、T2；陡度为L＝(T2-T1)/d；其中，d为图像块中灰度值最低与灰度值最高的像素点的间隔像素数。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的岩土结构检测方法，其特征在于，所述计算岩土图像块中每个像素k的陡度之前还包括步骤先将视频帧从rgb颜色空间转换到lab颜色空间，再对视频帧进行超像素分割，将一个视频帧表示成一组超像素块。

4.根据权利要求2所述的一种基于图像处理的岩土结构检测方法，其特征在于，所述对每个视频帧岩土图像块进行灰度化处理步骤包括采用最大值方法对岩土图像进行灰度化，将彩色图像中的三分量亮度的最大值作为灰度图的灰度值：

f(q,u)＝max(R(q,u),G(q,u),B(q,u))

其中f(q,u)为转换后的岩土灰度图像在(q,u)处的灰度值。

5.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的岩土结构检测方法，其特征在于，所述岩土图像块的微观纹理特征值包括：岩土图像块中每个像素k的陡度、R、G、B、H、S和V。

6.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的岩土结构检测方法，其特征在于，所述岩土图像块的微观纹理特征值还包括：岩土图像块直方图、岩土图像块均值、岩土图像块方差、岩土图像块偏度、岩土图像块峰度、岩土图像块能量、岩土图像块墒中的一个或多个；

岩土图像块直方图为：

M为像素总数，N(l)为灰度值为l的像素数，l＝1，2，…L-1为图像的灰度级；

岩土图像块均值:

岩土图像块方差:

岩土图像块偏度:

岩土图像块峰度:

岩土图像块能量:

岩土图像块墒: