[发明专利]基于图像处理技术的岩体裂隙及飞石运动分析系统及方法

权利要求书

1.一种基于图像处理技术的岩体裂隙及飞石运动分析系统的方法，其特征在于包括如下步骤：

S1.通过摄像头采集原色图，采集内容为岩体裂隙面岩体裂隙发育，以及裂隙发育完全后岩体发生破坏产生的破碎飞石的运动状态数据；

S2.将采集到的原色图转换成灰度图，并生成灰度值；

S3.对步骤S2中转换成的灰度图，进行二值化处理；

S4.定义结构元素，对步骤S3二值化处理后的灰度图像进行图像开运算去噪；

S5.对图像中的裂隙边界进行检测，绘制裂隙轮廓，并将得到的裂隙轮廓大小表示为裂隙的大小，将得到的裂隙轮廓数量表示为裂隙的数量；通过飞石运动规律分析方法处理飞石运动状态数据；

S6.对步骤S5中裂隙的数量及大小和飞石运动进行评价，并将其与设定阈值标准进行对比，将对比数据输出至数据反应系统，并进行报警；

步骤S4，采用的开运算去噪具体体现为对灰度图像二值化后，先腐蚀，再膨胀的运算方法；

假设待处理的二值化图像像素集合为I，结构元素为P：

P对I的腐蚀运算具体定义为：

其中，Θ为腐蚀算子，x∈I

P对I的膨胀运算定义为：

其中，为膨胀算子；

结构元素集合P在二值化处理后的灰度图的集合I内进行平移并集，开运算具体定义为：

其中，Θ为腐蚀算子，为膨胀算子；

具体表现为对S4输出的图像，以从左到右、从上到下的顺序，进行像素值扫描，若扫描到像素值为255时，对目标轮廓进行检测框绘制，并针对检测框对角线方向，只保留检测方向的终点坐标，并对检测框进行数量标定；否则继续扫描；

将实际裂隙面积大小设为：

Y₁＝k₁X₁+b₁

其中，k₁和b₁为常数；Y₁为裂隙实际面积大小；X₁为图像中裂隙面积大小；实际裂隙及飞石面积大小方程的确定方法为：在实际情况下，对裂隙绘制轮廓，测算轮廓面积大小；将实际测算的裂隙轮廓面积大小与在图像上得出的面积数据进行多次拟合，得出k₁，b₁值，最后取平均值，得出对应方程；

将飞石面积大小方程设为：

Y'₁＝k'₁X'₁+b'₁

其中，k’₁和b’₁为常数；Y’₁为飞石实际面积大小；X’₁为图像中飞石面积大小；实际飞石面积大小方程的确定方法为：在实际情况下，对飞石绘制轮廓，测算轮廓面积大小；将实际测算的飞石轮廓面积大小与在图像上得出的面积数据进行多次拟合，得出k’₁，b’₁值，最后取平均值，得出对应方程；

将实际裂隙密度大小方程设为：

Y₂＝k₂X₂+b₂

其中，k₂和b₂为常数；Y₂为裂隙实际密度大小；X₂为图像中裂隙密度大小；实际裂隙密度大小方程的确定方法为：在实际情况下，对裂隙绘制轮廓，测算轮廓面积大小，在摄像头检测范围内，除以裂隙面面积，将实际裂隙密度与在图像上得出的数据进行多次拟合，得出k₂，b₂值，最后取平均值，得出密度确定方程；

将飞石密度大小方程设为：

Y'₂＝k'₂X'₂+b'₂

其中，k’₂和b’₂为常数；Y’₂为飞石实际密度大小；X₂为图像中飞石密度大小；实际飞石密度大小方程的确定方法为：在实际情况下，对飞石绘制轮廓，测算轮廓面积大小，在摄像头检测范围内，除以飞石分布空间体积，将实际的飞石密度与在图像上得出的数据进行多次拟合，得出k’₂，b’₂值，最后取平均值，得出密度确定方程；

实现所述的基于图像处理技术的岩体裂隙及飞石运动分析方法的系统，包括裂隙及周围环境监测装置（ 1） 、第一数据传输线（ 9） 、计算机处理系统（ 11） 和数据反应系统（13） ，裂隙及周围环境监测装置（ 1） 通过第一数据传输线（ 9） 连接计算机处理系统（11） ，计算机处理系统（ 11） 连接数据反应系统（ 13） ；裂隙及周围环境监测装置（ 1） 用于监测岩体裂隙与周围环境，并将监测数据发送到计算机处理系统（ 11） 中；计算机处理系统（ 11） 用于对裂隙及周围环境监测装置（ 1） 输出的数据进行处理，获得岩体裂隙发育规律，以及岩体裂隙发育完全发生破碎后飞石运动规律，并将数据发送到数据反应系统（ 13） ；数据反应系统（ 13） 用于对计算机处理系统（ 11） 处理后的数据产生动作；

所述的裂隙及周围环境监测装置（ 1） 包括摄像头（ 2） 和第一信号接收装置（ 7） ，摄像头（ 2） 连接第一信号接收装置（ 7） ，第一信号接收装置（ 7） 连接计算机处理系统（ 11） ；摄像头（ 2） 对外部的岩体裂隙面（ 3） 、第一岩体裂隙（ 4） 、第二岩体裂隙（ 5）和破碎飞石（ 6） 进行实时的图像监测，将得到的图像数据通过第一信号接收装置（ 7） 和第一数据传输线（ 9） 传输到计算机处理系统（ 11） ；

所述的计算机处理系统（ 11） 包括计算机（ 12） ，计算机（ 12） 分别连接第一数据传输线（ 9） 和数据反应系统（ 13） ，计算机（ 12） 通过图像处理技术，对裂隙及周围环境监测装置( 1) 输入的图像数据进行处理，并将处理后的参数输出到数据反应系统( 13) ；

所述的数据反应系统( 13) 包括操作台( 14) 、数据显示台( 15) 、第二信号接收装置( 8) 、第二数据传输线( 10) 和报警装置( 17) ；数据显示台( 15) 用于接收计算机(12) 输出的数据并显示，同时当输出数据超过设定阈值之后，采用操作台( 14) 将控制信号通过第二数据传输线( 10) 传输到第二信号接收装置( 8) ，从而控制报警装置( 17)进行紧急报警。