基于图像处理的裂缝检测与特征提取
一、引言
裂缝检测是基础设施监测中至关重要的一项任务，尤其是在土木工程和建筑工程领域。随着自动化技术的发展，传统的人工巡检方法逐渐被基于图像分析的自动化检测系统所取代。通过计算机视觉和图像处理技术，能够高效、精确地提取裂缝的几何特征，如长度、宽度、方向、面积等，从而为工程质量评估提供数据支持。
本文将详细介绍一段用于裂缝检测与特征提取的 Python 代码，重点讲解其实现的核心算法与关键步骤，分析其应用场景与潜在的扩展方向，帮助读者了解如何通过图像处理与几何分析来解决实际问题。
二、核心算法与流程概述
该代码的主要目的是处理裂缝图像，并提取相关的几何特征。实现过程包括以下几个核心步骤：
- 裂缝图像预处理：对输入图像进行灰度化、二值化，并应用形态学操作（如膨胀、腐蚀、闭操作等）来去噪并填补裂缝区域。
- 骨架提取与细化：采用改进的 Zhang-Suen 细化算法提取裂缝的骨架，确保裂缝的宽度为单像素。
- 裂缝特征计算：
- 裂缝长度：基于骨架的连通域分析，估算裂缝的总长度。
- 裂缝宽度：通过法线方向与轮廓边界插值计算裂缝的宽度。
- 裂缝方向：使用主方向算法估算裂缝的走向，并转换为度分秒（DMS）格式。
- 裂缝面积与类型：计算裂缝的面积并进行分类（块状裂缝 vs 线性裂缝）。
- 结果可视化与输出：将所有特征（长度、宽度、方向、面积）输出到文件，并通过 Matplotlib 可视化处理后的图像。
1. 图像预处理与二值化
图像预处理是裂缝检测过程中的第一步。首先将输入图像转换为灰度图像，然后进行二值化处理。接下来，通过高斯滤波去噪，并对二值图像应用形态学操作（如膨胀、腐蚀和闭操作）来去除噪点并填充裂缝区域。