基于DSP數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(jìn)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數字信號處理器來(lái)對墻體裂縫圖像進(jìn)行預處理的具體方法及相關(guān)算法，同時(shí)給出了相應的仿真結果。
關(guān)鍵字：墻體裂縫監測；圖像處理；DSP

0 引言
現代各種建筑行業(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(huì )產(chǎn)生一些裂縫。因此，對墻體裂縫的監測與分析就顯得十分必要。利用圖像處理的方法來(lái)對墻體裂縫進(jìn)行監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(huì )疊加在有用的墻體表面圖像數據中，所以，在對裂縫進(jìn)行圖像分割前，必須通過(guò)濾波來(lái)減少噪聲，增強裂縫邊緣效果，然后再進(jìn)行圖像分割。
傳統的數字圖像處理系統一般是基于PC機來(lái)實(shí)現的，即由圖像采集卡采集圖像，再將圖像數據通過(guò)總線(xiàn)或網(wǎng)絡(luò )傳輸給PC機，然后在PC機上進(jìn)行圖像處理。此類(lèi)系統通常比較復雜。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(lái)完成數字圖像處理的實(shí)現方法。該方法利用CCD傳感器進(jìn)行圖像采集，然后在DSP內部通過(guò)算法對圖像進(jìn)行處理，再將處理后的圖像通過(guò)液晶進(jìn)行顯示，最后由圖像來(lái)判定裂縫的狀態(tài)和細節等。此方案可使系統更加簡(jiǎn)潔、實(shí)時(shí)性更強，因此，可在便攜式圖像檢測設備中得到一定的應用。

1 算法簡(jiǎn)介
通過(guò)CCD圖像傳感器采集的圖像，還需對其進(jìn)行一定的處理，才能更好的反映出墻體裂縫的細節。對圖像進(jìn)行處理需要一定的算法支持，要根據算法內容進(jìn)行編程，最后通過(guò)移植程序到DSP中，以最終實(shí)現圖像處理。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(huì )降低圖像的質(zhì)量，使圖像特征淹沒(méi)，給分析帶來(lái)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(gè)重要內容。中值濾波是一種非線(xiàn)性的信號處理方法，可在一定條件下克服線(xiàn)性濾波器帶來(lái)的圖像細節模糊問(wèn)題，對濾除脈沖干擾最為有效。中值濾波一般采用一個(gè)含有奇數點(diǎn)的滑動(dòng)窗口(通常為二維窗口)來(lái)用窗口中各點(diǎn)灰度值的中值來(lái)替代指定點(diǎn)(一般是窗口的中心點(diǎn))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(shí)失真小，本文筆者選擇3×3的方形窗口來(lái)進(jìn)行中值濾波。
直方圖修正主要是為了調整圖像的亮度，增強圖像中感興趣的灰度區域。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(xiàn)性拉伸變換的方法來(lái)增強圖像的灰度效果。若由用戶(hù)輸入感興趣的灰度區域范圍，當某點(diǎn)的像素值小于范圍的最小值時(shí)，該點(diǎn)像素值賦值為0；大于范圍的最大值時(shí)，該點(diǎn)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域拉伸到0～255，從而達到對比度增強的目的。
在圖像進(jìn)行灰度值拉伸修正后，為了便于裂縫觀(guān)察，還需要將裂縫從圖像中分割出來(lái)。由于墻體裂縫與背景在灰度級上有明顯的區別，所以，選擇合適的閾值T便能實(shí)現分割。若像素灰度值小于T，則將其灰度值設置為0，否則，將其灰度值設置為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(lái)求得閾值T。其灰度的閾值分割變換公式如下：

式(1)中，T為采用迭代閾值法得到的閾值。