本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是采用圖像來(lái)識(shí)別并檢測(cè)公路崩塌堆積物的系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

滑坡是一種嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)滑坡的監(jiān)測(cè)和預(yù)警關(guān)系到國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命安全。特別是公路崩塌是最為嚴(yán)重的邊坡地質(zhì)災(zāi)害，會(huì)造成直接的人員傷亡及車(chē)輛、物資等財(cái)產(chǎn)損失。崩塌堆積物一般為巨石，大的有幾百?lài)嵵?、小的也有好幾噸，?huì)造成嚴(yán)重的交通堵塞甚至是交通中斷，嚴(yán)重影響交通秩序的正常運(yùn)行。

現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)方法主要有：物探法、位移測(cè)量法、航測(cè)遙感法等。但現(xiàn)有技術(shù)均存在有效性和時(shí)效時(shí)差的問(wèn)題，基本上沒(méi)法測(cè)試滑坡發(fā)展速度和加速度。特別是還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)公路崩塌堆積物進(jìn)行跟蹤、監(jiān)測(cè)和預(yù)警的技術(shù)，往往只能依靠視頻進(jìn)行人工監(jiān)控，需要占用大量的網(wǎng)絡(luò)資源，人力成本較大。cn01114386.x公開(kāi)了一種滑坡和崩塌的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，激光器1位于底座2上,底座2裝有水平調(diào)節(jié)裝置4、水平度檢測(cè)裝置3、減振器5及用于接收從監(jiān)測(cè)對(duì)象反射回來(lái)的光的接收望遠(yuǎn)鏡9，在激光器1光路上設(shè)置有準(zhǔn)直鏡6、可活動(dòng)的擴(kuò)束器7和偏轉(zhuǎn)器8；光傳感器及放大器10位于接收望遠(yuǎn)鏡9的光路上，光傳感器及放大器10、頻譜分析儀11、計(jì)算機(jī)12順序通過(guò)電信號(hào)相聯(lián)接，計(jì)算機(jī)12控制偏轉(zhuǎn)器8和接收望遠(yuǎn)鏡9同步偏轉(zhuǎn)。該設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功耗較大，難以實(shí)現(xiàn)將設(shè)備長(zhǎng)期架設(shè)在野外進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)不能實(shí)現(xiàn)小型化、工程化，而且成本高，不能大規(guī)模批量生產(chǎn)。同時(shí)這個(gè)裝置也同樣需要人工來(lái)監(jiān)測(cè)，沒(méi)有提供報(bào)警功能，且不能估測(cè)出堆積物的相對(duì)大小，從而判斷災(zāi)害等級(jí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于fpga的公路危巖崩塌堆積物大小測(cè)量及報(bào)警系統(tǒng)，根據(jù)采集到的視頻圖像識(shí)別出公路上是否存在崩塌，并通過(guò)堆積物占屏幕像素點(diǎn)的多少，測(cè)出崩塌堆積物體積的相對(duì)大小。并通過(guò)崩塌堆積物體積的相對(duì)大小進(jìn)行報(bào)警等級(jí)的劃分。

實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于fpga的公路危巖崩塌堆積物大小測(cè)量及報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于，包括：

視頻圖像采集模塊：由ccd攝像頭和視頻解碼芯片構(gòu)成，視頻解碼芯片的輸出通過(guò)fpga的外擴(kuò)接口與fpga主控芯片連接；

fpga處理模塊：主要包括fpga主控芯片，fpga主控芯片輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)編碼芯片處理后通過(guò)vga接口與lcd顯示器連接；對(duì)視頻圖像采集模塊采集的圖像經(jīng)幾何校正、濾波后進(jìn)行融合算法處理，實(shí)現(xiàn)公路危巖崩塌堆積物大小測(cè)量及報(bào)警的處理；

視頻圖像顯示模塊：由編碼芯片及l(fā)cd顯示器組成；將fpga主控芯片處理后的圖像在lcd顯示器上實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。

進(jìn)一步，所述fpga主控芯片還連接有圖像壓縮模塊和緩存存儲(chǔ)器；所述fpga主控芯片將含有崩塌堆積物的圖像進(jìn)行壓縮后再通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊進(jìn)行上傳。

進(jìn)一步，所述fpga主控芯片的算法流程包括幾何校正、中值濾波處理和融合算法處理；融合算法分危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別和堆積物大小測(cè)量及報(bào)警；具體包括：

①危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別：

當(dāng)系統(tǒng)上電后進(jìn)入危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別狀態(tài)，首先進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷以及連通性處理，設(shè)置的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域；如果重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)物體，則繼續(xù)檢測(cè)；若重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)物體，則再計(jì)算關(guān)注區(qū)域內(nèi)二值化差分圖像所占區(qū)域的比重，若比重大于閾值t1，則判定重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)有危巖崩塌發(fā)生，系統(tǒng)結(jié)束危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別過(guò)程，進(jìn)入堆積物大小估測(cè)與報(bào)警過(guò)程，若沒(méi)有超過(guò)閾值則重新開(kāi)始檢測(cè)；

整個(gè)危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別分為：重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域劃分、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷、連通性處理；

重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域劃分：在安裝攝像頭之前，先肉眼觀察邊坡危巖的情況，將認(rèn)為比較危險(xiǎn)的地方放入重點(diǎn)觀測(cè)區(qū)域，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)重點(diǎn)觀測(cè)區(qū)域(長(zhǎng)方形的框)的大小；在70％的邊坡區(qū)域的正中心設(shè)置一個(gè)大小可以調(diào)節(jié)的重點(diǎn)觀測(cè)區(qū)域(長(zhǎng)方形的框)。

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷：采用幀間差分的方法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的判斷；幀間差分法就是相鄰兩幀圖像差分，將兩幀圖像對(duì)應(yīng)像素做相減運(yùn)算；

連通性處理：消除邊界的孤立點(diǎn)、毛刺以及平滑圖像的邊界而不改變圖像的整體輪廓形狀，得到一個(gè)比較清晰的運(yùn)動(dòng)區(qū)域檢測(cè)結(jié)果，達(dá)到優(yōu)化邊界輪廓的效果，使用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)圖像濾波處理方法。

②堆積物大小測(cè)量及報(bào)警：

a)設(shè)置測(cè)量重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域(即30％的公路區(qū)域)。若重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)沒(méi)有堆積物圖像，則測(cè)量結(jié)束，重新返回危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別過(guò)程，若重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)有堆積物，則進(jìn)入下一步驟；

b)計(jì)算重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)堆積物圖像占重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域的像素比重。若像素比重小于設(shè)定的閾值t2，則測(cè)量結(jié)束，重新返回危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別狀態(tài)；若像素比重大于設(shè)定的閾值則進(jìn)入下一步驟，此狀況說(shuō)明有影響公路正常通行的物體的出現(xiàn)，但不排除臨時(shí)停靠的車(chē)輛的影響；

c)為排除臨時(shí)?？寇?chē)輛因素的影響，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行處理，具體為每一分鐘在視頻流中抽取10幅圖片，連續(xù)抽取50幅(用時(shí)5分鐘)，計(jì)算這50幅圖片中堆積物的相對(duì)大小，并用統(tǒng)計(jì)學(xué)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，若這50幅圖片堆積物的相對(duì)大小都超過(guò)閾值t3，就基本排除車(chē)輛?？恳蛩?，說(shuō)明有堆積物的存在，進(jìn)入下一步驟；

d)發(fā)出報(bào)警。報(bào)警信息分為ⅰ級(jí)、ⅱ級(jí)、ⅲ級(jí)，危害程度依次增加，根據(jù)關(guān)注區(qū)域內(nèi)堆積物圖像占關(guān)注區(qū)域的像素比重大小劃分報(bào)警等級(jí)，并將其在lcd顯示器上顯示出來(lái)。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)工程化、小型化，功耗較低，可以將設(shè)備長(zhǎng)久架設(shè)在野外進(jìn)行自主實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；同時(shí)成本較低，可以實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。另外有自動(dòng)報(bào)警功能，不需要花費(fèi)人力資源，人工進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2、本發(fā)明基于fpga的公路危巖崩塌堆積物大小測(cè)量及報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可以及時(shí)獲得危巖變化的情況，同時(shí)通過(guò)堆積物占屏幕像素點(diǎn)的多少，測(cè)出崩塌堆積物體積的相對(duì)大小，對(duì)公路上出現(xiàn)的堆積物大小進(jìn)行不同等級(jí)的預(yù)警，提早做出相應(yīng)措施。我國(guó)是地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家，滑坡、泥石流及危巖崩塌是三大主要地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型。危巖崩塌在地質(zhì)災(zāi)害中占有的比重僅次于滑坡，中國(guó)每年產(chǎn)生的崩塌災(zāi)害次數(shù)在2000次到8000次不等，直接經(jīng)濟(jì)損失幾十億元，正因?yàn)楸浪@種巨大的危害性，人們開(kāi)始重視對(duì)崩塌的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)。隨著公路網(wǎng)的不斷發(fā)展，在公路的建設(shè)過(guò)程中，會(huì)形成大量的危巖，危巖崩塌導(dǎo)致交通阻塞以及人員及財(cái)產(chǎn)傷亡等嚴(yán)重后果。因此，為了避免危巖崩塌造成的不良后果，提供了較好的解決措施。

3、本發(fā)明將危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別算法與堆積物大小測(cè)量及報(bào)警算法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤，同時(shí)對(duì)公路上出現(xiàn)的堆積物大小進(jìn)行不同等級(jí)的預(yù)警，提早做出相應(yīng)措施，可以實(shí)時(shí)的發(fā)出警報(bào)，時(shí)效性好。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明基于圖像的公路崩塌堆積物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成原理方框圖。

圖2為本發(fā)明基于圖像的公路崩塌堆積物監(jiān)測(cè)及預(yù)警方法流程框圖。

圖3為本發(fā)明中危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別處理流程圖。

圖4為本發(fā)明中堆積物大小測(cè)量及報(bào)警流程圖。

圖5為本發(fā)明中幀間差分法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1，一種基于fpga的公路危巖崩塌堆積物大小測(cè)量及報(bào)警系統(tǒng)，包括：

視頻圖像采集模塊：由ccd攝像頭和視頻解碼芯片構(gòu)成，視頻解碼芯片的輸出通過(guò)fpga的外擴(kuò)接口與fpga主控芯片連接；

fpga處理模塊：主要包括fpga主控芯片，fpga主控芯片輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)編碼芯片處理后通過(guò)vga接口與lcd顯示器連接；對(duì)視頻圖像采集模塊采集的圖像經(jīng)幾何校正、濾波后進(jìn)行融合算法處理，實(shí)現(xiàn)公路危巖崩塌堆積物大小測(cè)量及報(bào)警的處理；

視頻圖像顯示模塊：由編碼芯片及l(fā)cd顯示器組成；將fpga主控芯片處理后的圖像在lcd顯示器上實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。

所述fpga主控芯片還連接有圖像壓縮模塊和緩存存儲(chǔ)器；所述fpga主控芯片將含有崩塌堆積物的圖像進(jìn)行壓縮后再通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊進(jìn)行上傳。所述緩存存儲(chǔ)器為sdram緩存芯片。

所述解碼器對(duì)視頻流進(jìn)行解碼后將視頻流數(shù)據(jù)通過(guò)總線傳輸?shù)絝pga主控芯片內(nèi)，fpga主控芯片將視頻流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成視頻幀數(shù)據(jù)存入緩存存儲(chǔ)器內(nèi)，每間隔一段時(shí)間從緩存存儲(chǔ)器內(nèi)抽取視頻幀從而獲圖像序列進(jìn)行崩塌堆積物監(jiān)測(cè)。fpga主控芯片通過(guò)堆積物占屏幕像素點(diǎn)的多少，測(cè)出崩塌堆積物體積的相對(duì)大小，對(duì)公路上出現(xiàn)的堆積物大小進(jìn)行不同等級(jí)的預(yù)警，并通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊將含有崩塌堆積物的圖像進(jìn)行上傳，并啟動(dòng)報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警。

將ccd攝像頭采集到的圖片流用幾何校正方法進(jìn)行處理，避免圖像因成像角度引起的扭曲失真問(wèn)題，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具真實(shí)性、完整性和準(zhǔn)確性。之后進(jìn)行中值濾波處理，減少噪聲，再結(jié)合融合算法實(shí)現(xiàn)對(duì)公路危巖崩塌堆積物大小測(cè)量及報(bào)警系統(tǒng)的算法設(shè)計(jì)。融合算法分為兩部分，分別為危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別和堆積物大小測(cè)量及報(bào)警。

參見(jiàn)圖2，所述fpga主控芯片的算法流程包括幾何校正、中值濾波處理和融合算法處理。其中，幾何校正：由于成像系統(tǒng)的非線性及角度變化等原因，通過(guò)攝像頭采集的視頻圖像會(huì)出現(xiàn)畸變扭曲等問(wèn)題，這類(lèi)問(wèn)題被稱(chēng)為幾何失真。對(duì)圖像的幾何失真進(jìn)行校正。幾何失真校正的常用方法是先進(jìn)行空間幾何坐標(biāo)變換，然后重新確定校正完畢后的各像素點(diǎn)的取值?？臻g幾何坐標(biāo)變換是按照原始圖像f(x，y)來(lái)校正其幾何失真圖像g(x′，y′)。根據(jù)兩幅圖像之間的一些對(duì)應(yīng)點(diǎn)建立映射函數(shù)，使得失真圖像的x′－y′坐標(biāo)系變換到原始圖像x－y坐標(biāo)系，實(shí)現(xiàn)失真圖像按照原始圖像的幾何位置進(jìn)行校正。設(shè)原始圖像使用(x，y)坐標(biāo)系，失真圖像使用(x′，y′)坐標(biāo)系。經(jīng)過(guò)幾何位置校正后，校正空間中各像素點(diǎn)的像素值等于原始圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的像素值。將幾何校正后的圖像進(jìn)行中值濾波處理，減少噪聲。最后，對(duì)濾波后的圖像進(jìn)行融合算法處理。

融合算法處理分危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別和堆積物大小測(cè)量及報(bào)警；具體包括：

①危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別：

當(dāng)系統(tǒng)上電后進(jìn)入危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別狀態(tài)，首先進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷以及連通性處理，設(shè)置的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域；如果重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)物體，則繼續(xù)檢測(cè)；若重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)物體，則再計(jì)算關(guān)注區(qū)域內(nèi)二值化差分圖像所占區(qū)域的比重，若比重大于閾值t1，則判定重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)有危巖崩塌發(fā)生，系統(tǒng)結(jié)束危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別過(guò)程，進(jìn)入堆積物大小估測(cè)與報(bào)警過(guò)程，若沒(méi)有超過(guò)閾值則重新開(kāi)始檢測(cè)；

整個(gè)危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別分為：重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域劃分、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷、連通性處理；

重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域劃分：在安裝攝像頭之前，先肉眼觀察邊坡危巖的情況，將認(rèn)為比較危險(xiǎn)的地方放入重點(diǎn)觀測(cè)區(qū)域，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)重點(diǎn)觀測(cè)區(qū)域(長(zhǎng)方形的框)的大??；在70％的邊坡區(qū)域的正中心設(shè)置一個(gè)大小可以調(diào)節(jié)的重點(diǎn)觀測(cè)區(qū)域(長(zhǎng)方形的框)。

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷：采用幀間差分的方法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的判斷；幀間差分法就是相鄰兩幀圖像差分，將兩幀圖像對(duì)應(yīng)像素做相減運(yùn)算；

連通性處理：消除邊界的孤立點(diǎn)、毛刺以及平滑圖像的邊界而不改變圖像的整體輪廓形狀，得到一個(gè)比較清晰的運(yùn)動(dòng)區(qū)域檢測(cè)結(jié)果，達(dá)到優(yōu)化邊界輪廓的效果，使用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)圖像濾波處理方法。

②堆積物大小測(cè)量及報(bào)警：

a)設(shè)置測(cè)量重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域(即30％的公路區(qū)域)。若重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)沒(méi)有堆積物圖像，則測(cè)量結(jié)束，重新返回危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別過(guò)程，若重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)有堆積物，則進(jìn)入下一步驟；

b)計(jì)算重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)堆積物圖像占重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域的像素比重。若像素比重小于設(shè)定的閾值t2，則測(cè)量結(jié)束，重新返回危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別狀態(tài)；若像素比重大于設(shè)定的閾值則進(jìn)入下一步驟，此狀況說(shuō)明有影響公路正常通行的物體的出現(xiàn)，但不排除臨時(shí)?？康能?chē)輛的影響；

c)為排除臨時(shí)?？寇?chē)輛因素的影響，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行處理，具體為每一分鐘在視頻流中抽取10幅圖片，連續(xù)抽取50幅(用時(shí)5分鐘)，計(jì)算這50幅圖片中堆積物的相對(duì)大小，并用統(tǒng)計(jì)學(xué)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，若這50幅圖片堆積物的相對(duì)大小都超過(guò)閾值t3，就基本排除車(chē)輛?？恳蛩?，說(shuō)明有堆積物的存在，進(jìn)入下一步驟；

d)發(fā)出報(bào)警。報(bào)警信息分為ⅰ級(jí)、ⅱ級(jí)、ⅲ級(jí)，危害程度依次增加，根據(jù)關(guān)注區(qū)域內(nèi)堆積物圖像占關(guān)注區(qū)域的像素比重大小劃分報(bào)警等級(jí)，并將其在lcd顯示屏上顯示出來(lái)。

所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷以及連通性處理，包括當(dāng)危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別模塊識(shí)別到重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域的危巖有異常發(fā)生，則自動(dòng)啟動(dòng)堆積物大小估測(cè)及報(bào)警過(guò)程，采用區(qū)域生長(zhǎng)算法對(duì)圖像進(jìn)行處理，然后進(jìn)行二值化和連通性處理，最終得到二值化圖像，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)估測(cè)，估測(cè)步驟如下：

a)區(qū)域生長(zhǎng)算法對(duì)圖像進(jìn)行處理，得到含有堆積物輪廓的圖像，為了將堆積物與背景區(qū)分開(kāi)來(lái)，將背景像素點(diǎn)設(shè)為0，堆積物像素點(diǎn)設(shè)為1，變?yōu)槎祷瘓D像，然后進(jìn)行連通性處理，連通性處理方法同上；

b)區(qū)域生長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：①對(duì)圖像選取種子點(diǎn)，設(shè)該種子點(diǎn)像素為(x，y)；②以(x，y)為中心，考慮(x，y)的8領(lǐng)域像素(x＇，y＇)，如果(x＇，y＇)滿足生長(zhǎng)準(zhǔn)則，將(x＇，y＇)與(x，y)合并，同時(shí)將(x＇，y＇)放入集合；③將集合中的每個(gè)像素當(dāng)作(x，y)，重復(fù)步驟②；④集合為空時(shí)，返回步驟①；⑤循環(huán)步驟①－步驟④，直到領(lǐng)域8點(diǎn)都不符合生長(zhǎng)條件，則生長(zhǎng)終止；

(1)種子點(diǎn)選?。哼x取30％的公路區(qū)域的圖像的中點(diǎn)為種子點(diǎn)，開(kāi)始區(qū)域生長(zhǎng)；

(2)生長(zhǎng)準(zhǔn)則：如果種子點(diǎn)的8領(lǐng)域像素與種子像素差值的絕對(duì)值小于某個(gè)門(mén)限t，則將其合并，放入集合；

(3)生長(zhǎng)終止：遍歷完30％的公路區(qū)域的圖像中的所有像素，并且每個(gè)圖像像素都有歸屬(是否在集合內(nèi))時(shí)，生長(zhǎng)結(jié)束。

如圖3所示，為危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別處理流程圖。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別過(guò)程后，首先進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷以及連通性處理，設(shè)置的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，如果重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)物體，則繼續(xù)檢測(cè)；若重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)物體，則再計(jì)算重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)二值化差分圖像所占區(qū)域的比重，若比重大于閾值t1，則判定重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)有危巖崩塌發(fā)生，系統(tǒng)結(jié)束危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別過(guò)程，進(jìn)入堆積物大小估測(cè)與報(bào)警過(guò)程，若沒(méi)有超過(guò)閾值則重新開(kāi)始檢測(cè)。整個(gè)危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別可以分為三大部分，重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域劃分、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷、連通性處理。

如圖4所示，為堆積物大小測(cè)量及報(bào)警流程。重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域的危巖發(fā)生崩塌后可能對(duì)公路路面形成堆積物，當(dāng)堆積物超過(guò)一定體積時(shí)即可能引發(fā)交通堵塞等次生災(zāi)害，堆積物大小測(cè)量設(shè)計(jì)即實(shí)現(xiàn)對(duì)堆積物相對(duì)大小的測(cè)量，遇險(xiǎn)報(bào)警。當(dāng)危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別模塊識(shí)別到重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域的危巖有異常發(fā)生，則自動(dòng)啟動(dòng)堆積物大小估測(cè)及報(bào)警過(guò)程，采用區(qū)域生長(zhǎng)算法對(duì)圖像進(jìn)行處理，然后進(jìn)行二值化和連通性處理，最終得到二值化圖像，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)估測(cè)。

本發(fā)明應(yīng)用實(shí)施例：

一種基于fpga的公路危巖崩塌堆積物大小測(cè)量及報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用如下：

1、ccd攝像頭初始化，在設(shè)置攝像頭時(shí)，首先將攝像頭對(duì)焦，使得屏幕上70％的區(qū)域?qū)?zhǔn)邊坡(判斷運(yùn)動(dòng)目標(biāo))；30％的區(qū)域?qū)?zhǔn)公路(判斷堆積物)。

2、幾何校正：由于成像系統(tǒng)的非線性及角度變化等原因，通過(guò)攝像頭采集的視頻圖像會(huì)出現(xiàn)畸變扭曲等問(wèn)題，這類(lèi)問(wèn)題被稱(chēng)為幾何失真。對(duì)圖像的幾何失真進(jìn)行校正。幾何失真校正的常用方法是先進(jìn)行空間幾何坐標(biāo)變換，然后重新確定校正完畢后的各像素點(diǎn)的取值?？臻g幾何坐標(biāo)變換是按照原始圖像f(x，y)來(lái)校正其幾何失真圖像g(x′，y′)。根據(jù)兩幅圖像之間的一些對(duì)應(yīng)點(diǎn)建立映射函數(shù)，使得失真圖像的x′－y′坐標(biāo)系變換到原始圖像x－y坐標(biāo)系，實(shí)現(xiàn)失真圖像按照原始圖像的幾何位置進(jìn)行校正。設(shè)原始圖像使用(x，y)坐標(biāo)系，失真圖像使用(x′，y′)坐標(biāo)系。經(jīng)過(guò)幾何位置校正后，校正空間中各像素點(diǎn)的像素值等于原始圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的像素值。

3、將幾何校正后的圖像進(jìn)行中值濾波處理，減少噪聲。

4、對(duì)濾波后的圖像進(jìn)行融合算法處理，融合算法分為兩部分，分別為危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別和堆積物大小測(cè)量及報(bào)警。具體過(guò)程如下：

①危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別：

當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別過(guò)程后(上電就進(jìn)入該狀態(tài))，首先進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷以及連通性處理，設(shè)置的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，如果重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)物體，則繼續(xù)檢測(cè)；若重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)物體，則再計(jì)算關(guān)注區(qū)域內(nèi)二值化差分圖像所占區(qū)域的比重，若比重大于閾值t1，則判定重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)有危巖崩塌發(fā)生，系統(tǒng)結(jié)束危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別過(guò)程，進(jìn)入堆積物大小估測(cè)與報(bào)警過(guò)程，若沒(méi)有超過(guò)閾值則重新開(kāi)始檢測(cè)。整個(gè)危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別可以分為三大部分，重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域劃分、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷、連通性處理。

重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域劃分：在70％的邊坡區(qū)域的正中心設(shè)置一個(gè)大小可以調(diào)節(jié)的重點(diǎn)觀測(cè)區(qū)域(長(zhǎng)方形的框)，在安裝攝像頭之前，先肉眼觀察邊坡危巖的情況，將認(rèn)為比較危險(xiǎn)的地方放入重點(diǎn)觀測(cè)區(qū)域，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)重點(diǎn)觀測(cè)區(qū)域(長(zhǎng)方形的框)的大小。

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷：采用幀間差分的方法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的判斷。幀間差分法就是相鄰兩幀圖像差分，將兩幀圖像對(duì)應(yīng)像素做相減運(yùn)算。

圖5中函數(shù)fn(x，y)表示攝像機(jī)拍攝的第n幀場(chǎng)景圖像，函數(shù)fn+m(x，y)表示第n+m幀場(chǎng)景圖像，dm(x，y)表示二者的差分圖像，bm(x，y)表示差分圖像閾值化后的二值圖像。當(dāng)對(duì)應(yīng)像素的差值的絕對(duì)值大于閾值t時(shí)，輸出為1，表示在此像素點(diǎn)檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)；否則，輸出為0，表示沒(méi)有檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。如下式所示。

dm(x，y)＝|fn(x，y)-fn+m(x，y)|

連通性處理：由于噪聲或者目標(biāo)顏色與背景相近的影響，在通過(guò)算法運(yùn)算后，檢測(cè)到目標(biāo)區(qū)域的圖像往往會(huì)含有許多孤立的點(diǎn)、孤立的小區(qū)域和孔洞，需要進(jìn)行連通性處理，連通性處理可以消除邊界的孤立點(diǎn)、毛刺以及平滑圖像的邊界而不改變圖像的整體輪廓形狀，得到一個(gè)比較清晰的運(yùn)動(dòng)區(qū)域檢測(cè)結(jié)果，達(dá)到優(yōu)化邊界輪廓的效果，常用的是使用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)圖像濾波處理方法。基本的形態(tài)學(xué)運(yùn)算是腐蝕和膨脹。腐蝕是消除目標(biāo)圖像中的無(wú)用點(diǎn)或孤立噪聲點(diǎn)的一個(gè)過(guò)程，其結(jié)果使得剩下的目標(biāo)比處理前少了一些像素。一般意義的腐蝕定義是：

x用b來(lái)腐蝕記為定義為：

如上公式所示腐蝕過(guò)程可以描述如下：b平移(x，y)后仍在集合x(chóng)中的結(jié)構(gòu)元素參考點(diǎn)的集合。換句話說(shuō)，用b來(lái)腐蝕x得到的集合是b完全包括在集合x(chóng)中時(shí)b的參考點(diǎn)位置的集合。

膨脹是腐蝕運(yùn)算的逆運(yùn)算，它是將與目標(biāo)接觸的所有點(diǎn)合并到該目標(biāo)的過(guò)程，過(guò)程的結(jié)果是使目標(biāo)的面積增加了相應(yīng)數(shù)量的像素。膨脹對(duì)填補(bǔ)分割后目標(biāo)中的孔洞非常有用。

x用b來(lái)膨脹記為定義為：

先腐蝕后膨脹的過(guò)程稱(chēng)為開(kāi)運(yùn)算(opening)。它具有消除細(xì)小目標(biāo)、在纖細(xì)點(diǎn)處分離目標(biāo)、平滑大的邊界，而不明顯改變其面積的作用。開(kāi)運(yùn)算的定義為：

先膨脹后腐蝕的過(guò)程稱(chēng)為閉運(yùn)算(closing)。它具有填充目標(biāo)內(nèi)部細(xì)小孔洞、連接鄰近目標(biāo)，在不明顯改變面積的情況下平滑其邊界的作用，閉運(yùn)算的定義為：

通常情況下，對(duì)差分圖像使用閾值分割二值化時(shí)，所得到的二值化圖像中目標(biāo)區(qū)域的邊界往往不是平滑的，目標(biāo)區(qū)域具有一定的因錯(cuò)判而產(chǎn)生的孔洞，背景區(qū)域上有一些因錯(cuò)判而產(chǎn)生的粒狀噪聲。開(kāi)運(yùn)算可以顯著的改善這種情況，得到期望的效果。

②堆積物大小測(cè)量及報(bào)警：

當(dāng)危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別模塊識(shí)別到重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域的危巖有異常發(fā)生，則自動(dòng)啟動(dòng)堆積物大小估測(cè)及報(bào)警過(guò)程，采用區(qū)域生長(zhǎng)算法對(duì)圖像進(jìn)行處理，然后進(jìn)行二值化和連通性處理，最終得到二值化圖像，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)估測(cè)，估測(cè)步驟如下：

a)區(qū)域生長(zhǎng)算法對(duì)圖像進(jìn)行處理，得到含有堆積物輪廓的圖像，為了將堆積物與背景區(qū)分開(kāi)來(lái)，將背景像素點(diǎn)設(shè)為0，堆積物像素點(diǎn)設(shè)為1，變?yōu)槎祷瘓D像，然后進(jìn)行連通性處理，連通性處理方法同上；

b)區(qū)域生長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：①對(duì)圖像選取種子點(diǎn)，設(shè)該種子點(diǎn)像素為(x，y)；②以(x，y)為中心，考慮(x，y)的8領(lǐng)域像素(x＇，y＇)，如果(x＇，y＇)滿足生長(zhǎng)準(zhǔn)則，將(x＇，y＇)與(x，y)合并，同時(shí)將(x＇，y＇)放入集合；③將集合中的每個(gè)像素當(dāng)作(x，y)，重復(fù)步驟②；④集合為空時(shí)，返回步驟①；⑤循環(huán)步驟①－步驟④，直到領(lǐng)域8點(diǎn)都不符合生長(zhǎng)條件，則生長(zhǎng)終止。

(1)種子點(diǎn)選取：選取30％的公路區(qū)域的圖像的中點(diǎn)為種子點(diǎn)，開(kāi)始區(qū)域生長(zhǎng)。

(2)生長(zhǎng)準(zhǔn)則：如果種子點(diǎn)的8領(lǐng)域像素與種子像素差值的絕對(duì)值小于某個(gè)門(mén)限t，則將其合并，放入集合。

(3)生長(zhǎng)終止：遍歷完30％的公路區(qū)域的圖像中的所有像素，并且每個(gè)圖像像素都有歸屬(是否在集合內(nèi))時(shí)，生長(zhǎng)結(jié)束。

a)設(shè)置測(cè)量重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域(即30％的公路區(qū)域)。若重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)沒(méi)有堆積物圖像，則測(cè)量結(jié)束，重新返回危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別過(guò)程，若重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)有堆積物，則進(jìn)入下一步驟；

b)計(jì)算重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)堆積物圖像占重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域的像素比重。若像素比重小于設(shè)定的閾值t2，則測(cè)量結(jié)束，重新返回危巖崩塌狀態(tài)識(shí)別狀態(tài)；若像素比重大于設(shè)定的閾值則進(jìn)入下一步驟，此狀況說(shuō)明有影響公路正常通行的物體的出現(xiàn)，但不排除臨時(shí)?？康能?chē)輛的影響；

c)為排除臨時(shí)停靠車(chē)輛因素的影響，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行處理，具體為每一分鐘在視頻流中抽取10幅圖片，連續(xù)抽取50幅(用時(shí)5分鐘)，計(jì)算這50幅圖片中堆積物的相對(duì)大小，并用統(tǒng)計(jì)學(xué)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，若這50幅圖片堆積物的相對(duì)大小都超過(guò)閾值t3，就基本排除車(chē)輛停靠因素，說(shuō)明有堆積物的存在，進(jìn)入下一步驟；

d)發(fā)出報(bào)警。報(bào)警信息分為ⅰ級(jí)、ⅱ級(jí)、ⅲ級(jí)，危害程度依次增加，根據(jù)重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)堆積物圖像占重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域的像素比重大小劃分報(bào)警等級(jí)，并將其在lcd顯示器上顯示出來(lái)。

最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。