基于FPGA的路面裂纹检测算法的研究

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改革开放后,我国经济发展迅速,国家十分看重基础建设,使得我国公路建设迅速发展,公路网越来越完善,随之而来的道路保养管理工作的工作量也越来越大。路面的损坏在大多数情况下是由裂纹逐步发展过来的,道路的损坏不仅会引发交通事故,给人们的生命带来威胁,而且还会给大家的财产带来损失,故为了减少因路面损害引发的交通事故,定期去检查路面裂纹情况显得尤为重要。但我国的公路里程又特别的长,这时再费时费力地选择利用人工去检查路面显得极其不明智,所以必须要研发智能的检测系统,这也是大势所趋。本文提出了一种利用FPGA技术设计的检测系统,首先对系统包含的每个模块进行了简单的阐述。系统中的图像处理模块是本设计的核心部分,在对图像处理时先对采集到的图像进行图像增强来除去噪声,然后对图像进行边缘检测处理,把不连续的边缘连接成完整的边界,以便后续对裂纹识别。最后对图像中遗留的部分孤立点和断裂的裂纹分别进行剔除和修复,以便得到闭合连贯的裂纹图像。在对其中包含的图像增强算法研究时,利用FPGA实现了现存的用的比较多的几种算法,而后又在其基础上研究出了一种新的,处理效果更好的滤波算法,并进行了FPGA设计与仿真。然后对这些算法进行了各方面的对比分析,证明了改进算法的优势,使得图像处理效果得到了一定的提升。在对象进行边缘检测时,对其中的Sobel和Prewitt算子进行了研究,对其分别进行了FPGA设计和仿真。然后又对这两种算法进行了对比。在对图像进行修复时,对其中包含的膨胀腐蚀算法进行了研究,最终选择了修复算法中的闭运算,并对其进行了FPGA设计和仿真。最后对它们的实验结果进行了分析。所以在对图像进行增强处理时,可以选择改进的中值滤波算法,在对图像进行边缘检测时,由于这两种算子占用资源、处理效果和处理时间都差不多,在实际应用中可以根据具体情况选择其中一种。在对图像进行修复时,可以选择先膨胀后腐蚀的顺序进行修复。以上所做的设计和仿真实验均是在Altera公司开发软件QuartusⅡ13.1上完成的。通过实验对比可以看出,利用FPGA的图像处理不但取得了较好的效果,并且在处理速度上也很快,能够满足图像处理对实时性的技术要求。本课题所做的探索性尝试对以后实现路面裂纹图像检测系统设计不但影响深远,而且有积极的意义。
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