利用卡爾曼濾波與區段技術擷取與偵測鋪面裂縫

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1、航測及遙測學刊第十卷第三期第255-264頁民國94年9月255JournalofPhotogrammetryandRemoteSensingVolume10,3,September2005,pp.255-264利用卡爾曼濾波與區段技術擷取與偵測鋪面裂縫12許峻榕陳繼藩摘要本研究利用車載CCD攝影機垂直於地面擷取影像，透過電腦連線即時擷取鋪面資料，CCD攝影機本身固定每秒擷取10~30幅不等數位影像，車載設備在行駛過程中，由於速度過快或過慢的影響，易造成數位影像資料重複記錄或無法連續等問題，故使用差分全球定位系統(DGPS

2、)與車輪計數器(odometer)設備，並結合卡爾曼濾波(KalmanFiltering)來輔助CCD攝影機地面影像的擷取，來改善上述的問題。在鋪面影像裂縫偵測部分，大部分地面影像擷取多半在夜晚進行，由於光源照射的不均勻情況下，所擷取的地面影像在影像處理上易造成失敗，故必須將影像照度不均勻進行補償動作，本研究使用二次多項式配合最小二乘法來補償光源反射不均問題，然後使用區段法(Segmentation)之模糊墒(FuzzyEntropy)原理找出裂縫與背景之影像門檻值，然後進行二元化處理，最後使用物件標示法(ObjectLa

3、beling)方式將鋪面裂縫影像中的裂縫與以物件化，最後由影像的物件形狀來辨別裂縫種類與大小，並可濾除影像上的雜訊，最後將上述的理論進行測試與驗證，最後討論其成果與未來展望。關鍵詞：卡爾曼濾波、最小二乘法、區段、模糊墒、物件標示法1.前言蹤管控；近年來學術上利用不同的設備進行地面調查模式來進行研究(李釗、等，2000)(周家蓓、等，現今路面維護調查工作，多半都在夜晚進行，1999)(蔣子平，1999)(廖子凱，1996)(Chengetal.,其目的是為了避開因交通車輛及載具使用地面頻1999)(Abkowitzetal.

4、,1996)(Chouetal.,1994)，包繁時段，導致交通流暢受阻、社會成本的增加、與括CCD攝影機、雷射掃描器、地面平坦儀等，但調查人員自身安全受到威脅等問題，並且在大量使其中雷射掃描器與地面平坦儀是用來偵測路面橫用人力進行調查工作時，不僅費時費力，也因人為縱向平坦度，CCD攝影機是用來偵測路面損壞狀的疏失或疲勞而受影響，造成鋪面調查的成效受到況等；本研究地面調查系統是結合DGPS與CCD限制；在目前路面損壞調查的成果中，僅告知里程攝影機同步擷取定位資訊與鋪面影像進行資料的範圍及環境大約描述，對於維修人員進行維護工

5、作蒐集與裂縫的判斷，在DGPS部分是使用Leica時，由於沒有提供任何精確位置資訊，因而在維修GS5+設備，它是接收Beacon廣播差分訊號進行差過程中，浪費大部分時間在搜尋確切裂縫位置，不分定位，能提供1公尺解析度的定位精度，並且結僅維修效率受到影響，也增加養護人員在找尋位置合車輪計數器(odometer)的車輪行進一圈所產生的時的困擾，故提供一套自動化系統與作業流程，並脈衝訊號及卡爾曼濾波(KalmanFiltering)理論，來能夠運用現有的科技設備與理論，才能有效率的追控制CCD攝影機進行影像擷取與相對位置的記收到

6、日期:民國93年07月26日1國立中央大學土木工程學系博士班候選人修改日期:民國94年03月22日2國立中央大學太空及遙測研究中心暨土木工程研究學系副教授接受日期:民國94年03月24日256航測及遙測學刊第十卷第三期民國94年9月錄，以避免相同區域鋪面影像重複擷取現象發生；(Hofmann-Wellenhofetal.,1992)來解決上述問鋪面調查工作大部分在夜晚進行，由於缺乏日光般題；它是應用於動態系統中之移動載具上，由位置光源均勻照射，因車上照明光源或路燈等不同光源與速度的狀態向量(statevector)，經由時

7、間差之系照射的角度問題，而造成呈現的影像有明顯明暗分統方程式(systemequations)，來預估下一時間點的佈，這些光源照射地面的不均勻反射，會直接影響位置，並且由下一時間點之已知觀測量來修正狀態到影像擷取的品質，並且也間接造成影像分析處理向量，進而達到軌跡濾波的目的；它的最大特點，時，無法將裂縫與背景完全分離，故觀察其擷取影在於每一次所得到的狀態資料，可作為下一次預估像特性，發覺大部分的影像會隨著光源的遠近，明的依據，不須儲存前面連續幾筆資料作為參考，所暗呈連續性分佈，故必須先對光源不均勻問題先加以它可以節省大量資

8、料儲存空間。以濾除，故為了求取光源反射分佈，我們假設光源卡爾曼濾波本研究使用兩大步驟：第一步驟為照射分佈的趨勢，採用三次多項式(Polynomial預估(prediction)，另一步驟為更新(update)，另外有function)，並且利用最小二乘法，求解其三次多項平滑化(smoothing)處理，