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論文中文名稱:土石流影像前處理與機械視覺判釋之整合研究 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Integrated Researches on Preprocessing and Interpreting for the Images of Debris Flow [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:土木與防災研究所
中文姓名:洪健峰
英文姓名:Chien-Fong Hung
研究生學號:94428055
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2007-06-29
論文頁數:62
指導教授中文名:陳彥璋;張守陽
口試委員中文名:林志平;連惠邦
中文關鍵詞:土石流影像前處理機械視覺粒徑分佈軌跡追蹤
英文關鍵詞:debris-flowImage preprocessingmachine visionsize distributeGrain tracking
論文中文摘要:本研究藉由「機械視覺」(Machine vision)原理,針對影像前處理與土石流影像判識方法進行整合研究,希冀可提供土石流監測之參考。
經研究發現,若影像經「亮度等值化」,可降低外在環境(如霧、光源不足等)影響;「雜訊濾除處理」可有效降低胡椒鹽雜訊及高斯雜訊。「土石流波前判識」使用前處理影像,可有效的將土石流波前擾動強度放大,較易正確判識出土石流波前;「多重濾波判識」經影像前處理後,可降低因環境帶來的不當訊息,結果發現,其判識率由56.36%大幅提升至95.27%;「溪床特定物殘留率」判識時,易將雜訊視為特定物,濾除雜訊可有效降低誤判之機率。
由於現地CCD佈設不易垂直於溪床土石,大多僅能傾斜拍攝,因此本研究針對傾斜拍攝土石影像進行粒徑分佈之校正與分析,透過室內實驗加以驗證,首先進行「拍攝角度校正」,模擬CCD垂直拍攝之土石分佈影像,再分別以「連線遮蔽補遺」與「圓形遮蔽補遺」補遺礫石遮蔽部分,經拍攝角度校正與補遺修正後,中值粒徑與幾何標準偏差之誤差有所改善。本研究亦進行土石運移軌跡追蹤,首先進行影像分割,比較前後影像面積與位置之關係進行追蹤土石軌跡,進而推測土石運移速度,誤差約為3.63%。
論文英文摘要:The study based on machine vision techniques is to integrate preprocessing and detection for the images of debris flow.
The histogram equalization technique can improve the contrast of the images degraded by environmental factors like fog, rain, and so on. The noise removal technique can effective remove the pepper-and-salt noise and Gaussian noise. The wave-front detection technique can amplify the variations of the wave-front of the debris flow. The debris flow becomes easy to discriminate. Based on the clean images processing, the detection ratio of the multiple filtering technique can increases from 56.36% to 95.27%. The noise removal technique can effective remove the pepper-and-salt noise and Gaussian noise. The clean images will reduce the false alarm rate for detection of remaining ratio technique.
In order to the CCD is not likely installed perpendicularly to the river bed, it shoots at an angle for the most part. This study will correct and analyze the grain size distribution using the image shooting at an angle and prove it by indoor tests. At first, we adjust the shooting angle, simulate the image taken vertically, and add the part covered from the stones utilizing “connect shielded addendum” and “circular shielded addendum.” Both the median particle size and geometric standard deviation error reduce after adjusting the angle and correcting the addendum. This study also tracks the debris migration; we fulfill the image segmentation and track the debris migration comparing the relationships between comparative imaging area and location to speculate about the grain speed, the error approximately is 3.63%
論文目次:目 錄

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 vii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究背景 2
1.3研究目的 3
第二章 文獻回顧與理論分析 4
2.1 土石流監測方法 4
2.1.1 國內之土石流監測研究 5
2.1.2 國外之土石流監測研究 7
2.1.3機械視覺應用於土石流監測 8
2.2機械視覺影像處理原理 9
2.2.1 機械視覺簡介 9
2.2.2 數位影像處理原理簡介 10
2.3影像強化與雜訊濾除 11
2.3.1亮度等值化 12
2.3.2影像雜訊處理 13
2.4 影像幾何轉換 14
2.5 影像分割 16
第三章 研究方法 17
3.1實驗設備 17
3.2研究架構流程 18
3.3影像前處理 19
3.3.1雜訊濾除 19
3.3.2亮度等值化 21
3.4 土石流影像判識方法 22
3.4.1波前判識 22
3.4.2特定物殘留率判識 24
3.4.3多重濾波影像判識 27
3.5傾斜拍攝之粒徑分佈校正 30
3.6土石運移軌跡追蹤 31
3.6.1影像分割 31
3.6.2軌跡追蹤 32
第四章 結果與討論 33
4.1影像前處理與機械視覺判識整合 33
4.1.1土石流波前判識 33
4.1.2多重濾波影像判識 36
4.1.3溪床特定物殘留率 40
4.1.4影像前處理整合與機械視覺判識之整合 42
4.2斜拍影像之粒徑分佈 44
4.2.1拍攝角度校正 44
4.2.2遮蔽補遺 46
4.3土石流運移軌跡追蹤 48
4.3.1影像分割 49
4.3.2運移軌跡追蹤 50
第五章 結論與建議 54
5.1結論 54
5.2建議 56
參考文獻 57
附錄 61

表 目 錄

表2.1 土石流事前預警與事發監測比較 4
表3.1 軟體設備 17
表3.2 硬體設備 17
表4.1 七種濾波費雪區別函數係數 38
表4.2 七種波影像分類判識率 38
表4.3 七種濾波結構矩陣分析 39
表4.4 三種濾波費雪區別函數係數 39
表4.5 三種濾波影像分類判識率 39
表4.6 判識方法適用之前處理 43
表4.7 D50、D15.9、D84.1與σg誤差百分比 48
表4.8 多顆礫石速度判釋結果 53

圖 目 錄

圖1.1 研究流程圖 3
圖2.1 數位影像處理的基本步驟 11
圖2.2 常見模糊影像 12
圖2.3 平均濾波處理影像差異 13
圖2.4 中間値濾波處理影像差異 14
圖2.5 變形影像的校正 15
圖2.6 影像分割方法 16
圖3.1 研究設備實體圖 18
圖3.2 研究架構圖 18
圖3.3 中間值濾波器影像處理流程圖 19
圖3.4 靜態雜訊影像處理差異 20
圖3.5 動態雜訊影像處理差異 21
圖3.6 亮度等值化影像處理流程圖 22
圖3.7 波前判識流程圖 24
圖3.8 現場之特定物監測目標 25
圖3.9 特定物像素判識流程圖 27
圖3.10 多重濾波器類型 28
圖3.11 多重濾波影像處理 29
圖3.12 兩影像中對應點的連接 30
圖3.13 長短軸示意圖 31
圖3.14 礫石軌跡推估示意圖 32
圖4.1 ROI內灰階直方圖(原始影像) 34
圖4.2 ROI內灰階直方圖(亮度等值化影像) 34
圖4.3 波前擾動強度變化歷線圖 35
圖4.4 雜訊影像波前擾動強度歷線 36
圖4.5 多重濾波影像處理結果 36
圖4.6 ROI平均亮度變化歷線(原始影像) 37
圖4.7 ROI平均亮度變化歷線(亮度等值化影像) 37
圖4.8 ROI平均亮度改變歷線(Laplace濾波) 40
圖4.9 特定物殘留率變化歷線 41
圖4.10 特定物殘留率變化歷線(雜訊濾除影像) 41
圖4.11 影像前處理與判識整合之建議流程圖 43
圖4.12 粒徑分析影像 44
圖4.13 拍攝角度校正影像 45
圖4.14 礫石A角度校正前後與垂直拍攝影像比較 45
圖4.15 拍攝角度校正與原始影像粒徑分佈 46
圖4.16 連線遮蔽補遺 47
圖4.17 連線遮蔽補遺粒徑分佈 47
圖4.18 圓形遮蔽補遺 48
圖4.19 圓形遮蔽補遺粒徑分佈 48
圖4.20 影像分割 49
圖4.21 連續影像分割(整體臨界值) 50
圖4.22 連續影像追蹤軌跡線(整體臨界值) 51
圖4.23 連續影像分割(提高臨界值) 51
圖4.24 連續影像追蹤軌跡線(提高臨界值) 52
論文參考文獻:參考文獻

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論文全文使用權限:同意授權於2009-08-27起公開