摘 要 大坝做为水利枢纽中的重要工程之一，在防洪、发电、航运、灌溉、养殖等方面具有重大意义。由于大坝长期承受温度、湿度、压强的破坏，大坝表面易产生不种程度的裂缝。但是由于水下环境的复杂性，以及裂缝形状的不规则性和方向的不确定性，而且针对不同的大坝裂缝类型，边缘的灰度突变的程度是不一样的，严重影响大坝裂缝的检测效果。因此，大坝裂缝边缘检测算法的设计是目前大坝裂缝检测中需要重点研究的问题之一。本文以水下大坝裂缝图像为目标，通过广泛阅读和相关实验仿真，研究水下大坝裂缝图像的分割方法，为水下大坝裂缝目标检测的工程应用提供行之有效的参考。本文的主要研究内容为：初步研究了大坝裂缝的成因。由于我国大部分大坝都有混凝土建造，本文从混凝土的角度，从外界荷载、变形、建筑结构、施工方面等具方面具体阐述了大坝裂缝的成因。本文从传统边缘检测算子入手，研究了传统边缘检测算子对于大坝裂缝分割的检测效果，并分析了各个传统算子的优劣。 3、传统canny算法不具有自适应功能，阈值需要人工选择或是系统默认，此外还会检测出虚假边缘或是丢失局部边缘。与此同时，一些重要的边缘细节会由于干扰或灰度对比不足而变得模糊不清，从而无法准确检测出图像边缘。改进的canny算法通过最大熵自动确定高阈值和低阈值，使得检测效果更好。
目录
摘要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第1章 绪论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2研究意义 2
1.2基于图像处理的水下大坝裂缝检测 3
1.3水下大坝裂缝检测的困难处 4
1.4本章小结 5
第2章 大坝裂缝的形成原因分析 6
2.1大坝裂缝形成原因分析 6
2.2大坝裂缝图像的特点 7
2.3本章总结 7
第3章 图像预处理 8
3.1图像预处理定义 8
3.2中值滤波 8
3.3中值滤波的实验结果 9
3.4本章小结 9
第4章 图像分割与边缘检测 10
4.1图像分割定义 10
4.2图像分割算法
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4.3边缘检测过程 12
4.4常见边缘检测算子 12
4.4.1 Sobel算子 12
4.4.2 Roberts算子 13
4.4.3 Prewitt算子 14
4.4.4 Laplacian算子 15
4.4.5 Log算子 15
4.4.6 Canny算子 16
4.5 常见边缘检测算子的比较分析 17
4.5.1 实验结果 17
4.5.2 实验结果分析 18
4.5.3 本章小结 21
第5章 自适应阈值的改进Canny算法 22
5.1对传统Canny算子局限性分析 22
5.2改进的Canny算法自适应阈值 22
5.2.1最大熵算法 22
5.2.2 改进最大熵算法 23
5.2.3 改进Canny算子的实验结果 24
5.3本章小结 26
第6章 总结与展望 27
6.1总结 27
6.2展望 28
参考文献 30
致谢 34
第1章 绪论
1.1课题研究背景及意义
1.1.1 研究背景
众所周知，人类文明起源于水，人类依水而生。然而水虽然孕育了人类，但它也给人类带来了毁灭性的灾害—洪水。聪明的人类在磨难中学习，开始以坝治水。中国大坝建设已有2500年的悠久历史，上至大禹治水，下至三峡大坝，大坝已逐渐成为水利水电工程中的重要组成部分并发挥了巨大的工程效益。大坝不仅能够发电，缓减资源紧缺，而且能够防洪，保护一方安全。此外，大坝还有农田灌溉、航运交通、旅游、生态保护等作用，对我国经济的可持续发展也有着不可估量的影响。
国江川河流数目众多，其主要分布呈西高东低，成阶梯状走势，落差大。这是我国拥有的得天独厚的地理条件及水能优势，非常适合我国大坝建设。早在公元前598前591年间,我国就已经建设了安徽省寿县的安丰塘，其坝高6.5m，库容达9070万方，水面积达34平方公里，经历多次修复和改建等，仍横卧在那里发挥其作用，距离现在已运行2600多年。根据2008年全国水利发展统计公报，截止2007年底，全国已建成各类水库86353座，水库总库容6924亿立方米（未含港、澳、台地区），在世界上排第四，是世界总库容的9.9%[1]。目前为止，我国大坝建设技术已处于世界先进水平，已经拥有世界上最大的混凝土水利发电工程——三峡大坝 ，世界上最高的混凝土双曲拱坝——澜沧江大坝 ，和世界上最大的碾压混凝土重力坝——红水河龙滩大坝 。
截至2008年年底，全国水电发电量为5655亿度，占世界的18.6%，占全国经济可开发量的22.86%（中国的水电装机达到172.6GW，按装机算达到经济可开发的42.7%;联合国曾呼吁：“希望全球各有关部门共同努力，以可靠、廉价、环境友好的方式为社会提供电力”[1]。同时联合国也支持世界银行等金融机构重新投资水电开发，这也证明了水电发展对全球社会的进步，经济的可持续发展，环境的保护等的重要作用。同时这也意味着未来社会发展，大坝建设具有举足轻重的作用。
虽然我国大坝装机总容量、大坝建设规模、建造技术都处于世界领先地位，然而我国在如何保障大坝安全的问题上仍存在隐患。大坝一旦开始投入使用，便一直处于复杂的开放环境中，极易产生各种裂缝。比如：由于外荷载引起裂缝；由于温度变化导致形变而引起裂缝；由于湿度变化产生变形而引起裂缝；由于不均匀沉降导致变形而引起裂缝；甚至是由于前期大坝设计不合理都会引起不同程度的裂缝。而且大坝还要承受地震、洪水、泥石流等自然灾害。如果不能及时发现并且进行修补裂缝，则会发生溃坝等严重后果，甚至会对下游的百姓造成不可挽救的破坏，对国家财产安全、社会稳定造成威胁。所以，大坝安全问题应得到我们的高度重视。
1.1.2研究意义
据统计，在我国众多水库中，大约有3.7万座属于病危水库，这些水库大多是修建在五、六十年代。50多年来，这些病危水库仍在为我国经济的快速发展和人民的美好环境竭尽全力，保家护园。但随着社会经济的快速发展和人民生活水平的迅速提高，病危水库带给社会、经济和环境的破坏和风险将越来越大，威胁着社会稳定和经济发展。针对这种情况，国务院给予了高度重视，做出了一系列重要批示，必须确保在大坝运行期间的安全，必须定期进行安全监测，时刻把握大坝的安全性，并及时作出修复，以保证大坝长期运行安全，将大坝安全放在头等重要的地位。
除了遭受地震、洪涝、泥石流等突发性、破坏性极强的自然灾害，而无法对大坝安全进行提前预防外，大坝在溃坝之前都应该会有预兆，比如表面出现裂缝等。如果能够及时检测到大坝裂缝并及时修复，那么就能减轻溃坝或是工程毁坏的危险，大坝的安全问题才能够得到保障。大坝表面裂缝如图所示，图1为初期裂缝，图2为后期裂缝。



图1.1大坝裂缝前期 图1.2大坝裂缝后期

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