[發(fā)明專利]一種混凝土裂縫特征信息的識(shí)別方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310277205.X
• 申請(qǐng)日: 2013-07-04
• 公開（公告）號(hào): CN103400139A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 衛(wèi)軍;董榮珍;陳紹磊;余志武;張萌;陳聰聰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/60
• 分類號(hào): G06K9/60
• 代理公司: 南昌新天下專利商標(biāo)代理有限公司 36115
• 代理人: 謝德珍

1.一種混凝土裂縫特征信息的識(shí)別方法，其特征在于，首先對(duì)裂縫進(jìn)行圖像采集，依次對(duì)裂縫圖像進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括裂縫圖像灰度化、平滑及銳化，而后通過(guò)二維大津法或馬爾科夫分割算法對(duì)裂縫圖像進(jìn)行識(shí)別處理，并采用投影法進(jìn)行裂縫圖像類型判斷，最后利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)裂縫圖像進(jìn)行分析提取裂縫特征信息，在提取特征信息過(guò)程中計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)化、批量化、快速化地提取出裂縫特征信息，并結(jié)合物理參數(shù)完成結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估，從而完成混凝土裂縫特征信息識(shí)別的全過(guò)程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土裂縫特征信息的識(shí)別方法，其特征在于，具體步驟如下：

????1）、裂縫圖像采集與裂縫圖像預(yù)處理

????采用圖像采集裝置對(duì)裂縫進(jìn)行圖像采集，而后對(duì)裂縫圖像進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括裂縫圖像灰度化、平滑及銳化；

????2）、裂縫圖像識(shí)別處理

????通過(guò)二維大津法和或馬爾科夫分割算法對(duì)步驟1）所得裂縫圖像進(jìn)行識(shí)別處理，在二維大津法中，設(shè)裂縫圖像????????????????????????????????????????????????為M個(gè)灰度級(jí)，裂縫圖像區(qū)域中任一像素點(diǎn)與其鄰域像素點(diǎn)區(qū)間為（0～M-1），設(shè)任一像素點(diǎn)與其鄰域像素點(diǎn)集合為二元數(shù)組，表示該像素灰度值，表示像素點(diǎn)區(qū)間內(nèi)某像素灰度值，表示二元數(shù)組在像素點(diǎn)區(qū)間范圍內(nèi)出現(xiàn)的頻次，表示裂縫圖像總像素個(gè)數(shù)，因此二維聯(lián)合概率密度為

????其中，，；

????設(shè)裂縫區(qū)域的分割閾值為二維矢量，根據(jù)裂縫區(qū)域二維直方圖投影平面的分布，將裂縫區(qū)域分割為4個(gè)不同的區(qū)域（0，1，2，3），其中，0和1所在區(qū)域表示目標(biāo)裂縫和背景像素點(diǎn)的集合，通常這類像素點(diǎn)其灰度值以及鄰域像素點(diǎn)灰度值差異不大；而2和3所在區(qū)域則表示邊緣和噪聲像素點(diǎn)集合，這類像素點(diǎn)及鄰域像素點(diǎn)灰度值差異較大；和分別表示二維直方圖中裂縫和背景區(qū)域，則二維直方圖中裂縫概率和背景區(qū)域概率分別表示為：

??????????????????????????????????????????????(1)

?????????????????????????????????????????????(2)

???兩區(qū)域內(nèi)各自的期望值二維矢量為

?????????????????????????????(3)

?????二維直方圖總期望值矢量表示為

??????????????????????????????????(4)

????同時(shí)引入裂縫目標(biāo)和其背景區(qū)域間的離散度矩陣，其表示為：

??????????????????????????(5)

????離散度矩陣的跡衡量其背景與裂縫目標(biāo)區(qū)域間的類間方差大小：

???????????????(6)

二維大津法對(duì)裂縫圖像的處理，根據(jù)上述公式(1)～(6)，首先遍歷整個(gè)裂縫圖像區(qū)域，計(jì)算每一個(gè)二維矢量所對(duì)應(yīng)的類間方差大小，當(dāng)該值為最大時(shí)即確定此時(shí)對(duì)應(yīng)二維矢量為裂縫區(qū)域的最佳閾值；

????3）判斷裂縫圖像的裂縫類型

在經(jīng)過(guò)步驟2）對(duì)裂縫圖像識(shí)別與辨析后，從裂縫特點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)投影法判斷裂縫類型，在本發(fā)明專利中涉及的混凝土裂縫分為橫向裂縫、縱向裂縫、斜向裂縫以及網(wǎng)狀裂縫四大類；裂縫區(qū)域的像素點(diǎn)均取值為1，而背景區(qū)域的像素點(diǎn)則均取值為0，利用這個(gè)特點(diǎn)通過(guò)投影法對(duì)各類裂縫圖像進(jìn)行分析，具體方法如下：

(1)?裂縫圖像采用矩陣形式表示，首先確定以圖像左上正交像素點(diǎn)位置為原點(diǎn)的直角坐標(biāo)系；

(2)?裂縫目標(biāo)區(qū)域中每一個(gè)像素點(diǎn)位置均分別沿X軸和Y軸進(jìn)行投影，以每個(gè)像素點(diǎn)位置的x或y為橫坐標(biāo)，以裂縫目標(biāo)區(qū)域中每個(gè)像素點(diǎn)分別向X軸方向或Y軸方向進(jìn)行投影后所疊加的像素點(diǎn)總數(shù)為縱坐標(biāo)或，然后繪制圖形，其顯示為曲線形狀；

(3)最后通過(guò)裂縫圖像的投影示意圖即可判斷上述各種類型裂縫類型；

4）、利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)提取裂縫特征信息

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用VC++和matlab混合編程的方法，并添加二維大津、馬爾科夫分割、自動(dòng)分類、系統(tǒng)標(biāo)定算法，編制成C++或matlab程序，依次調(diào)用各處理函數(shù)，形成自動(dòng)處理功能，編寫對(duì)話框，添加在役混凝土結(jié)構(gòu)評(píng)估模塊，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、批量化、快速化地提取出裂縫特征信息，具體包括如下步驟：

（1）在VC++中利用Appwzard向?qū)纬绍浖蚣埽?/p>

（2）設(shè)置VC++、Matlab混合編程環(huán)境；

（3）建立消息映射，添加傳統(tǒng)裂縫圖像處理識(shí)別、信息提取算法；

（4）編制C++或matlab程序，添加二維大津、馬爾科夫分割、自動(dòng)分類及系統(tǒng)標(biāo)定算法；

（5）編制C++或matlab程序，依次調(diào)用各處理函數(shù)，形成自動(dòng)處理功能；

（6）類似于自動(dòng)處理，編制批量處理程序，并預(yù)先設(shè)置自動(dòng)處理模板；

（7）編寫word寫入程序，預(yù)先設(shè)計(jì)好分析報(bào)告輸出模板；

（8）編寫對(duì)話框，添加在役混凝土結(jié)構(gòu)評(píng)估模塊；

（9）運(yùn)行調(diào)試各種程序功能；

（10）生成裂縫特征信息自動(dòng)控制系統(tǒng)。