[發明專利]一種水庫大壩護坡表面損傷視覺檢測方法及仿生裝置

在審

• 申請號: 201910235217.3
• 申請日: 2019-03-27
• 公開（公告）號: CN110009610A
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 唐昀超;姚明輝
• 申請（專利權）人: 仲愷農業工程學院
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/13;G06T7/80;G06T17/00;G01N21/88;G09B25/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳燕嫻

本發明公開了一種水庫大壩護坡表面損傷視覺檢測方法及仿生裝置，該方法通過攝像機標定、獲取校正圖像、灰度化與平滑、改進Canny邊緣檢測、基于小波變換去噪、立體匹配、三維重構、評估損傷形式與程度，最后將相關數據反饋給用戶。水庫大壩護坡表面損傷視覺檢測的仿生裝置包括仿生水泥樹和雙目立體視覺系統即兩個微型攝像機，仿生水泥樹的中部設置有仿生白鷺頭，雙目立體視覺系統安裝在仿生白鷺頭上，仿生白鷺頭可以通過轉動來調整雙目立體視覺系統的角度，實時監測水庫大壩護坡表面的裂紋或凹坑等護坡損傷。本發明的成本低，結構簡單，檢測精度高，可以實時檢測大壩護坡的表面損傷情況，節省技術測量人員。

技術領域

本發明涉及檢測技術領域，特別涉及一種水庫大壩護坡表面損傷視覺檢測方法及仿生裝置。

背景技術

水庫大壩多位于山區，三面環山，大壩護坡的裂紋或塌陷凹坑等損傷是主要病害之一，一旦發生臺風暴雨或無法預測的地震等自然災害，損傷致使水庫決堤將給人民帶來嚴重危害，特別是突發性的塌陷凹坑最危險。因此，需要定期對護坡健康狀況進行檢測，早期發現和損傷評估與災害預警具有重要意義。傳統的人工定期檢測裂紋及其損傷方法作業時存在危險，檢測精確度很低，因水庫位于山區，交通不便，水壩健康檢測并不及時，產生的裂縫或小的凹坑未及時發現和修復造成縫里面還長出雜草，使裂紋或損傷處快速擴展。雖然基于圖像的損傷檢測及水泥裂紋識別研究已形成熱點，但是水庫大壩護坡材料有混泥土和漿砌石等不同材料，加之雜草背景，飛行器視覺定期的遠距離測量斜度上護坡裂紋很難保證精度。因此，迫切需要研究復雜背景下的水庫大壩護坡裂紋和凹坑等表面損傷的檢測方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺點，提供一種檢測精度高、成本低、結構簡單的水庫大壩護坡表面損傷視覺檢測方法及仿生裝置。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種水庫大壩護坡表面損傷視覺檢測方法，包括下述步驟：

(1)攝像機標定：首先，分別對兩個攝像機進行標定，獲取用于校正拍攝圖像畸變的攝像機內部參數和畸變參數；進行立體視覺的標定，得到兩個攝像機之間的位置關系及用于進行三維重構的重投影矩陣；由于兩個攝像機安裝完成后相對位置已經固定了，上述參數都不會再改變，因此該步驟只需在開始進行一次；

(2)獲取校正圖像：通過攝像機來捕獲全方位裂紋或凹坑的數字圖像，然后根據攝像機的標定結果對數字圖像進行畸變校正，得到裂紋或凹坑的校正圖像；

(3)灰度化與平滑：將裂紋或凹坑的校正圖像進行灰度化，將其R、G、B三個通道，每個通道以不同的權值進行加權平均；然后用高斯函數對檢測區域進行平滑處理，獲得裂紋或凹坑的平滑單通道灰度圖像；

(4)改進Canny邊緣檢測：對裂紋或凹坑的平滑單通道灰度圖像的邊緣信息進行檢測，采用改進的Canny邊緣檢測算法，根據圖像的整體特征進行高閾值H和低閾值L的選擇，使得檢測到的邊緣信息比較多且連續，從而檢測出裂紋或凹坑的完整邊緣信息；

(5)基于小波變換去噪：基于小波變換Canny算法進一步去除雜草類噪聲，針對含有雜草類噪聲的復雜背景，先建立一個核函數φ(x,y)，然后進行邊緣檢測，如果核函數φ(x,y)的積分為0，再對x,y兩個方向上的導數做基本小波；然后對去除了雜草類噪聲的裂紋或凹坑的表面進行三維重構；

(6)立體匹配：在獲取了校正圖像對并去除雜草類噪聲后，對左右攝像機的左右圖像進行立體匹配，獲得各匹配點的視差圖；

(7)三維重構：得到步驟(6)的視差圖后，再依據步驟(1)得到的重投影矩陣，生成三維點云，進行三維重構；

(8)評估損傷形式與程度：依據損傷的不同形態，可分別選擇幾何數學的方法，擬合裂紋或凹坑的長度、寬度或近似直徑、深度參數；然后進行評估，得到損傷程度和損傷形式，最后將相關數據反饋給用戶。