[發明專利]一種基于隨機結構森林的結構物表面缺陷檢測方法

在審

• 申請號: 202010174148.2
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111353550A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 辛改芳;唐靜;史新民;朱俊
• 申請（專利權）人: 常州信息職業技術學院
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06K9/32;G06K9/40;G06T7/00;G01N21/88
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 王昊

本發明公開了一種基于隨機結構森林的結構物表面缺陷檢測方法，包括如下步驟：采用圖像傳感器獲取結構物表面缺陷的圖像數據信息，建立訓練樣本集和測試樣本集。通過利用結構物表面缺陷圖像塊的特征屬性和表面缺陷標簽形成的樣本特征空間集訓練M棵決策樹分類器，構建隨機結構森林分類器。將需要測試的結構物表面缺陷圖像樣本輸入隨機結構森林模型，隨機森林中的每棵樹對其分類判斷，經過所有決策樹的投票，投票次數最多的類別得到結構物表面缺陷圖像檢測結果。本發明在不影響結構物使用的情況下，實現了在復雜環境條件下，對任意拓撲結構的結構物表面缺陷進行自動檢測，檢測快捷、無損傷及高準確率，并且結構物的養護也更加經濟合理。

技術領域

本發明涉及機器學習的結構物表面缺陷檢測技術領域，特別是一種基于隨機結構森林的結構物表面缺陷檢測方法。

背景技術

結構物的主要建筑材料是混凝土，比如大壩、橋梁等。混凝土結構物裸露在外，由于外部惡劣環境的影響，結構物表面會不可避免地產生龜裂、裂縫等缺陷。裂縫是威脅大壩、橋梁等混凝土結構物運行安全的主要隱患。裂縫不僅發生在結構物的表面，還向結構物內部發展，是觸發險情的主要原因之一。如何準確高速檢測混凝土結構物缺陷是保證大壩橋梁等設施安全，延長其安全運行時間的重要措施。

當前，對于結構物缺陷檢測方法主要有超聲波法、彈性波、探地雷達和微震勘探等。超聲波法利用超聲波在結構物中的傳播特性識別結構物缺陷，當結構物中存在空洞以及其他雜物干擾時會影響結構物缺陷的檢測；彈性波法基于彈性波中的瑞麗波的衰減特性對結構物的缺陷進行檢測，但是當檢測缺陷深度時會存在誤差；探地雷達法通過高頻電磁波的反射對結構物缺陷進行檢測；這些方法普遍存在檢測效率低以及成本高等缺點，無法滿足結構物缺陷檢測便捷、無損傷的要求。基于圖像處理的檢測技術作為一種非接觸檢測方法，在缺陷檢測領域得到了快速發展。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供了一種在不影響結構物使用的情況下，實現了對任意拓撲結構的結構物表面缺陷進行智能檢測，檢測快捷、精度高，并且結構物的養護也更加經濟的基于隨機結構森林的結構物表面缺陷檢測方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現。

一種基于隨機結構森林的結構物表面缺陷檢測方法，其特征在于包括以下步驟：通過圖像傳感器采集結構物表面缺陷的圖像數據，結構物表面缺陷包括表面龜裂、裂縫缺陷，建立結構物表面缺陷圖像的訓練樣本集和測試樣本集，從表面缺陷圖像樣本集中隨機選取M個子訓練樣本集構建M棵決策樹；利用自適應濾波器進行圖像預處理，選取結構物表面缺陷圖像中感興趣的區域，利用結構物表面缺陷圖像塊的特征屬性和表面缺陷標簽形成的樣本特征空間集訓練M棵決策樹分類器，構建隨機結構森林模型；在隨機結構森林分類器中輸入待測試的結構物表面缺陷圖像，根據M棵決策樹的分類結果輸出表面缺陷圖像的檢測結果。

利用自適應濾波器對采集的結構物表面缺陷圖像進行預處理，濾波器作用的局部區域，其矩形窗口為S_xy，圖像特征點f(x,y)在濾波器中響應值為f′(x,y)，其表達式為其中σ²為測量噪聲的方差，為S_xy中像素的局部方差，m_L為S_xy中像素局部均值。