[發明專利]一種圖像疊加和裂縫信息融合的橋梁裂縫檢測方法

有效

• 申請號: 202010886335.3
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112053331B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 杜建超;于成龍;栗一鳴;李云松;肖嵩
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T3/40;G06T5/50
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

1.一種圖像疊加和裂縫信息融合的橋梁裂縫檢測方法，其特征在于，將圖像按拍攝順序疊加獲得完整裂縫圖像，只連接疊加邊緣處的裂縫實現裂縫信息融合，該方法的具體步驟包括如下：

(1)獲得梯度圖像：

用相機拍攝一張圖像，獲取拍攝圖像的焦距；利用焦距與拍攝視角的對應關系，獲取拍攝視角；利用激光測距儀獲取相機與待拍攝橋梁之間的距離，計算相機水平方向和豎直方向每次移動的距離；水平方向相機每次移動的距離等于相機與橋梁的距離的兩倍乘以視角二分之一的正切值，豎直方向相機每次移動的距離等于圖像的縱向分辨率除以橫向分辨率乘以拍攝寬度；將相機按照Z字型的移動路線拍攝橋梁圖像序列，獲得梯度圖像；

(1a)利用高斯卷積公式，對每張待檢測的橋梁裂縫圖像進行平滑處理，得到該張待檢測的橋梁裂縫圖像平滑后的裂縫圖像；

(1b)利用Sobel算子，對每張平滑后的裂縫圖像進行處理，得到該張平滑后的裂縫圖像中每個像素點的橫向梯度值和縱向梯度值；

(1c)利用梯度計算公式，計算每張平滑后的裂縫圖像中每個像素點的梯度值和梯度方向，得到該張平滑后的裂縫圖像的梯度圖像；

(2)獲得共生邊緣和種子點圖：

(2a)保持每張梯度圖像中所有大于梯度值閾值L的像素點對應的紅色通道的值不變，將小于梯度值閾值的像素點對應的紅色通道的值賦為L-1，得到該張梯度圖的準確梯度圖；

(2b)獲取每張準確梯度圖中所有共生邊緣點的像素點坐標，將所有的像素點坐標組成該張準確梯度圖的坐標集合；

(2c)將每個坐標集合中每一對共生邊緣點的中點作為種子點，將梯度圖像中與種子點坐標值相同的像素點的值賦為255，其余像素點的值賦為0，得到該張準確梯度圖的種子點圖；

(3)獲得裂縫圖：

(3a)從所有種子點圖中選取一張未選過的種子點圖；

(3b)從所選種子點圖中隨機選取一個未選過的種子點，尋找與所選種子點距離最小的種子點，將兩個種子點連線上的所有像素點的值均賦為255；

(3c)判斷是否選取完所選種子點圖中的所有種子點，若是，則執行步驟(3d)，否則，則執行步驟(3b)；

(3d)將所選種子點圖中的所有種子點和其連線上的所有像素點的值均賦為255，其余像素點賦值為0，得到該張種子點圖的連線圖后執行步驟(3e)；

(3e)判斷是否選取完所有種子點圖，若是，則執行步驟(3f)，否則，執行步驟(3a)；

(3f)將每張連線圖中連線長度大于閾值M的連線上像素點的值均賦為0，將連線上像素點的值均為255的連線和連線上的種子點組成一條骨架，將所有的骨架組成該張種子點連線圖的骨架圖；

(3g)將每張骨架圖中每條骨架上的所有種子點連線長度之和作為該骨架的長度，將骨架長度小于閾值N的骨架上像素點的值均賦為0，將剩余的每條骨架和該骨架上的種子點組成一條裂縫，將所有的裂縫組成該張骨架圖的裂縫圖；

(4)獲得裂縫信息：

將每張裂縫圖中每條裂縫上所有像素點的坐標作為裂縫坐標，裂縫上的所有種子點連線長度之和作為裂縫長度，利用裂縫寬度計算公式計算每條裂縫的寬度，將該張裂縫圖中每條裂縫上的像素點對應的藍色通道值賦為255，得到該裂縫圖的標注圖；

(5)將標注圖按相機的拍攝順序進行疊加，得到一張疊加后的裂縫圖；

(6)獲得檢測完成后的裂縫圖中的裂縫信息：

連接圖像疊加邊緣處的裂縫，得到檢測完成后的裂縫圖，將檢測完成后的裂縫圖中每條裂縫上所有像素點的坐標作為裂縫坐標，將裂縫上的所有種子點連線長度之和作為裂縫長度，利用裂縫寬度計算公式計算每條裂縫的寬度，得到該條裂縫的坐標、長度、寬度信息；

所述連接圖像疊加邊緣處的裂縫的步驟如下：

第一步，將縱向分辨率的0.05倍作為疊加邊緣為橫軸時的裂縫點坐標最大值y_max，將橫向分辨率的0.05倍作為疊加邊緣為縱軸時的裂縫點坐標最大值x_max；

第二步，將[-y_max,0]區間內的所有裂縫點組成點集A，將[0,y_max]區間內的所有裂縫點組成點集B；

第三步，從點集A中隨機選取一個裂縫點；

第四步，判斷所選裂縫點在其3×3鄰域內除自身之外是否存在兩個以上裂縫點，若存在，則執行第三步，否則，執行第五步；

第五步，從點集B中尋找與點集A中所選裂縫點距離最短的點，將兩點連接，計算兩點的歐氏距離作為連線的長度；

第六步，判斷是否選完點集A中所有的裂縫點，若是，執行第七步，否則，執行第三步；

第七步，從點集B中隨機選取一個裂縫點；

第八步，判斷所選裂縫點在其3×3鄰域內除自身之外是否存在兩個以上裂縫點，若存在，則執行第七步，否則，執行第九步；

第九步，從點集A中尋找與點集B中所選裂縫點距離最短的點，將兩點連接，計算兩點的歐氏距離作為連線的長度；

第十步，判斷是否選完點集B中所有的裂縫點，若是，執行第十一步，否則，執行第七步；

第十一步，將[-x_max,0]區間內的所有裂縫點組成點集C，將[0,x_max]區間內的所有裂縫點組成點集D；

第十二步，從點集C中隨機選取一個裂縫點；

第十三步，判斷所選裂縫點在其3×3鄰域內除自身之外是否存在兩個以上裂縫點，若存在，則執行第十二步，否則，執行第十四步；

第十四步，從點集D中尋找與點集C中所選裂縫點距離最短的點，將兩點連接，計算兩點的歐氏距離作為連線的長度；

第十五步，判斷是否選完點集C中所有的裂縫點，若是，執行第十六步，否則，執行第十二步；

第十六步，從點集D中隨機選取一個裂縫點；

第十七步，判斷所選裂縫點在其3×3鄰域內除自身之外是否存在兩個以上裂縫點，若存在，則執行第十六步，否則，執行第十八步；

第十八步，從點集C中尋找與點集D中所選裂縫點距離最短的點，將兩點連接，計算兩點的歐氏距離作為連線的長度；

第十九步，判斷是否選完點集D中所有的裂縫點，若是，執行第二十步，否則，執行第十六步；

第二十步，若疊加邊緣為縱軸，刪除連線長度大于的連線；若疊加邊緣為橫軸，刪除連線長度大于的連線。