基于圖像分析技術(shù)探析混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面裂縫寬度檢測(cè)

曾昭凌

(泉州市交通基本建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站)

1 橋梁裂縫圖像的采集和預(yù)處理

(1)橋梁裂縫圖像的采集

在采用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)表面裂縫圖像的采集時(shí)，由于橋梁裂縫的寬度大其較小，甚至部分裂縫的寬度在1mm 之內(nèi)，由此就造成了采集出的每條裂縫在相應(yīng)的寬度范圍內(nèi)占有的像素個(gè)數(shù)會(huì)較少，而在數(shù)碼相機(jī)分辨率較高的情況下，每單位像素所表示的寬度就會(huì)略小一些。

首先，數(shù)碼相機(jī)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)裂縫的正上方進(jìn)行拍攝，否則會(huì)造成采集到的裂縫圖像寬度失真，由此計(jì)算出的數(shù)據(jù)會(huì)存在較大程度上的誤差。

其次，應(yīng)控制好拍攝過(guò)程中的距離，以能夠最清晰的獲取裂縫圖像信息為準(zhǔn)。

第三，在拍攝光線條件相對(duì)較弱的情況下，應(yīng)采取對(duì)應(yīng)的措施進(jìn)行光線的加強(qiáng)處理，否則可能會(huì)造成由于裂縫產(chǎn)生的反射光而降低圖像的質(zhì)量及裂縫的對(duì)比度，會(huì)導(dǎo)致后期處理效果差強(qiáng)人意。

(2)空間域圖像增強(qiáng)

對(duì)于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面來(lái)說(shuō)，采用灰度變換就能夠表達(dá)出所采集到的信息并且處理操作相對(duì)簡(jiǎn)單、處理效果較好。表面裂縫的彩色圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榛叶葓D像通常是經(jīng)由灰度變換而實(shí)現(xiàn)的，其也是圖像增強(qiáng)的重要手段之一，主要有分比例線性變換、分段線性變化以及非線性灰度變換等三種主要形式。灰度變換的主要原理是通過(guò)對(duì)單個(gè)像素點(diǎn)的處理，從而擴(kuò)大灰度值的范圍以及對(duì)比度，最終達(dá)到使圖像更加清晰、特征更加明顯的目的，此項(xiàng)過(guò)程并不會(huì)對(duì)各個(gè)像素點(diǎn)的空間關(guān)系造成影響，其具體方法是在某種映射關(guān)系下采用新的灰度值代替原有圖像中的各像素灰度值，從而得出新的圖像，其變換關(guān)系式為:

在該關(guān)系式中，f 為原圖像、g 為原圖像變換后的灰度級(jí)，［0，L］為圖像灰度級(jí)的范圍，影響灰度級(jí)范圍高低的主要是a 和b 的選擇，而α、β、γ 的選擇則直接性的決定了三個(gè)線段的斜率。

(3)空間域圖像平滑

在裂縫圖像采集的過(guò)程中，可能受到光電轉(zhuǎn)換過(guò)程中的敏感元件靈敏度均勻性文藝以及數(shù)字化過(guò)程中的量化噪聲以及傳輸過(guò)程中存在的誤差的影響，存在著一定程度的噪聲干擾。而以上情況的情況對(duì)裂縫圖像的成像質(zhì)量造成了較大影響，使得原本的圖像變得較為模糊，嚴(yán)重情況下還會(huì)淹沒(méi)裂縫圖像的本來(lái)特征。因此，為了能夠更好的表現(xiàn)出裂縫特征，需要對(duì)噪聲進(jìn)行消除，并將失真的裂縫圖像變成標(biāo)準(zhǔn)形狀，該種消除圖像噪聲的過(guò)程就是我們所稱作的圖像平滑或者是濾波，主要目的就是為了對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行改善的同時(shí)，抽出對(duì)象特征。

(4)圖像邊緣檢測(cè)

對(duì)數(shù)字圖像來(lái)說(shuō)，其目標(biāo)物體的主要信息都集中在圖像邊緣中，作為圖像中灰度變化最為明顯的部分，邊緣在本質(zhì)上是具有明顯變化的灰度像素組合，并通過(guò)圖像局部的不連續(xù)性而表現(xiàn)出來(lái)。如果按照邊緣區(qū)域灰度變化的劇烈程度對(duì)其進(jìn)行劃分的話，基本上可以將邊緣劃分為屋頂型、階躍型以及凸緣型三種。

裂縫圖像邊緣檢測(cè)的主要原理是利用邊緣增強(qiáng)算子，從而突出圖像中的局部邊緣，隨后對(duì)像素的邊緣強(qiáng)度進(jìn)行定義，并采用閾值的方法對(duì)邊緣點(diǎn)進(jìn)行提取，其檢測(cè)效果與檢測(cè)精度在很大程度上取決于邊緣檢測(cè)算法。

2 圖像分析技術(shù)在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面裂縫寬度檢測(cè)中的應(yīng)用

為了更好的對(duì)圖像分析技術(shù)在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面裂縫測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，本文選取了某處出現(xiàn)的混凝土橋梁表面裂縫作為試驗(yàn)對(duì)象。在該段混凝土橋梁結(jié)構(gòu)中，共存在著11 處表面裂縫，該試驗(yàn)過(guò)程中采用的拍攝工具為SonyDSC－T90 數(shù)碼相機(jī)，分辨率為3 000 ×4 000。除此之外，還采用了ZBL－F101 型號(hào)的接觸式裂縫寬度觀測(cè)儀來(lái)對(duì)裂縫寬度進(jìn)行直接性測(cè)試。為了確保采集數(shù)據(jù)的精確性，對(duì)每條裂縫都使用了正拍法和斜拍法兩種拍攝方法，隨后進(jìn)行兩種拍攝方法獲取的圖像所測(cè)出的最大裂縫寬度識(shí)別值與實(shí)際測(cè)值之間的對(duì)比，對(duì)于正拍法和斜拍法否分別進(jìn)行了5 組圖像拍攝，具體數(shù)據(jù)如下:

正拍法主要進(jìn)行5 組圖像數(shù)據(jù)拍攝，其實(shí)測(cè)值mm、識(shí)別值mm、絕對(duì)誤差mm 與相對(duì)誤差分別如下所示:

編號(hào)1:1.12、1.17、0.05、4.5

編號(hào)2:0.86、0.87、0.01、1.2

編號(hào)3:0.80、0.82、0.02、2.5

編號(hào)4:0.72、0.70、－0.02、2.8

編號(hào)5:0.64、0.60、－0.04、6.3

斜拍法也主要進(jìn)行5 組圖像數(shù)據(jù)拍攝，其實(shí)測(cè)值mm、識(shí)別值mm、絕對(duì)誤差mm 與相對(duì)誤差分別如下所示:

編號(hào)1:0.12、1.19、0.07、6.2

編號(hào)2:0.86、0.80、－0.06、7.0

編號(hào)3:0.80、0.87、0.07、8.7

編號(hào)4:0.72、0.77、0.05、6.9

編號(hào)5:0.64、0.60、－0.04、6.3

3 小 結(jié)

首先，通過(guò)對(duì)圖像分析方法的測(cè)量過(guò)程詳細(xì)分析，從開(kāi)始的圖像修正、對(duì)比增強(qiáng)以及平滑等具體操作環(huán)節(jié)，延伸至后續(xù)的各種復(fù)雜計(jì)算等，順利的完成了混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面裂縫測(cè)量。不論是從正拍還是反拍的角度來(lái)說(shuō)，其都能夠保證圖像處理的順利進(jìn)行。

其次，在圖像分處理及分析技術(shù)的基礎(chǔ)上，能夠?qū)炷帘砻媪芽p的寬度更好的識(shí)別，并且從該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果來(lái)看，從正拍角度獲取的圖像，其裂縫寬度識(shí)別精度可以達(dá)到93.4%，相同條件下如果采取斜拍獲取的圖像，雖然對(duì)其識(shí)別精度有一定的影響，但是其精準(zhǔn)度最低也在90%以上。因此，該種方法具有相當(dāng)強(qiáng)的適用性，可以在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面裂縫以及其他工程項(xiàng)目中得到較為廣泛的應(yīng)用。

［1］查旭東. 基于圖像處理技術(shù)的連續(xù)配筋混凝土路面裂縫寬度檢測(cè)方法［J］.長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007，4(1):13－17.

［2］周源華. 數(shù)字圖像處理［M］.上海:上海交通大學(xué)出版社，2007:170－172.

［3］高浩軍. 中值濾波在圖像處理中的應(yīng)用［J］.電子工程師，2004，30(8):35－36.