利索能及
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专利号: 2024109630490
申请人: 广州航海学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于计算机图像处理的混凝土裂缝识别方法,其特征在于:包括以下步骤:S1、使用高分辨率摄像设备对混凝土表面进行拍摄,获得清晰且色彩丰富的表面图像,表面图像将作为混凝土裂缝识别的基础数据输入;

S2、对获取的混凝土表面图像应用图像增强技术,选择直方图均衡化方法来提高图像的对比度,强化裂缝与背景之间的视觉差异;

S3、根据混凝土裂缝的形态学特征设计专门的形态学操作算子,并对经过直方图均衡化增强的图像进行开运算和闭运算处理;

S4、利用经过形态学处理的图像,通过边缘检测算法提取裂缝边缘,具体选用Canny算法和Sobel算法进行多尺度和多方向的裂缝边缘提取,得到明显且连续的裂缝轮廓;

S5、对从前一步中提取的裂缝边缘进行形态学分析,通过连通域标记和骨架提取的方法,测量并计算裂缝的宽度、长度和方向几何参数;

S6、运用深度学习中的语义分割模型对原始图像进行分析,选择经典的U‑Net模型对裂缝进行像素级的分类;

S7、综合边缘检测和语义分割的结果,采用逻辑判断和投票机制对裂缝区域进行优化,消除在单一技术中产生的误差,得到混凝土裂缝识别数据;

其中,所述S3中根据混凝土裂缝的形态学特征设计专门的形态学操作算子的具体过程包括:腐蚀操作、膨胀操作开运算处理和闭运算处理;

所述腐蚀操作的过程为:

选择合适的结构元素B,通常是一个小的核,包括矩形、圆形,其大小适应裂缝的尺度特征,针对细小裂缝,选择小的核,用于定义腐蚀操作的形状和大小;

对经过直方图均衡化增强的图像进行腐蚀操作,应用腐蚀操作公式:{Erosion}(I) = I \ominus B;应用腐蚀操作公式,对经过直方图均衡化处理的图像进行腐蚀,消除细小噪声,突出裂缝的细节特征;

腐蚀操作会将结构元素B在图像I上滑动,将图像中的前景物体边界向内缩小,消除小的细节和噪声,突出裂缝的结构特征;

所述膨胀操作的过程为:

继续选择相同或不同的结构元素B,用于定义膨胀操作的形状和大小,选择大的核,适应裂缝的形态特征,应用膨胀操作公式:{Dilation}(I) = I \oplus B;应用膨胀操作公式,对腐蚀后的图像进行膨胀,填充裂缝之间的间隙,加强裂缝的结构特征;

膨胀操作会将结构元素B在图像I上滑动,扩大图像中的前景物体边界,填充孔洞并增强前景物体;

所述结构元素B的选择过程方法如下:根据形状、大小、方向性和灵活性特征来选择合适的结构元素B,具体为:形状:由于混凝土裂缝通常是细长的线状特征,选择线性形状的结构元素B来突出裂缝;

大小:结构元素B的大小应该适合于裂缝的尺寸;

方向性:裂缝具有特定的方向,根据裂缝的方向选择相应方向的线性结构元素;

灵活性:考虑裂缝存在的曲折或变化,选择弯曲的线性结构元素或者多段组合的结构元素;

其中,所述S4中利用Canny算法进行裂缝边缘提取的过程为:高斯滤波:对混凝土图像进行高斯滤波,以降噪和平滑图像;

计算梯度:利用Sobel算子计算图像的梯度幅值和方向;

非极大值抑制:在梯度方向上执行非极大值抑制,以细化边缘;

双阈值检测:根据高低阈值,对梯度幅值进行分类,形成强边缘和弱边缘;

边缘连接:通过边缘连接算法将强边缘和与之连接的弱边缘连接起来,形成完整的边缘;

所述S4中利用Sobel算法进行裂缝边缘提取的过程为:灰度化:将混凝土图像转换为灰度图像;

Sobel算子:利用Sobel算子计算图像在水平和垂直方向上的梯度值;

梯度合并:综合水平和垂直方向上的梯度值,计算每个像素点的总梯度值和方向;

阈值处理:根据设定的阈值,将梯度值进行二值化,得到边缘像素;

边缘连接:对边缘像素进行连接处理,以形成连续的裂缝边缘;

其中,所述S5中利用形态学分析裂缝边缘,包括连通域标记和骨架提取;所述S5中计算裂缝的几何参数,包括宽度测量、长度测量和方向测量;

所述S5中还包括对裂缝的几何参数进行数据分析与评估,其过程包括数据统计和结构健康评估;

其中,所述连通域标记即对裂缝边缘进行连通域标记,将每个裂缝区域标记为不同的连通域,利用像素的连通性和区域填充算法来实现连通域标记:所述骨架提取即对裂缝边缘进行骨架提取,得到裂缝的主干结构,使用细化算法来提取裂缝的骨架,其中,利用细化算法将裂缝边缘进行细化处理,逐渐减少边缘像素的宽度;

重复迭代细化过程,直至裂缝边缘的细化满足停止条件,即像素不再发生变化或达到预设的细化程度,通过迭代将图像边缘逐渐减少为单像素宽度,具体为,利用Zhang‑Suen细化算法,在图像发生变化时,对于图像中的每个像素 p,当 p 是裂缝像素,则计算 p 的 8 邻域像素值,根据细化条件,将 p 设为背景像素;

其中,所述数据统计过程为对裂缝的宽度、长度和方向几何参数进行统计分析,了解裂缝的整体特征,计算均值、标准差统计指标,描绘裂缝参数的分布情况;

所述结构健康评估过程为根据裂缝的几何参数数据,结合混凝土结构的设计要求,评估裂缝对结构健康和安全性的影响,提出修复与维护建议。