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

曾昭凌

(泉州市交通基本建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站)

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略小一些。

首先，數(shù)碼相機(jī)應(yīng)對準(zhǔn)裂縫的正上方進(jìn)行拍攝，否則會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)會存在較大程度上的誤差。

其次，應(yīng)控制好拍攝過程中的距離，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較弱的情況下，應(yīng)采取對應(yīng)的措施進(jìn)行光線的加強(qiáng)處理，否則可能會造成由于裂縫產(chǎn)生的反射光而降低圖像的質(zhì)量及裂縫的對比度，會導(dǎo)致后期處理效果差強(qiáng)人意。

(2)空間域圖像增強(qiáng)

對于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面來說，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簡單、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對單個(gè)像素點(diǎn)的處理，從而擴(kuò)大灰度值的范圍以及對比度，最終達(dá)到使圖像更加清晰、特征更加明顯的目的，此項(xiàng)過程并不會對各個(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，［0，L］為圖像灰度級的范圍，影響灰度級范圍高低的主要是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程中，可能受到光電轉(zhuǎn)換過程中的敏感元件靈敏度均勻性文藝以及數(shù)字化過程中的量化噪聲以及傳輸過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)重情況下還會淹沒裂縫圖像的本來特征。因此，為了能夠更好的表現(xiàn)出裂縫特征，需要對噪聲進(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圖像質(zhì)量進(jìn)行改善的同時(shí)，抽出對象特征。

(4)圖像邊緣檢測

對數(shù)字圖像來說，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，并通過圖像局部的不連續(xù)性而表現(xiàn)出來。如果按照邊緣區(qū)域灰度變化的劇烈程度對其進(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，隨后對像素的邊緣強(qiáng)度進(jìn)行定義，并采用閾值的方法對邊緣點(diǎn)進(jìn)行提取，其檢測效果與檢測精度在很大程度上取決于邊緣檢測算法。

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

為了更好的對圖像分析技術(shù)在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面裂縫測量中的優(yōu)勢進(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 型號的接觸式裂縫寬度觀測儀來對裂縫寬度進(jìn)行直接性測試。為了確保采集數(shù)據(jù)的精確性，對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出的最大裂縫寬度識別值與實(shí)際測值之間的對比，對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)測值mm、識別值mm、絕對誤差mm 與相對誤差分別如下所示:

編號1:1.12、1.17、0.05、4.5

編號2:0.86、0.87、0.01、1.2

編號3:0.80、0.82、0.02、2.5

編號4:0.72、0.70、－0.02、2.8

編號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)測值mm、識別值mm、絕對誤差mm 與相對誤差分別如下所示:

編號1:0.12、1.19、0.07、6.2

編號2:0.86、0.80、－0.06、7.0

編號3:0.80、0.87、0.07、8.7

編號4:0.72、0.77、0.05、6.9

編號5:0.64、0.60、－0.04、6.3

3 小 結(jié)

首先，通過對圖像分析方法的測量過程詳細(xì)分析，從開始的圖像修正、對比增強(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)表面裂縫測量。不論是從正拍還是反拍的角度來說，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的寬度更好的識別，并且從該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果來看，從正拍角度獲取的圖像，其裂縫寬度識別精度可以達(dá)到93.4%，相同條件下如果采取斜拍獲取的圖像，雖然對其識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方法［J］.長沙理工大學(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.