基于對(duì)抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建筑混凝土細(xì)小裂縫精準(zhǔn)識(shí)別方法研究

王丹，夏亮

基于對(duì)抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建筑混凝土細(xì)小裂縫精準(zhǔn)識(shí)別方法研究

王丹，夏亮

（池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑與園林系，安徽 池州 247100）

針對(duì)常規(guī)方法識(shí)別裂縫圖像目標(biāo)像素時(shí)噪聲點(diǎn)作為虛假裂縫仍保留在像素區(qū)域中，導(dǎo)致建筑混凝土裂縫幾何參數(shù)識(shí)別誤差較大的問題，提出一種基于對(duì)抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建筑混凝土細(xì)小裂縫精準(zhǔn)識(shí)別方法。首先，灰度轉(zhuǎn)換混凝土裂縫原始圖像，結(jié)合閾值分割和高斯梯度法，區(qū)分圖像目標(biāo)和背景；然后，設(shè)置裂縫和虛假裂縫判別條件，去除目標(biāo)像素中的噪聲點(diǎn)，利用初始像素框，裁剪篩選后的裂縫像素；最后，將上述像素輸入對(duì)抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，獲得裂縫類別信息，將建筑混凝土圖像裂縫段細(xì)化為像素級(jí)的骨架，計(jì)算建筑混凝土裂縫長(zhǎng)度、寬度、面積，結(jié)合類別信息、裁剪定位信息和幾何參數(shù)信息，完成建筑混凝土細(xì)小裂縫識(shí)別。以三跨連續(xù)拱橋混凝土細(xì)小裂縫為例設(shè)置對(duì)比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)方法減小了裂縫長(zhǎng)度和裂縫寬度識(shí)別誤差，裂縫幾何參數(shù)識(shí)別結(jié)果滿足精度要求。

對(duì)抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；混凝土裂縫；圖像剪裁；增強(qiáng)濾波；特征向量；幾何信息

混凝土這一原材料被廣泛應(yīng)用于道路、樓房、橋梁等設(shè)施中，由于建筑工程所處環(huán)境非常復(fù)雜，當(dāng)?shù)鼗冃?、溫度變化時(shí)，建筑混凝土?xí)a(chǎn)生一些裂縫[1]。若裂縫面積超出一定限制，會(huì)引起滲漏，影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，降低建筑的承載能力，因而混凝土裂縫識(shí)別十分重要[2]。但人工識(shí)別裂縫存在許多弊端，識(shí)別過程危險(xiǎn)，效率低，識(shí)別范圍存在限制。因此，研究混凝土裂縫識(shí)別方法，應(yīng)用人工智能、圖像識(shí)別等技術(shù)，為裂縫識(shí)別提供新的手段具有重要意義[3]?，F(xiàn)階段，混凝土裂縫識(shí)別相關(guān)研究取得較大進(jìn)展，利用設(shè)備采集混凝土表面裂縫，通過圖像處理技術(shù)，預(yù)處理獲取的原始圖像，采用邊緣檢測(cè)、支持向量機(jī)、閾值分割、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)等算法，分析處理后的圖像，得到裂縫的最終識(shí)別結(jié)果[4-5]。

文獻(xiàn)[6]提出基于計(jì)算機(jī)視覺的裂縫識(shí)別方法。該方法利用形態(tài)學(xué)運(yùn)算和傳感器畸變校準(zhǔn)，提取圖像的裂縫區(qū)域，通過對(duì)圖像模糊、增強(qiáng)等一系列處理，將存在裂縫之處進(jìn)行標(biāo)記，并消除其中存在的孤立點(diǎn)，分析裂縫擴(kuò)散規(guī)律，完成裂縫的有效識(shí)別。但該方法濾波能力較差，裂縫幾何參數(shù)識(shí)別誤差較大。文獻(xiàn)[7]提出基于光頻域反射計(jì)技術(shù)的裂縫識(shí)別方法。采用光頻域反射計(jì)技術(shù)，識(shí)別裂縫形態(tài)信息，監(jiān)測(cè)裂縫發(fā)展?fàn)顩r，當(dāng)混凝土裂縫預(yù)警超出寬度，即超過0.002mm的微裂縫時(shí)進(jìn)行有效地預(yù)警與識(shí)別。該方法可及時(shí)發(fā)現(xiàn)裂縫，其工作效率較高。但該方法沒有考慮到裂縫方向的多樣性，裂縫幾何參數(shù)識(shí)別誤差同樣較大。

針對(duì)以上問題，結(jié)合現(xiàn)有的研究理論，提出基于對(duì)抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建筑混凝土細(xì)小裂縫精準(zhǔn)識(shí)別。并通過實(shí)驗(yàn)分析了驗(yàn)證了本文方法識(shí)別的有效性。

1 建筑混凝土細(xì)小裂縫精準(zhǔn)識(shí)別方法設(shè)計(jì)

1.1 預(yù)處理建筑混凝土細(xì)小裂縫原始圖像

采集建筑混凝土細(xì)小裂縫圖像，預(yù)處理原始圖像。利用無人機(jī)，獲取建筑狹小地方的混凝土裂縫，將航拍相機(jī)安裝在飛行器上，在距離混凝土表面0.5～1.0m處，采集裂縫圖像。人工采集建筑寬敞地方的混凝土裂縫，使用帶有調(diào)平功能的三腳架，固定分辨率較高的相機(jī)，減少拍攝過程中的抖動(dòng)，確保裂縫處于屏幕正中央。在此過程中，由于相機(jī)的微小抖動(dòng)，導(dǎo)致的相機(jī)分辨率變化對(duì)本文的研究影響較小，可忽略相機(jī)像素對(duì)裂縫識(shí)別中的微小影響。