基于RGB顏色分析的電梯層門腐蝕程度評(píng)價(jià)研究

摘要：受腐蝕性海洋氣候如高鹽、高濕、高溫的影響，位于沿海地區(qū)的電梯設(shè)備的零部件和電氣元件都會(huì)受到不同程度的腐蝕。文中選取電梯層門為研究對(duì)象，電梯層門腐蝕面積以及腐蝕產(chǎn)物的顏色是獲取層門腐蝕信息的一個(gè)重要指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)電梯層門腐蝕等級(jí)的重要數(shù)據(jù)來(lái)源。筆者擬采用RGB顏色分析法描述層門腐蝕產(chǎn)物的顏色特征，通過(guò)二值法對(duì)腐蝕產(chǎn)物顏色特征進(jìn)行分割，確定各個(gè)腐蝕特征區(qū)域的面積，并計(jì)算各個(gè)腐蝕特征區(qū)域的R、G、B平均顏色值。通過(guò)將每個(gè)腐蝕區(qū)域的腐蝕產(chǎn)物顏色值與標(biāo)準(zhǔn)顏色值進(jìn)行相似度計(jì)算，計(jì)算每個(gè)腐蝕區(qū)域的腐蝕等級(jí)，得到層門的腐蝕等級(jí)，實(shí)現(xiàn)材料腐蝕程度的評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：電梯層門；顏色分析；腐蝕等級(jí)

Research on Evaluation of Corrosion Degree of Elevator Floor Landing Doors Based on RGB Color Analysis

WU Chengting

（ Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute， Fuzhou 350008， Fujian， China）

Abstract： Affected by corrosive marine climates such as high salinity， high humidity， and high temperatures， the components and electrical components of elevator equipment located in coastal areas are subject to varying degrees of corrosion. This article selects elevator landing doors as the research object. The corrosion area of elevator landing doors and the color of corrosion products are important indicators for obtaining corrosion information of landing doors， and are also important data sources for evaluating the corrosion level of elevator landing doors. This article intends to use the RGB color analysis method to describe the color characteristics of gate corrosion products. The binary method is used to segment the color characteristics of corrosion products， determine the area of each corrosion feature area， and calculate the average color values of R， G， and B for each corrosion feature area. By calculating the similarity between the color values of corrosion products in each corrosion area and the standard color values， the corrosion level of each corrosion area is calculated， and ultimately the corrosion level of the layer gate is obtained， achieving the evaluation of material corrosion degree.

Key Words：" Elevator landing doors; Color analysis; Corrosion level

0 引言

隨著現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展，電梯已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡拇怪苯煌üぞ?，其安全性和舒適性也越來(lái)越受到人們關(guān)注。平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)地處海洋性氣候，具有高鹽、高溫、高濕等環(huán)境特點(diǎn)，區(qū)域內(nèi)的特種設(shè)備常年受到海風(fēng)侵蝕，電梯的零部件和電氣元件更容易發(fā)生腐蝕。因腐蝕是一個(gè)緩慢的過(guò)程，電梯維保人員在日常保養(yǎng)過(guò)程中往往容易忽視，等電梯零部件、電氣元件失效或功能缺失后才會(huì)去除銹或更換新零部件。

電梯層門在電梯轎廂即將離開(kāi)層站位置前的狀態(tài)下關(guān)閉，隔開(kāi)層站處的人員，防止墜落和剪切事故的發(fā)生。環(huán)境造成的腐蝕會(huì)導(dǎo)致電梯層門運(yùn)行卡阻或者保持裝置失效，如圖1、圖2所示。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，電梯層門系統(tǒng)造成的事故占所有電梯事故的80%以上。

1層門腐蝕產(chǎn)物顏色分析及處理

層門能夠防止人員墜落和剪切，對(duì)于電梯整體安全運(yùn)行至關(guān)重要。層門和井道內(nèi)機(jī)房?jī)?nèi)的機(jī)電設(shè)備所處環(huán)境不同，是直接接觸外部環(huán)境的零部件，由于各種環(huán)境因素的影響，層門表面會(huì)發(fā)生腐蝕，并產(chǎn)生腐蝕產(chǎn)物。層門表面的腐蝕產(chǎn)物是判斷層門在海洋性氣候環(huán)境下腐蝕程度的一個(gè)重要指標(biāo)［1］。因此，能夠準(zhǔn)確分析層門表面的腐蝕產(chǎn)物的顏色是判斷層門腐蝕程度的重要基礎(chǔ)。因?yàn)槊總€(gè)現(xiàn)場(chǎng)的電梯檢驗(yàn)人員對(duì)于層門表面的腐蝕顏色及腐蝕等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的理解與判斷不同，也缺乏統(tǒng)一的判斷標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于同一個(gè)層門腐蝕程度的檢測(cè)結(jié)果往往不一致。對(duì)于腐蝕程度的判斷主要是定性為主，沒(méi)有進(jìn)行定量分析，無(wú)法準(zhǔn)確判斷層門的腐蝕程度，人工肉眼觀測(cè)也受人為主觀因素的影響。且電梯層門表面腐蝕產(chǎn)物在外形和顏色上通常是不規(guī)律的，用常規(guī)的檢測(cè)工具及人工肉眼很難準(zhǔn)確描述層門表面腐蝕特征的面積及腐蝕產(chǎn)物的顏色特征。

層門表面的腐蝕程度圖像可作為一種信息記錄，隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和圖像處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，外觀的腐蝕信息通?？捎蓤D像來(lái)記錄[2-4]。文中通過(guò)計(jì)算機(jī)處理層門表面腐蝕的圖像，并將這些圖像信息進(jìn)行處理和識(shí)別，同時(shí)將圖像的信息進(jìn)行提取和分類，進(jìn)而對(duì)腐蝕產(chǎn)物中的腐蝕產(chǎn)物面積占比及各個(gè)腐蝕區(qū)域中的紅、黃、藍(lán)（RBG）顏色特征的平均值作為該層面腐蝕圖像的一個(gè)特征值，將其與標(biāo)準(zhǔn)顏色的圖譜進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而得到層門腐蝕等級(jí)。

2 層門的腐蝕產(chǎn)物顏色分析及處理

2.1 電梯層門腐蝕圖像的獲取

因電梯通常是已經(jīng)投入現(xiàn)場(chǎng)使用的設(shè)備，為了獲取電梯各個(gè)層門表面腐蝕程度較大的腐蝕區(qū)域圖像，筆者研究設(shè)計(jì)了一款利用工業(yè)相機(jī)以及專業(yè)攝像鏡頭能夠在現(xiàn)場(chǎng)采集電梯層門腐蝕圖像的儀器，如圖3所示。該儀器中支撐L型鋁合金板的橫梁可以將工業(yè)相機(jī)位置進(jìn)行前后調(diào)整，攝像頭距離層門的垂直位置可以通過(guò)固定在左右兩邊支撐梁進(jìn)行大范圍調(diào)整，還可以通過(guò)固分定在工業(yè)相機(jī)的L型鋁合金板進(jìn)行小范圍調(diào)整，鏡頭微調(diào)功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)層門表面的精準(zhǔn)對(duì)焦。通過(guò)固定在左右兩邊支撐梁的高均勻條形光源可以保證被獲取圖像的層面表面光照充足；由于層面表面是金屬覆蓋，為避免燈光照射造成的反光現(xiàn)象，該條形光源是平行相向布置。

由于該裝置之間的固定都是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并且能夠提供穩(wěn)定的光源，均勻照射層門表面，使得層門的腐蝕特征與其他表面特征能夠形成較大的反差。通過(guò)工業(yè)相機(jī)和鏡頭對(duì)圖像的獲取，并且經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換后可以將圖像轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)。因而，該裝置能夠提供穩(wěn)定和相對(duì)一致的檢測(cè)環(huán)境，這樣能夠很好地保留圖像顏色的真實(shí)性。

2.2 電梯層門腐蝕圖像的分割

圖像分割是根據(jù)層門腐蝕產(chǎn)物顏色特征的各個(gè)顏色區(qū)域進(jìn)行分割[5]。對(duì)于圖像的分割，最常使用的是二值化處理，圖3是層門腐蝕的原始圖像。二值化處理是將腐蝕圖像分成兩個(gè)部分，高于閾值的部分和低于閾值的部分[6-8]。由于每一個(gè)試驗(yàn)樣品材料腐蝕區(qū)域的腐蝕程度不一樣，因此在采集到的圖像上將呈現(xiàn)出多個(gè)腐蝕特征，在各區(qū)域中利用自適應(yīng)閾值的方法對(duì)腐蝕產(chǎn)物的圖像進(jìn)行分割，從而提取不同的腐蝕特征信息，考慮每個(gè)像素點(diǎn)的局部特性，以便得到更準(zhǔn)確的分割信息。為了能夠更好地處理圖像的邊緣問(wèn)題，采用圖像處理中形態(tài)學(xué)的開(kāi)運(yùn)算和閉運(yùn)算進(jìn)行降噪處理，以便得到更準(zhǔn)確的分割信息。圖5是經(jīng)過(guò)二值化和形態(tài)學(xué)降噪處理后的圖像[9-10]。

在將腐蝕特征二值化分割及降噪處理后，確定各個(gè)腐蝕特征顏色區(qū)域邊界，腐蝕特征的區(qū)域邊界與原始圖像進(jìn)行相與運(yùn)算后，得到將原始圖像分割出各個(gè)腐蝕特征的圖像，如圖6所示。

2.3 電梯層門腐蝕圖像的特征提取

對(duì)于層門腐蝕的圖像處理，可在各個(gè)分割后的圖像提取4個(gè)主要的特征值，第一個(gè)特征值是各個(gè)腐蝕區(qū)域占整個(gè)圖像腐蝕區(qū)域的面積比，其余三個(gè)特征值是各個(gè)腐蝕區(qū)域內(nèi)的腐蝕圖像中所有像素的R、G、B的平均值。各個(gè)腐蝕區(qū)域內(nèi)的四個(gè)特征值組成一個(gè)特征向量，其中：

3 層門的腐蝕程度的評(píng)定

將層面圖像進(jìn)行分割后，各個(gè)分割區(qū)域內(nèi)的特征向量可以作為評(píng)價(jià)腐蝕試驗(yàn)腐蝕等級(jí)狀況的評(píng)定依據(jù)。為了確定材料腐蝕等級(jí)狀況，必須建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圖譜信息表，與腐蝕產(chǎn)物的顏色進(jìn)行對(duì)照比較，從而確定材料腐蝕產(chǎn)物的腐蝕等級(jí)。圖6中是經(jīng)過(guò)處理后的腐蝕特征的圖像。未被腐蝕的區(qū)域顯示單色黑，其RGB的色值為（0，0，0），其對(duì)應(yīng)的腐蝕程度為0，表示未被腐蝕，而其他被腐蝕區(qū)域以整體顏色為標(biāo)準(zhǔn)建立標(biāo)準(zhǔn)顏色與腐蝕等級(jí)關(guān)系，如表1所示。

基于笛卡爾坐標(biāo)系的RGB模型中，每一種顏色都是在彩色空間立方體中的一個(gè)點(diǎn)，原點(diǎn)是單色黑，白色位于立方體的體對(duì)角線最遠(yuǎn)處。文中采用腐蝕區(qū)域中RGB的顏色平均值分別與標(biāo)準(zhǔn)圖像中標(biāo)準(zhǔn)顏色的RGB值的歐式距離，可用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中為腐蝕區(qū)域中的RGB與標(biāo)準(zhǔn)圖像之間的歐式距離，分別為腐蝕區(qū)域紅、黃、藍(lán)三種顏色的平均值。分別為標(biāo)準(zhǔn)圖像中的色值。值越小，說(shuō)明與標(biāo)準(zhǔn)圖像越接近，即可認(rèn)為該腐蝕區(qū)域的腐蝕等級(jí)與這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)色的腐蝕等級(jí)相同。通過(guò)上述的公式可以得到所有分割區(qū)域的腐蝕等級(jí)。

在考慮到圖像內(nèi)的每個(gè)分割區(qū)域占比以及各個(gè)分割區(qū)域內(nèi)的腐蝕等級(jí)，整個(gè)圖像的腐蝕等級(jí)可由以下公式得到：

上述式中為整個(gè)圖像等級(jí)（計(jì)算結(jié)果取整），為各個(gè)分割區(qū)域占整個(gè)圖像的面積比，為各個(gè)分割區(qū)域的腐蝕等級(jí)，為圖像分割的區(qū)域數(shù)。該評(píng)價(jià)方法不僅考慮每個(gè)分割區(qū)域腐蝕等級(jí)，也考慮了每個(gè)腐蝕區(qū)域占對(duì)整個(gè)層門腐蝕程度的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

文中以層門的腐蝕為研究對(duì)象，提出通過(guò)利用圖像處理技術(shù)，將電梯層門的腐蝕圖像進(jìn)行二值化和形態(tài)學(xué)降噪處理后，對(duì)電梯層門的腐蝕圖像的進(jìn)行分割；并利用各個(gè)圖像區(qū)域內(nèi)的四個(gè)特征值作為腐蝕產(chǎn)物的評(píng)價(jià)參數(shù)，再把各個(gè)腐蝕區(qū)域的RGB的平均值與標(biāo)準(zhǔn)色卡值進(jìn)行歐氏距離計(jì)算得到各個(gè)腐蝕區(qū)域的腐蝕等級(jí)；最后，根據(jù)腐蝕區(qū)域的面積比與各個(gè)腐蝕區(qū)域的腐蝕等級(jí)的乘積和作為整個(gè)腐蝕圖像的腐蝕等級(jí)評(píng)價(jià)，并實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果的定量化處理。

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收稿日期：2023-09-13

項(xiàng)目基金：福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院項(xiàng)目“海洋性氣候條件下在用電梯腐蝕評(píng)估及防腐蝕措施研究”（項(xiàng)目編號(hào)：FJTJ2021008）

作者簡(jiǎn)介：吳城汀，男 ，福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，高級(jí)工程師