基于多光谱特征融合的腐蚀区域三维重建与体积量化方法与流程

本发明涉及腐蚀检测与三维重建，具体涉及基于多光谱特征融合的腐蚀区域三维重建与体积量化方法。

背景技术：

1、现有腐蚀检测技术中，多光谱成像能够利用不同波段下腐蚀产物、基体材料及表面污染物的光谱响应差异，实现腐蚀区域的识别与分割，三维重建技术则能够获取腐蚀区域的空间形貌并用于面积、深度及体积量化；然而，在将二维多光谱腐蚀标签映射至三维网格模型的过程中，现有方法通常依据相机标定参数将图像标签直接赋予对应三角面片或顶点，缺乏对二维图像分辨率与三维网格面片尺度匹配关系的有效评估，当多光谱图像中存在密集针孔点蚀、微小腐蚀斑或边界破碎腐蚀区域，而三维网格因点云稀疏、网格简化或重建精度不足导致面片尺度较大时，单个三角面片可能覆盖多个腐蚀与非腐蚀状态，进而造成多个微小腐蚀缺陷被平均化、合并或漏检，使腐蚀区域边界、腐蚀坑数量、最大腐蚀深度及体积量化结果产生较大偏差，难以满足高精度腐蚀评估和结构安全监测的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于多光谱特征融合的腐蚀区域三维重建与体积量化方法，以解决背景技术中不足。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于多光谱特征融合的腐蚀区域三维重建与体积量化方法，包括：

3、获取待测构件的多光谱图像及三维网格模型，对所述多光谱图像进行腐蚀识别，得到二维腐蚀标签及腐蚀概率分布；

4、根据相机标定参数将三维网格模型中的各三角面片投影至所述多光谱图像，获得各三角面片对应的二维投影区域；

5、基于所述二维投影区域内腐蚀标签的离散程度、腐蚀连通域数量及腐蚀概率波动，生成面片内标签碎裂指数；

6、基于所述三角面片的尺度、邻域曲率变化、深度残差及局部采样稀疏程度，生成网格微坑吞并指数；

7、融合所述面片内标签碎裂指数和网格微坑吞并指数，得到分辨率失配风险值，并据此划分风险等级；

8、根据所述风险等级对三角面片执行多点采样、局部细分或局部重建，得到调整后的三维网格，将二维腐蚀标签重新映射至所述调整后的三维网格，并基于映射结果计算腐蚀区域的面积、深度及体积。

9、优选的，对所述多光谱图像进行腐蚀识别，得到二维腐蚀标签及腐蚀概率分布，包括：依据三维网格模型反投影至多光谱图像后的局部法向变化和深度连续性，将多光谱图像划分为若干几何响应一致区域，在每一几何响应一致区域内选取多波段反射特征稳定的像素作为区域基准光谱，并基于区域基准光谱对同一区域内的多光谱像素进行相对光谱校正，根据校正后的多光谱像素与区域基准光谱之间的差异生成腐蚀响应图，并对腐蚀响应图进行连通约束和概率平滑，得到二维腐蚀标签及腐蚀概率分布。

10、优选的，获得各三角面片对应的二维投影区域，包括：

11、依据相机标定参数将各三角面片的顶点转换至多光谱图像坐标系，获得各三角面片的初始图像覆盖区域，根据各三角面片转换后的深度连续性和边缘投影弯曲程度，对不满足投影一致性的三角面片进行局部虚拟细分，得到细分面片集合，按照细分面片集合在多光谱图像中的深度先后关系和法向可见性剔除被遮挡投影像素，保留与多光谱相机直接可见的有效投影像素，以有效投影像素形成二维投影区域。

12、优选的，二维投影区域通过亚像素覆盖比例确定，包括：

13、将多光谱图像中的像素划分为多个亚像素采样点，并判断各亚像素采样点是否落入细分面片集合的投影范围，当多个细分面片覆盖同一亚像素采样点时，保留插值深度最小且满足法向可见性的细分面片对应的亚像素采样点，根据同一图像像素中归属于同一原始三角面片的亚像素采样点数量确定亚像素覆盖比例，并基于亚像素覆盖比例建立二维投影区域与原始三角面片之间的关联关系。

14、优选的，生成面片内标签碎裂指数，包括：

15、将各三角面片对应的二维投影区域按照亚像素覆盖比例转换为面片内等面积采样单元，并将二维腐蚀标签及腐蚀概率分布赋予各等面积采样单元；

16、依据等面积采样单元之间的邻接关系对同一三角面片内的腐蚀标签进行连通域追踪，得到面片内腐蚀连通域数量及各腐蚀连通域的空间间隔；

17、根据腐蚀连通域的空间间隔、面积占比差异、质心分散状态及腐蚀概率波动状态进行归一化融合，得到用于表征微小腐蚀缺陷被同一三角面片平均化风险的面片内标签碎裂指数。

18、优选的，生成网格微坑吞并指数，包括：

19、以各三角面片为中心选取与其共享边或共享顶点的邻接三角面片，构建面片邻域，并基于面片邻域内三角面片的边长分布及二维投影区域内腐蚀连通域等效直径确定面片尺度表征值；

20、根据面片邻域内各三角面片相对于中心三角面片的法向变化方向和法向变化幅度，提取邻域曲率变化特征；

21、基于面片邻域内各三角面片中心点相对于局部参考面的有符号距离确定深度残差特征，并结合局部采样点间距确定局部采样稀疏特征，将面片尺度表征值、邻域曲率变化特征、深度残差特征及局部采样稀疏特征融合得到网格微坑吞并指数。

22、优选的，融合所述面片内标签碎裂指数和网格微坑吞并指数，得到分辨率失配风险值，包括：

23、依据同一三角面片对应的面片内标签碎裂指数和网格微坑吞并指数，确定该三角面片处于低失配状态、二维腐蚀标签碎裂主导状态、三维网格吞并主导状态或二维三维共同失配状态，对二维三维共同失配状态赋予高于二维腐蚀标签碎裂主导状态和三维网格吞并主导状态的风险增强权重，基于风险增强权重融合面片内标签碎裂指数和网格微坑吞并指数，得到各三角面片的分辨率失配风险值。

24、优选的，据此划分风险等级，包括：

25、以三角面片的面片邻域为计算范围，基于邻域内各三角面片的分辨率失配风险值及中心点距离确定邻域一致风险值，根据当前三角面片的分辨率失配风险值与邻域一致风险值之间的差异确定相邻风险一致性，并利用相邻风险一致性对分辨率失配风险值进行修正；

26、按照修正后的分辨率失配风险值将各三角面片划分为低风险等级、中风险等级、高风险等级和严重风险等级。

27、优选的，根据所述风险等级对三角面片执行多点采样、局部细分或局部重建，得到调整后的三维网格，包括：

28、对低风险等级的三角面片保留原始面片拓扑，对中风险等级的三角面片在顶点、边中点和面片重心设置面内多点采样位置，对高风险等级的三角面片提取二维投影区域内腐蚀标签与非腐蚀标签的交界像素，将交界像素反算至三角面片内并作为分割点进行局部细分，对严重风险等级的三角面片依据其面片邻域内原始三维采样点及腐蚀连通域对应投影范围进行局部重建，得到调整后的三维网格。

29、优选的，将二维腐蚀标签重新映射至所述调整后的三维网格，并基于映射结果计算腐蚀区域的面积、深度及体积，包括：

30、将经多点采样、局部细分或局部重建形成的调整后面片与调整前的三角面片建立继承关系，并将调整前的二维投影区域、腐蚀连通域编号及腐蚀概率分布关联至对应的调整后面片，根据继承关系将二维腐蚀标签重新赋予调整后面片，确定各调整后面片的腐蚀覆盖状态、腐蚀概率及所属腐蚀连通域，基于调整后面片的腐蚀覆盖状态和腐蚀概率确定腐蚀参与面积，并结合调整后面片相对于局部参考面的深度偏离状态计算腐蚀区域的面积、深度及体积。

31、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

32、本发明并非将二维腐蚀标签直接贴附到三维网格面片上，而是先针对每个三角面片建立二维投影区域，进一步从二维标签侧生成面片内标签碎裂指数，从三维几何侧生成网格微坑吞并指数，再融合得到分辨率失配风险值并划分风险等级。该手段能够在标签映射前主动识别一个三角面片覆盖多个微小腐蚀斑以及三维网格无法承载微小点蚀形貌的失配区域，解决现有技术中因图像分辨率与网格尺度不匹配导致微小点蚀被平均化、合并或漏检的问题，从而提高腐蚀区域边界、点蚀数量和腐蚀风险位置的识别可靠性。

33、本发明进一步根据风险等级对三角面片执行差异化动态调整，而不是对整个三维模型统一加密或直接采用固定采样方式；低风险区域保留原始面片，中风险区域进行面内多点采样，高风险区域沿二维腐蚀标签边界局部细分，严重风险区域基于原始三维采样点局部重建，并将二维腐蚀标签重新映射至调整后的三维网格。该手段使网格调整直接受腐蚀标签碎裂状态和微坑吞并状态驱动，既避免全局加密带来的计算冗余，又使微小腐蚀坑边界和凹陷深度获得更精细的几何承载基础，从而直接提高腐蚀面积、最大深度和体积量化的准确性。