基于视觉检测的预应力孔道压浆密实度检测方法与流程

本发明涉及预应力孔道压浆质量检测，具体为基于视觉检测的预应力孔道压浆密实度检测方法。

背景技术：

1、预应力孔道压浆密实度直接影响预应力构件的结构安全性与耐久性。现有压浆密实度检测技术包括冲击回波法、超声波透射法、探地雷达法等无损检测手段。冲击回波法通过分析弹性波在孔道内传播时的反射信号判断缺陷，超声波透射法则依赖声波穿过浆体时的波速变化和衰减特性定位脱空位置。红外热成像技术利用浆体与空隙区域的热传导差异探测缺陷边界，射线检测法则通过透射成像获得孔道内部密度分布图像。

2、现有技术方案在压浆缺陷识别精度与边界定位能力方面存在明显缺陷。冲击回波法和超声波法对微小空隙区域的敏感度不足，当空隙尺寸小于传感器波长时反射信号难以与背景噪声分离，导致局部脱空被漏判。红外热成像受环境温度梯度干扰严重，孔道周边混凝土的温度场非均匀性会造成热图像中浆体与空隙之间不存在清晰可辨识的灰度突变界面。射线法虽能直接成像，但二维投影图像丢失了环向深度信息，无法区分孔道正面与背面的空隙叠合，造成空隙面位置误判。全景摄像装置获取的孔道内壁图像可提供环向展开的完整纹理信息，但现有图像分析法仅采用全局灰度阈值划分浆体与空隙区域，忽略了浆体与空隙之间存在宽度不均的过渡带，单一阈值分割会将过渡带强制划归为浆体或空隙中的一类，导致边界附近的脱空面积被系统性地高估或低估。同时，对于灰度差异不显著的疑似脱空区段，全局阈值法缺乏独立的多角度特征复核机制，无法对浆体脱空的真实环向边界进行精确锁定。因此，如何对浆体空隙过渡区的宽度进行量化并根据该宽度触发针对性的复核流程，以及如何对灰度模糊区域采用多角度纹理特征匹配手段确定脱空边界线，是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于视觉检测的预应力孔道压浆密实度检测方法，通过提取孔道内壁局部纹理特征点并基于其分布密度识别浆体填充区域与空隙区域，进而根据两者边界形态计算浆体界面过渡区宽度值，量化浆体与空隙间非理想突变界面的过渡范围；当浆体界面过渡区宽度值超出预设宽度阈值时标记待复核区段，对待复核区段获取多角度局部图像并提取梯度方向直方图特征向量，利用不同轴向位置特征向量之间的相似度匹配结果确定浆体脱空边界线，最终基于脱空边界线围合区域面积计算孔道压浆密实度检测值。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种基于视觉检测的预应力孔道压浆密实度检测方法，所述方法包括：获取预应力孔道内壁的初始全景图像序列；对所述初始全景图像序列执行光照不均校正，得到均匀光照全景图像序列；根据所述均匀光照全景图像序列提取孔道内壁的多个局部纹理特征点；基于多个所述局部纹理特征点在所述均匀光照全景图像序列中的分布密度，识别孔道内壁的多个浆体填充区域和多个空隙区域；根据多个所述浆体填充区域与多个所述空隙区域之间的边界形态，计算孔道内壁的浆体界面过渡区宽度值；当所述浆体界面过渡区宽度值超过预设宽度阈值时，标记对应的孔道区段为待复核区段，并获取所述待复核区段在所述初始全景图像序列中的多角度局部图像；对所述多角度局部图像进行梯度方向直方图特征提取，得到多个梯度方向特征向量；根据多个所述梯度方向特征向量之间的相似度匹配结果，确定所述待复核区段的浆体脱空边界线；根据所述浆体脱空边界线围合的区域面积与所述待复核区段的孔道横截面积之比，得到孔道压浆密实度检测值。该方案通过全景视觉检测手段对孔道内壁状况进行全面采集与智能分析，依次经过光照校正、纹理特征提取、区域识别及界面过渡区宽度计算，能够更为精细地反映浆体填充与空隙分布的过渡状态；在界面过渡区异常时进一步启动多角度复核，利用梯度方向特征和相似度匹配精确定位脱空边界，最终以面积比值的方式量化密实度，有效提升了检测结果的准确性和可靠性。

3、作为本发明的一个优选技术方案，所述获取预应力孔道内壁的初始全景图像序列的步骤，包括：将全景摄像装置沿预应力孔道的轴线方向以恒定速度推送进入孔道内部；在推送过程中控制所述全景摄像装置围绕所述轴线方向以预设角速度连续旋转，采集多圈环向图像；将每圈环向图像按照采集时刻顺序拼接，形成单圈全景环带图像；将多圈所述全景环带图像按照推送方向依次排列，并将相邻两圈所述全景环带图像的重叠区域进行像素级配准融合，得到所述初始全景图像序列。该优选方案通过匀速推进与恒角速度旋转的协同控制，结合重叠区域的配准融合，能够在狭长孔道内获得连续、完整且几何一致性良好的内壁全景图像序列，为后续分析处理提供高质量的基础图像数据。

4、作为本发明的一个优选技术方案，所述对所述初始全景图像序列执行光照不均校正，得到均匀光照全景图像序列的步骤，包括：将所述初始全景图像序列中的每一帧全景图像划分为多个等尺寸的图像子块；计算每个所述图像子块内的平均灰度值，并根据全部所述图像子块的平均灰度值构建光照背景曲面；将所述光照背景曲面进行平滑插值处理，得到每个像素位置对应的背景光照估计值；将每一帧所述全景图像中每个像素的原始灰度值除以该像素位置对应的所述背景光照估计值，得到每个像素的校正灰度值；将所有所述校正灰度值按照原始像素位置重新排列，生成每一帧所述全景图像的校正图像，并将全部所述校正图像按原始序列顺序排列，得到所述均匀光照全景图像序列。该优选方案能够自适应地估计出孔道内不均匀照明的背景分布，并通过逐像素校正有效消除光照渐变和局部阴影带来的影响，使校正后的图像序列各区域纹理表现一致，便于进行稳定可靠的特征提取。

5、作为本发明的一个优选技术方案，所述根据所述均匀光照全景图像序列提取孔道内壁的多个局部纹理特征点的步骤，包括：对所述均匀光照全景图像序列中的每一帧均匀光照全景图像执行多尺度高斯滤波，构建该帧图像的图像高斯金字塔；在所述图像高斯金字塔的每一层中，计算每个像素点的海森矩阵响应值；将同一层中所述海森矩阵响应值大于该层预设响应阈值的像素点标记为该层的候选特征点；对不同层之间的所述候选特征点进行空间位置匹配，将空间位置偏差小于预设偏差阈值的多个所述候选特征点归并为同一组；将同一组中具有最大海森矩阵响应值的所述候选特征点作为该组的局部纹理特征点，得到多个所述局部纹理特征点。该优选方案通过多尺度空间分析和海森矩阵响应筛选，能够稳健地提取出孔道内壁在不同尺度上重复出现的稳健纹理特征点，排除噪声和弱纹理干扰，提取结果具有尺度不变性和良好的重复性。

6、作为本发明的一个优选技术方案，所述基于多个所述局部纹理特征点在所述均匀光照全景图像序列中的分布密度，识别孔道内壁的多个浆体填充区域和多个空隙区域的步骤，包括：将所述均匀光照全景图像序列中的每一帧均匀光照全景图像划分为多个等面积的统计网格；统计每个所述统计网格内包含的所述局部纹理特征点的数量，得到每个所述统计网格的特征点计数；将所述特征点计数大于预设高密度阈值的所述统计网格标记为浆体填充网格，并将所述特征点计数小于预设低密度阈值的所述统计网格标记为空隙网格；对全部所述浆体填充网格进行四连通域合并，得到多个所述浆体填充区域；对全部所述空隙网格进行四连通域合并，得到多个所述空隙区域。该优选方案将特征点分布密度转化为区域属性判据，能够实现对浆体覆盖区和脱空区的高效自动分割，避免依赖单一灰度阈值造成的误判，提高了区域识别对纹理差异的敏感度和鲁棒性。

7、作为本发明的一个优选技术方案，所述根据多个所述浆体填充区域与多个所述空隙区域之间的边界形态，计算孔道内壁的浆体界面过渡区宽度值的步骤，包括：提取每个所述浆体填充区域的浆体外边界轮廓线，并提取每个所述空隙区域的空隙外边界轮廓线；将所述浆体外边界轮廓线与所述空隙外边界轮廓线之间的最短距离作为该浆体填充区域与该空隙区域之间的初始边界间距；根据所述初始边界间距筛选出与每个所述浆体填充区域相邻的所有空隙区域；从与每个所述浆体填充区域相邻的所有空隙区域中选取所述初始边界间距最小的空隙区域作为该浆体填充区域的配对空隙区域；将所述浆体填充区域与所述配对空隙区域之间的所述初始边界间距作为该位置处的浆体界面过渡区宽度值。该优选方案通过轮廓最短距离计算和最小间距配对，能够精确度量浆体与空隙之间过渡区域的宽度，客观反映浆体边缘的密实程度变化，为判断是否存在潜在脱空薄弱环节提供量化依据。

8、作为本发明的一个优选技术方案，所述当所述浆体界面过渡区宽度值超过预设宽度阈值时，标记对应的孔道区段为待复核区段，并获取所述待复核区段在所述初始全景图像序列中的多角度局部图像的步骤，包括：获取所述浆体界面过渡区宽度值所对应的所述浆体填充区域在所述均匀光照全景图像序列中的图像位置坐标；根据所述图像位置坐标确定所述浆体界面过渡区宽度值所对应的孔道轴向位置，并将该孔道轴向位置的前一预设距离和后一预设距离之间的孔道区段标记为所述待复核区段；从所述初始全景图像序列中提取覆盖所述待复核区段的多帧全景图像；对每帧所述全景图像按照环向角度进行切割，得到多个环向角度子图像；将相同环向角度的所述环向角度子图像按照孔道轴向顺序排列，形成对应每个环向角度的所述多角度局部图像。该优选方案利用初始图像序列进行多角度重组，能够针对疑似脱空区段获得在不同环向视角下的展开图像，便于从多个方向独立观察和确认脱空的存在及范围，降低漏检和误检的风险。

9、作为本发明的一个优选技术方案，所述对所述多角度局部图像进行梯度方向直方图特征提取，得到多个梯度方向特征向量的步骤，包括：对每个角度的所述多角度局部图像中的每一帧子图像计算每个像素点的梯度幅值和梯度方向；将每一帧所述子图像划分为多个等尺寸的单元格；统计每个所述单元格内所有像素点的梯度方向分布，生成该单元格的梯度方向直方图；将同一帧所述子图像中全部所述单元格的梯度方向直方图按照单元格位置顺序进行串联拼接，生成该帧子图像的子图像特征向量；将同一环向角度索引下每一帧子图像对应的子图像特征向量作为该帧的梯度方向特征向量，按轴向顺序排列得到多个梯度方向特征向量，同一环向角度索引下各帧的梯度方向特征向量具有相同的维度，该维数为单元格总数量乘以9；对于同一幅所述多角度局部图像，将该多角度局部图像中按照轴向顺序排列的每一帧子图像对应的子图像特征向量分别作为该帧的梯度方向特征向量，按轴向顺序排列构成该环向角度索引对应的梯度方向特征向量序列；对全部环向角度索引逐一执行该操作，得到多个环向角度索引各自对应的梯度方向特征向量序列。

10、作为本发明的一个优选技术方案，所述根据多个所述梯度方向特征向量之间的相似度匹配结果，确定所述待复核区段的浆体脱空边界线的步骤，包括：从多个所述梯度方向特征向量中选取位于所述待复核区段起始端的第一特征向量和位于所述待复核区段末尾端的第二特征向量；计算所述第一特征向量与其余每个所述梯度方向特征向量之间的第一余弦相似度，并计算所述第二特征向量与其余每个所述梯度方向特征向量之间的第二余弦相似度；将每个所述梯度方向特征向量对应的所述第一余弦相似度和所述第二余弦相似度进行加权求和，得到该梯度方向特征向量的综合相似度；将所述综合相似度低于预设相似度阈值的梯度方向特征向量所对应的环向角度位置标记为浆体脱空候选边界；将全部所述浆体脱空候选边界按照环向角度顺序连接，形成所述浆体脱空边界线。该优选方案利用首尾参考向量与其余角度向量的综合相似度进行边界判别，能够自动在环向方向上找出非浆体填充区域的起始和终止角度，从而准确界定脱空边界的完整轮廓，具备较强的抗干扰能力和辨识精度。

11、作为本发明的一个优选技术方案，所述根据所述浆体脱空边界线围合的区域面积与所述待复核区段的孔道横截面积之比，得到孔道压浆密实度检测值的步骤，包括：将所述浆体脱空边界线投影到所述待复核区段的横截面上，得到脱空区域投影轮廓；计算所述脱空区域投影轮廓所围合的第一面积值；获取所述待复核区段在所述初始全景图像序列中对应的孔道内径值，并根据所述孔道内径值计算所述待复核区段的孔道横截面的第二面积值；将所述第一面积值除以所述第二面积值，得到所述待复核区段的脱空面积占比；将数值一减去所述脱空面积占比，得到所述孔道压浆密实度检测值。该优选方案将脱空边界线围合面积与孔道理论横截面积进行归一化处理，以简单的面积比形式输出最终的密实度检测值，直观反映压浆填充的密实程度，便于工程验收和质量评判。

12、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

13、通过提取局部纹理特征点并基于分布密度识别浆体填充区域和空隙区域，浆体表面的粗糙纹理与空隙区域的平滑内壁在特征点密度上呈现显著差异，无需依赖单一灰度阈值即可实现两类区域的划分。在此基础上，提取各区域的外边界轮廓线并计算浆体与配对空隙区域之间的初始边界间距，该间距直接对应浆体界面过渡区的宽度值，将过渡区宽度作为独立参数纳入分析流程，使得灰度渐变区域的宽度被量化表征，而非被强制归入浆体或空隙类别，从而消除了因过渡带识别模糊导致的脱空面积计算偏差。

14、对于过渡区宽度超出预设阈值的孔道区段，将其标记为待复核区段并获取覆盖该区段的多角度局部图像，对各角度图像逐帧提取梯度方向直方图特征向量。梯度方向直方图特征对光照变化与局部灰度偏移不敏感，能够稳定描述浆体填充区域与脱空区域在不同环向角度下的纹理结构差异。通过计算待复核区段起始端与末尾端特征向量同每个环向角度位置特征向量之间的余弦相似度并进行加权融合，得到综合相似度，将综合相似度低于阈值的环向角度位置标记为浆体脱空候选边界并连接成浆体脱空边界线。这一处理将灰度模糊区域内的脱空边界判别问题转化为多角度纹理特征的一致性匹配问题，环向边界定位不再依赖于像素灰度绝对值，避免了过渡区内因灰度渐变而导致的边界抖动和虚假轮廓，使脱空边界线的空间形态更贴近真实浆体脱空分布。