一种基于图像技术的桥梁表面裂缝识别方法与流程

技术特征：
1.一种基于图像技术的桥梁表面裂缝识别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1、采集桥梁表面的图像信息；步骤s2、对采集的图像信息中含有裂缝的图像进行前处理，获取裂缝上边缘、骨架和下边缘三条单像素宽度曲线以及曲线上每个像素点的三维坐标；步骤s3、计算裂缝骨架曲线法线方向裂缝宽度方差；步骤s4、计算裂缝上边缘曲线二阶导数值方差；步骤s5、计算裂缝下边缘曲线二阶导数值方差；步骤s6、分别将法线方向裂缝宽度方差、上边缘曲线二阶导数值方差和下边缘曲线二阶导数值方差乘以相应权重系数后相加构造真伪判别系数，通过设置真伪判别系数阈值识别桥梁表面裂缝真伪。2.根据权利要求1所述的一种基于图像技术的桥梁表面裂缝识别方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述前处理包括以下子步骤：子步骤s21、尺寸标定，计算每个像素点的单边尺寸和平面坐标；子步骤s22、裂缝关键信息提取，得到裂缝上边缘、骨架和下边缘三条单像素宽度曲线；子步骤s23、按走向排序，分别按走向计算裂缝上边缘、骨架和下边缘三条单像素宽度曲线上每个像素点的排列序号；所述三维坐标包括平面坐标和排列序号。3.根据权利要求1所述的一种基于图像技术的桥梁表面裂缝识别方法，其特征在于，所述步骤s3包括以下子步骤：子步骤s31、采用三点插值法拟合裂缝骨架曲线函数，求出中间点的法线方程；子步骤s32、分别在裂缝上边缘曲线和裂缝下边缘曲线与法线交点两侧的特定范围内求直线方程代替该处边缘曲线；分别求解出该处裂缝上边缘和裂缝下边缘直线方程与法线方程的交点坐标；子步骤s33、计算两个交点之间的距离作为骨架曲线在该像素点处法线方向的裂缝宽度d
n
；子步骤s34、重复子步骤s31～子步骤s33，逐个计算出裂缝骨架曲线上第二个像素点至倒数第二个像素点之间各像素点对应的法线方向裂缝宽度d
n
；子步骤s35、计算法线方向裂缝宽度d
n
的平均值计算公式如下：子步骤s36、计算法线方向裂缝宽度的方差计算公式如下：其中，n为裂缝骨架的单像素宽度曲线上像素点的最大排列序号。4.根据权利要求1所述的一种基于图像技术的桥梁表面裂缝识别方法，其特征在于，所
述步骤s4包括以下子步骤：子步骤s41、采用三点插值法拟合裂缝上边缘曲线函数，并计算中间点处二阶导数值；子步骤s42、重复子步骤s41，逐个计算出裂缝上边缘曲线上第二个像素点至倒数第二个像素点之间各像素点对应的二阶导数值；子步骤s43、计算上边缘曲线各像素点对应二阶导数值的平均值；子步骤s44、根据上边缘曲线各像素点对应的二阶导数值及上边缘曲线各像素点二阶导数的平均值计算上边缘曲线二阶导数值的方差。5.根据权利要求4所述的一种基于图像技术的桥梁表面裂缝识别方法，其特征在于，采用三点插值法拟合裂缝上边缘曲线函数，并计算中间点处二阶导数值的方法为：取裂缝上边缘曲线三个连续像素点，其三维坐标为依次为s
l-1
(x
l-1
,y
l-1
,l-1)、s
l
(x
l
,y
l
,l)、s
l 1
(x
l 1
,y
l 1
,l 1)；其中，2≤l≤l-1，l为裂缝上边缘的单像素宽度曲线上像素点的最大排列序号；当x
l-1
、x
l
、x
l 1
均不相等时，通过三点插值法拟合得到的上边曲线函数为y
sl
＝ax2 bx c，s
l
(x
l
,y
l
,l)点处的二阶导数为：y
sl
″
＝2a；当x
l-1
＝x
l
或x
l
＝x
l 1
或x
l-1
＝x
l 1
时，设在yox坐标系下通过三点插值法拟合得到的上边缘曲线函数为求其反函数得到在xoy坐标系下上边缘曲线函数为s
l
(x
l
,y
l
,l)点处的二阶导函数为：若a>0且时，若a>0且时，若a<0且时，若a<0且时，当x
l-1
＝x
l
＝x
l 1
时，上边缘曲线函数为直线，s
l
(x
l
,y
l
,l)点处的二阶导数为：y
sl
″
＝0。6.根据权利要求5所述的一种基于图像技术的桥梁表面裂缝识别方法，其特征在于，计算上边缘曲线各像素点对应二阶导数值的平均值的计算公式如下：其中，表示上边缘曲线各像素点对应二阶导数值的平均值。7.根据权利要求6所述的一种基于图像技术的桥梁表面裂缝识别方法，其特征在于，计算上边缘曲线二阶导数值的方差的计算公式如下：
其中其中表示上边缘曲线二阶导数值的方差。8.根据权利要求1所述的一种基于图像技术的桥梁表面裂缝识别方法，其特征在于，所述步骤s5包括：采用三点插值法拟合裂缝下边缘曲线函数，逐个计算出裂缝下边缘曲线上第二个像素点至倒数第二个像素点之间各像素点对应的二阶导数值，并计算下边缘曲线的二阶导数值的方差；计算下边缘曲线二阶导数值的方差的计算公式如下：其中，表示下边缘曲线二阶导数值的方差；y
tm
″
表示下边缘曲线各像素点对应二阶导数值，表示下边缘曲线各像素点对应二阶导数值的平均值；2≤m≤m-1；m为下边缘曲线像素点的最大排列序号。9.根据权利要求1所述的一种基于图像技术的桥梁表面裂缝识别方法，其特征在于，在所述步骤s6包括以下子步骤：子步骤s61、设置法线方向裂缝宽度方差的权重系数p
d
、上边缘曲线二阶导数值方差的权重系数p
s
和下边缘曲线二阶导数值方差相应的权重系数p
t
的值，其中p
d
p
s
p
t
＝1；子步骤s62、基于法线方向裂缝宽度方差上边缘曲线二阶导数值方差下边缘曲线二阶导数值方差及权重系数p
d
、权重系数p
s
、权重系数p
t
构造真伪判别系数φ；所述真伪判别系数φ的构造公式如下：子步骤s63、设置真伪判别系数阈值φ0，当φ≥φ0时，判定该曲线为真裂缝，当φ<φ0时，判定该曲线为假裂缝。

技术总结
本发明涉及一种基于图像技术的桥梁表面裂缝识别方法，包括：采集桥梁表面的图像信息；通过前处理得到裂缝上边缘、骨架和下边缘三条单像素宽度曲线以及像素点的三维坐标；采用三点插值法分别拟合裂缝上边缘、骨架和下边缘曲线的曲线函数，求解出骨架曲线上像素点处法线方向的裂缝宽度和裂缝上边缘、下边缘曲线的二阶导数，分别计算出裂缝宽度和二阶导数的方差，乘以相应权重系数后相加构造真伪判别系数，通过设置真伪判别系数阈值识别桥梁表面裂缝真伪。本发明算法以裂缝宽度变化值、边缘曲线凹凸性为区别裂缝真伪的主要特征值，构造判别系数进行真伪识别，计算效率和识别准确率高，为桥梁表面混凝土裂缝检测定量评价提供了有效保障。有效保障。有效保障。


技术研发人员：熊邵辉 陈斌 陈亨驰 王鹏 朱俊良 陈伟
受保护的技术使用者：招商局重庆交通科研设计院有限公司
技术研发日：2022.03.15
技术公布日：2022/5/20