CN111504232B - 一种混凝土裂缝数字化检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种混凝土裂缝数字化检测方法，目的在于提供一种高效精确的混凝土裂缝面积测算方法。该方法，首先，采集某一时刻某一混凝土裂缝的高清混凝土裂缝图像；其次，对混凝土裂缝图像进行处理，提取裂缝；然后，采用最密矩形叠加法对提取的裂缝进行图像分析，测算混凝土裂缝开裂面积；最后，采用分割后误差极限控制方法确保了分割测算的混凝土裂缝精度，得到混凝土裂缝的近似面积。该方法巧妙结合了混凝土裂缝发展特性，通过多次分割，采用最紧密矩形叠加法，测算混凝土裂缝开裂面积；同时采用分割后误差极限控制方法确保了分割测算的混凝土裂缝精度，为工程结构的混凝土裂缝检测定量评价提供有效保障。

Description

一种混凝土裂缝数字化检测方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种混凝土裂缝数字化检测方法。
背景技术
随着高性能混凝土在工程上的不断应用，其结构开裂问题也日益严重。混凝土由于早期自收缩、塑性收缩、干燥收缩等会引起体积变化，当受到周围的约束时就会产生自应力，这是导致混凝土开裂的主要原因。混凝土裂缝的发展是导致混凝土劣化和破坏的直接因素，严重影响混凝土结构安全性、耐久性和服役寿命。因此，通过定量检测和评判混凝土开裂情况有助于评估工程结构安全性。
一般情况下，通过测量混凝土裂缝的长度和宽度，然后定义裂缝权重值来评测开裂程度。这种方法精度和效率比较低，而且受人为主观因素影响大。随着数字图像技术不断的发展，数字化设备的不断进步，基于数字图像技术的混凝土裂缝检测开始在土木工程中逐渐得到应用。当前采用数字化技术检测裂缝面积方法不多。有采用像素计算法，计算裂缝面积所占像素个数，再根据像素宽度计算面积，但误差较大，精度有限。传统混凝土裂缝评估采用人工视觉检测混凝土裂缝，该方法效率低，可重复性差，且环境局限性大。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当视为承认或以任何形式暗示该信息为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提供了一种混凝土裂缝数字化检测方法，基于混凝土裂缝发展特性，采用最紧密矩形叠加法测算混凝土裂缝开裂面积，通过多次分割计算和误差限控制，提高了混凝土裂缝面积测算精度，更为准确的反映裂缝面积真实值。同时克服了采用混凝土裂缝长度、裂缝宽度评判混凝土开裂程度的限制。
为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：
一种混凝土裂缝数字化检测方法，包括：
步骤一、采用摄像设备采集某一时刻的某一混凝土裂缝的裂缝图像；
步骤二、对所述裂缝图像进行处理，提取裂缝；
步骤三、记所述裂缝两端点间长度为L，沿L方向等间距将裂缝分成N份；
步骤四、取第i份裂缝作为计算对象，则裂缝总面积S为：
Figure 934211DEST_PATH_IMAGE001
(1)
再以裂缝i左边或者右边宽度中点为原点，做X轴将裂缝i分割为i1和i2两部分，则裂缝Si总面积为：
Figure 478324DEST_PATH_IMAGE002
(2)
步骤五、针对i1部分，以Li为长，平移至与i1部分裂缝边缘相交点，得到宽度Wi1，计算矩形Si11面积，再沿Li方向等间距将裂缝Si12分成N份，取第j部分为计算对象计算剩余部分Si12面积；按上述方法计算各个矩形面积，这样第二次分割取矩形后，第i1份裂缝面积Si1如下：
Figure 829671DEST_PATH_IMAGE003
(3)
同理，第二次分割后，第i2份裂缝面积Si2如下：
Figure 775631DEST_PATH_IMAGE004
(4)
第一次N等距划分得到总裂缝面积S如下：
Figure 187020DEST_PATH_IMAGE005
(5)
第二次N等距划分得到总裂缝面积S如下：
Figure 218430DEST_PATH_IMAGE006
(6)
继续分割，采用最密矩形叠加法计算混凝土裂缝面积：当第n+1次划分得到裂缝面积Sn+1与第n次划分得到裂缝面积Sn满足下面关系：
Figure 373468DEST_PATH_IMAGE007
(7)
则分割结束，即取Sn为整条裂缝的近似面积。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明提供了一种混凝土裂缝数字化检测方法，首先，采集某一时刻某一混凝土裂缝的高清混凝土裂缝图像；其次，对混凝土裂缝图像进行处理，提取裂缝；然后，采用最密矩形叠加法对提取的裂缝进行图像分析，测算混凝土裂缝开裂面积；最后，采用分割后误差极限控制方法确保了分割测算的混凝土裂缝精度，得到混凝土裂缝的近似面积。本发明巧妙结合了混凝土裂缝发展特性，通过多次分割，采用最紧密矩形叠加法，测算混凝土裂缝开裂面积。同时采用分割后误差极限控制方法确保了分割测算的混凝土裂缝精度，为工程结构的混凝土裂缝检测定量评价提供有效保障，有利于工程结构安全性和服役寿命的评估。
进一步地，所述步骤一包括采用裂缝检测车、无人机或者水下机器人搭载高精度高分辨率摄像机采集裂缝图像。基于数字化图像分析技术的混凝土裂缝检测，则速度快、效率高、更为精准。
进一步地，所述步骤二的图片处理方法包括：基于灰度阈值原理最大熵门限化法、基于边缘强度分割法、Sobel算子或者最大类间方差法。通过前述方法可以有效提取真实的混凝土裂缝图像，从而方便后续采用最密矩形叠加法计算混凝土裂缝面积，使得计算出来的混凝土裂缝面积更加逼近实际值。
进一步地，所述步骤四中Li=L/N。
进一步地，所述步骤三中假定混凝土裂缝沿长度方向发展。通常情况下，混凝土裂缝的延展方向是长度方向。
附图说明
图1为本发明一实施例中混凝土裂缝数字化检测方法中步骤三的示意图；
图2为本发明一实施例中混凝土裂缝数字化检测方法中第i部分裂缝示意图；
图3为本发明一实施例中混凝土裂缝数字化检测方法中第i部分裂缝分割示意图；
图4为本发明一实施例中混凝土裂缝数字化检测方法中计算裂缝Si1面积示意图；
图5为本发明一实施例中混凝土裂缝数字化检测方法中计算裂缝Si12第j部分面积示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的混凝土裂缝数字化检测方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。
实施例一
下面结合图1至图5，详细说明本发明的混凝土裂缝数字化检测方法。
请参考图1至图5，一种混凝土裂缝数字化检测方法，包括：
步骤一、采用裂缝检测车、无人机、水下机器人等设备搭载高精度高分辨率摄像机等摄像设备采集某一时刻的某一混凝土裂缝的裂缝图像；
步骤二、通过基于灰度阈值原理最大熵门限化法、基于边缘强度分割法、Sobel算子以及最大类间方差法等方法对裂缝图像进行处理，提取裂缝；
步骤三、记裂缝两端点间长度为L，沿L方向等间距将裂缝分成N份，如图1所示；
步骤四、取第i份裂缝作为计算对象，如图2所示，则裂缝总面积S为：
Figure 144240DEST_PATH_IMAGE008
(1)
再以裂缝i左边或者右边宽度中点为原点，做X轴将裂缝i分割为i1和i2两部分，如图3所示，则裂缝Si总面积为：
Figure 851165DEST_PATH_IMAGE009
(2)
步骤五、针对i1部分，以Li为长，其中，Li=L/N，平移至与i1部分裂缝边缘相交点，得到宽度Wi1，计算矩形Si11面积，也就是说，矩形Si11面积具体是指第i次分割时第一次取得的矩形面积，如图4所示；再沿Li方向等间距将裂缝Si12分成N份，其中每个等份沿L方向的长度为L/(N*N)，取第j部分为计算对象计算剩余部分Si12面积，如图5所示；按上述方法计算各个矩形面积，这样第二次分割取矩形后，第i1份裂缝面积Si1如下：
Figure 510817DEST_PATH_IMAGE010
(3)
同理，第二次分割后，第i2份裂缝面积Si2如下：
Figure 328600DEST_PATH_IMAGE011
(4)
第一次N等距划分得到总裂缝面积S如下：
Figure 858938DEST_PATH_IMAGE012
(5)
第二次N等距划分得到总裂缝面积S如下：
Figure 736765DEST_PATH_IMAGE013
(6)
继续分割，采用最密矩形叠加法计算混凝土裂缝面积：当第n+1次划分得到裂缝面积Sn+1与第n次划分得到裂缝面积Sn满足下面关系：
Figure 618133DEST_PATH_IMAGE014
(7)
则分割结束，即取Sn为整条裂缝基于最密矩形叠加法计算所得近似面积。
具体来说，本发明提供了一种混凝土裂缝数字化检测方法，首先，采集某一时刻某一混凝土裂缝的高清混凝土裂缝图像；其次，对混凝土裂缝图像进行处理，提取裂缝；然后，采用最密矩形叠加法对提取的裂缝进行图像分析，测算混凝土裂缝开裂面积；最后，采用分割后误差极限控制方法确保了分割测算的混凝土裂缝精度，得到混凝土裂缝的近似面积。本发明巧妙结合了混凝土裂缝发展特性，通过多次分割，采用最紧密矩形叠加法，测算混凝土裂缝开裂面积。同时采用分割后误差极限控制方法确保了分割测算的混凝土裂缝精度，为工程结构的混凝土裂缝检测定量评价提供有效保障，有利于工程结构安全性和服役寿命的评估。
上述实例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受以上实施例的限制。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种混凝土裂缝数字化检测方法，其特征在于，包括：
步骤一、采用摄像设备采集某一时刻的某一混凝土裂缝的裂缝图像；
步骤二、对所述裂缝图像进行处理，提取裂缝；
步骤三、记所述裂缝两端点间长度为L，沿L方向等间距将裂缝分成N份；
步骤四、取第i份裂缝作为计算对象，则裂缝总面积S为：
Figure 984624DEST_PATH_IMAGE001
(1)
再以裂缝i左边或者右边宽度中点为原点，做X轴将裂缝i分割为i1和i2两部分，则裂缝Si总面积为：
Figure 51937DEST_PATH_IMAGE002
(2)
步骤五、针对i1部分，以Li为长，其中，Li=L/N,平移至与i1部分裂缝边缘相交点，得到宽度Wi1，计算矩形Si11面积，再沿Li方向等间距将裂缝Si12分成N份，取第j部分为计算对象计算剩余部分Si12面积；按上述方法计算各个矩形面积，这样第二次分割取矩形后，第i1份裂缝面积Si1如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
(3)
同理，第二次分割后，第i2份裂缝面积Si2如下：
Figure 787681DEST_PATH_IMAGE004
(4)
第一次N等距划分得到总裂缝面积S如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
(5)
第二次N等距划分得到总裂缝面积S如下：
Figure 250891DEST_PATH_IMAGE006
(6)
继续分割，采用最密矩形叠加法计算混凝土裂缝面积：当第n+1次划分得到裂缝面积Sn+1与第n次划分得到裂缝面积Sn满足下面关系：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
(7)
则分割结束，即取Sn为整条裂缝的近似面积。
2.如权利要求1所述的混凝土裂缝数字化检测方法，其特征在于，所述步骤一包括采用裂缝检测车、无人机或者水下机器人搭载高精度高分辨率摄像机采集裂缝图像。
3.如权利要求1所述的混凝土裂缝数字化检测方法，其特征在于，所述步骤二的图片处理方法包括：基于灰度阈值原理最大熵门限化法、基于边缘强度分割法、Sobel算子或者最大类间方差法。
4.如权利要求1所述的混凝土裂缝数字化检测方法，其特征在于，所述步骤三中假定混凝土裂缝沿长度方向发展。
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