CN113420599A - 一种桁架桥节点板视觉特征标识编解码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种桁架桥节点板视觉特征标识编解码方法，包括：字典建立：预先生成包含节点板特定结构参数信息映射形式的字典；编码生成：得到的字典键值和任一桁架桥梁节点板的实际结构参数生成信息编码，生成结构编码；编码布置；信息解码：获取其中的信息编码和结构编码，结合信息编码和预编制的字典，解码得到该节点板特定结构参数特征，并根据结构编码对预处理后的图像进行裁剪，得到节点标准子图。与现有技术相比，本发明可以实现桁架桥节点板视觉特征的快速生成和获取，技能精确地反应桁架桥节点板的原始物理信息，又能适用于移动或固定摄像平台获取图片后的快速特征提取，使得桁架桥梁节点板的病害检测实现智能化和自动化。

Description

一种桁架桥节点板视觉特征标识编解码方法
技术领域
本发明涉及一种桥梁监测、检测领域，尤其是涉及一种桁架桥节点板视觉特征标识编解码方法。
背景技术
钢桁架桥梁由于其自重小、制作施工便捷，近年来深受桥梁工程师的青睐，并在大量的斜拉桥和悬索桥中得到应用。但是由于桁架本身的构造和受力特性，在桥梁上需要大量采用节点板对构件进行连接。
在钢桁架桥梁服役过程中，节点板构件会发生多种损伤和病害，具体包括钢板腐蚀、涂装劣化、螺栓脱落等。对于钢桁架桥梁来说，节点板病害的检测面临多个挑战：
一是钢桁架桥梁节点板数量众多，人工检测效率低下，往往需要检测后在节点板上进行标记；
二是节点板位置分布广泛，在桥梁上部分节点板位置不易接触；
三是标准化问题，节点板的腐蚀、涂装劣化程度难以定量统计和标准化记录。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种桁架桥节点板视觉特征标识编解码方法，即通过机器视觉的解决方案实现了钢桁架桥梁的节点板病害检测困难。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本技术方案的目的是保护一种桁架桥节点板视觉特征标识编解码方法，包括以下步骤：
S1：字典建立：
根据桁架桥梁节点板的特定结构参数特征，预先生成包含节点板特定结构参数信息映射形式的字典；
S2：编码生成：
根据S1中得到的字典键值和任一桁架桥梁节点板的实际结构参数生成信息编码；
根据节点板的实际区域参数，生成能够帮助矫正拍摄后图像的结构编码；
S3：编码布置：
将S2中生成的信息编码和结构编码以可视化的形式标识于该桁架桥梁节点板上或其附近位置；
S4：信息解码：
基于拍摄的桁架桥梁节点板图像，对拍摄的图像进行预处理，分别获取其中的信息编码和结构编码，结合信息编码和预编制的字典，解码得到该节点板特定结构参数特征，并根据结构编码对预处理后的图像进行裁剪，得到节点标准子图。
进一步地，所述信息编码包括节点板位置信息、节点板尺寸信息和节点板螺栓信息。
其中：
节点板螺栓信息包括点板对应螺栓位置的分布情况，并以稀疏矩阵表达；
所述节点板尺寸信息包括节点板的长宽以及厚度，以及节点板的面积。
进一步地，所述信息编码和结构编码的标识方式为直接标识和/或间接标识，其中：
直接标识为直接标识于桁架桥梁节点板上或其附近位置；
间接标识为先标识于载体上再贴设于桁架桥梁节点板上或其附近位置。
进一步地，所述信息编码采用二维码或一维码的形式。
进一步地，所述结构编码包括节点板图像矫正信息、节点板图像分割信息、节点板边界范围标定信息。
进一步地，所述结构编码采用棋盘格的形式，以此实现图像处理时的单目标定或多目标定。
进一步地，所述棋盘格以矩形块的形式标识于桁架桥梁节点板上，边缘和节点板边缘共线数量为2或4，以此标定节点板的范围。
进一步地，所述棋盘格在桁架桥梁节点板上标识有2或4处，以此分别构成“十”字标记形式或对角线标记形式；
所述“十”字标记形式中，四个棋盘格矩形块的外侧构成切割参照线；
所述对角线标记形式中，两个棋盘格矩形块均分布于桁架桥梁节点板的一对斜角上，使得棋盘格矩形块的直角边构成切割参照线。
进一步地，S4中所述的预处理包括：对拍摄的节点板图像进行二值化处理，提取棋盘格矩形块的位置，之后进行透视变换，完成预处理。
进一步地，S4中对预处理后的图像进行裁剪过程中，基于棋盘格矩形块与节点板边缘的交线，对校正后的节点板进行切割，得到节点板子图。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
一、本技术方案提出一种针对桁架桥节点板特征提取的标识及标识的编码和解码方法，该视觉编码标识的设计由两部分组成：1、该编码包含信息储存、信息提取功能，根据钢桁架桥梁节点板典型特征，其信息应包括节点板所处的位置信息、节点板的尺寸信息、节点板上螺栓信息等。2、该编码在结构形式上具有典型的计算机视觉特征，具有图像校正、图形分割、实际物理尺寸标定与定位等功能。可见通过本技术方案中的两类编码可以实现桁架桥节点板视觉特征的快速生成和获取，技能精确地反应桁架桥节点板的原始物理信息，又能适用于移动或固定摄像平台获取图片后的快速特征提取，使得桁架桥梁节点板的病害检测实现智能化和自动化。
二、本技术方案中的结构编码不仅可以用于图像处理时的单目标定或多目标定，能够帮助矫正图像，同时能够标定出节点板的区域，实现节点板的切割。
附图说明
图1为本技术方案中编码的信息功能和结构功能的示意图；
图2为本技术方案中使用二维码与棋盘格组合形式的编码结构示意图；
图3为本技术方案中使用另一种二维码与棋盘格组合形式的编码结构的示意图；
图4为本技术方案中编码技术流程示意图；
图5为本技术方案中解码技术流程示意图；
图6为本技术方案中使用一维码与棋盘格组合形式的编码结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例中对桁架桥节点板视觉特征标识编解码方法，包括以下步骤：
S1：字典建立：
根据桁架桥梁节点板的特定结构参数特征，预先生成包含节点板特定结构参数信息映射形式的字典，参见图1。
信息编码包括节点板位置信息、节点板尺寸信息和节点板螺栓信息。
其中：节点板螺栓信息包括点板对应螺栓位置的分布情况，并以稀疏矩阵表达。节点板尺寸信息包括节点板的长宽以及厚度，以及节点板的面积。
S2：编码生成：
参见图4，根据S1中得到的字典键值和任一桁架桥梁节点板的实际结构参数生成信息编码；根据节点板的实际区域参数，生成能够帮助矫正拍摄后图像的结构编码。结构编码包括节点板图像矫正信息、节点板图像分割信息、节点板边界范围标定信息本实施例中的结构编码采用棋盘格的形式，以此实现图像处理时的单目标定或多目标定。具体实施时，将构建的字典键值(节点板位置编码)、对应节点板的尺寸信息、节点板螺栓简略信息(用于校验)，按一定规则顺序编入二维码。
S3：编码布置：
参见图5，将S2中生成的信息编码和结构编码以可视化的形式标识于该桁架桥梁节点板上或其附近位置。信息编码和结构编码的标识方式为直接标识和/或间接标识，其中：直接标识为直接标识于桁架桥梁节点板上或其附近位置；间接标识为先标识于载体上再贴设于桁架桥梁节点板上或其附近位置，本实施例中信息编码采用二维码的形式。
具体实施时，可以采用直接喷涂的形式将编码标识于桁架桥梁节点板上，也可以采用先将编码喷涂于塑料板或其他材料板上，之后贴设于桁架桥梁节点板上。具体实施时，根据节点板螺栓排布，设置足够长度的棋盘格编码，其中棋盘格边缘和节点板边缘共线数量为4，用于标定节点板的范围。棋盘格以矩形块的形式标识于桁架桥梁节点板上，边缘和节点板边缘共线数量为4，以此标定节点板的范围。本实施例中，棋盘格在桁架桥梁节点板上标识有4处，以此分别构成“十”字标记形式。“十”字标记形式中，四个棋盘格矩形块的外侧构成切割参照线，二维码设于“十”字标记的中部位置，参见图2。
S4：信息解码：
基于拍摄的桁架桥梁节点板图像，对拍摄的图像进行预处理，分别获取其中的信息编码和结构编码，结合信息编码和预编制的字典，解码得到该节点板特定结构参数特征，并根据结构编码对预处理后的图像进行裁剪，得到节点标准子图。
具体的，本过程中基于透视变换后的图形提取二维码信息，根据预编制字典，解码节点板详细信息，并用螺栓信息与二维码中螺栓信息校核。
其中预处理包括：对拍摄的节点板图像进行二值化处理，提取棋盘格矩形块的位置，之后进行透视变换，完成预处理，预处理过程中可以使用棋盘格(由黑白方块间隔组成的标定板)，用它来作为相机标定的标定物(从真实世界映射到数字图像内的对象)用棋盘作为标定物是因为平面棋盘模式更容易处理(相对于复杂的三维物体)，但与此同时，二维物体相对于三维物体会缺少一部分信息，可多次改变棋盘的方位来捕捉图像，以求获得更丰富的坐标信息。预处理后的图像进行裁剪过程中，基于棋盘格矩形块与节点板边缘的交线，对校正后的节点板进行切割，得到节点板子图。
实施例2
参见图3和图6，本实施例采用棋盘格在桁架桥梁节点板上标识有4处，以此分别构成对角线标记形式。对角线标记形式中，两个棋盘格矩形块均分布于桁架桥梁节点板的一对斜角上，使得棋盘格矩形块的直角边构成切割参照线。图6中的信息编码采用一维码的形式。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种桁架桥节点板视觉特征标识编解码方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：字典建立：
根据桁架桥梁节点板的特定结构参数特征，预先生成包含节点板特定结构参数信息映射形式的字典；
S2：编码生成：
根据S1中得到的字典键值和任一桁架桥梁节点板的实际结构参数生成信息编码；
根据节点板的实际区域参数，生成能够帮助矫正拍摄后图像的结构编码；
S3：编码布置：
将S2中生成的信息编码和结构编码以可视化的形式标识于该桁架桥梁节点板上或其附近位置；
S4：信息解码：
基于拍摄的桁架桥梁节点板图像，对拍摄的图像进行预处理，分别获取其中的信息编码和结构编码，结合信息编码和预编制的字典，解码得到该节点板特定结构参数特征，并根据结构编码对预处理后的图像进行裁剪，得到节点标准子图。
2.根据权利要求1所述的一种桁架桥节点板视觉特征标识编解码方法，其特征在于，所述信息编码包括节点板位置信息、节点板尺寸信息和节点板螺栓信息。
3.根据权利要求1所述的一种桁架桥节点板视觉特征标识编解码方法，其特征在于，所述信息编码和结构编码的标识方式为直接标识和/或间接标识，其中：
直接标识为直接标识于桁架桥梁节点板上或其附近位置；
间接标识为先标识于载体上再贴设于桁架桥梁节点板上或其附近位置。
4.根据权利要求1所述的一种桁架桥节点板视觉特征标识编解码方法，其特征在于，所述信息编码采用二维码或一维码的形式。
5.根据权利要求1所述的一种桁架桥节点板视觉特征标识编解码方法，其特征在于，所述结构编码包括节点板图像矫正信息、节点板图像分割信息、节点板边界范围标定信息。
6.根据权利要求1所述的一种桁架桥节点板视觉特征标识编解码方法，其特征在于，所述结构编码采用棋盘格的形式，以此实现图像处理时的单目标定或多目标定。
7.根据权利要求6所述的一种桁架桥节点板视觉特征标识编解码方法，其特征在于，所述棋盘格以矩形块的形式标识于桁架桥梁节点板上，边缘和节点板边缘共线数量为2或4，以此标定节点板的范围。
8.根据权利要求7所述的一种桁架桥节点板视觉特征标识编解码方法，其特征在于，所述棋盘格在桁架桥梁节点板上标识有2或4处，以此分别构成“十”字标记形式或对角线标记形式；
所述“十”字标记形式中，四个棋盘格矩形块的外侧构成切割参照线；
所述对角线标记形式中，两个棋盘格矩形块均分布于桁架桥梁节点板的一对斜角上，使得棋盘格矩形块的直角边构成切割参照线。
9.根据权利要求1所述的一种桁架桥节点板视觉特征标识编解码方法，其特征在于，S4中所述的预处理包括：对拍摄的节点板图像进行二值化处理，提取棋盘格矩形块的位置，之后进行透视变换，完成预处理。
10.根据权利要求1所述的一种桁架桥节点板视觉特征标识编解码方法，其特征在于，S4中对预处理后的图像进行裁剪过程中，基于棋盘格矩形块与节点板边缘的交线，对校正后的节点板进行切割，得到节点板子图。
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