基于圖像識別技術的橋梁病害檢測技術研究

馬衛建，孫凱林

(東北林業大學土木工程學院)

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基于圖像識別技術的橋梁病害檢測技術研究

馬衛建，孫凱林

(東北林業大學土木工程學院)

研究橋梁病害檢測技術，運用程序語言基于數字圖像處理，設計出一套橋梁病害檢測程序，對已知橋梁病害信息進行數據信息采集，并標識病害部位，快速準確簡潔的得到病害信息數據，從而為橋梁病害檢測工作提供了便捷的、精確的、快速的處理手段。該程序系統由數據處理子系統和圖像采集子系統兩部分組成，兩系統相互結合使得病害信息在檢測處理中能達到相當好的效果。橋梁結構病害可以通過此方法快速準確的標識出病害的精確位置。裂縫病害在這項技術應用中得到了充分發揮，可為日后橋梁檢測工作提供可靠的技術支持，使得橋梁檢測工作更加快速。

圖像識別技術；橋梁病害；檢測技術；裂縫

1 數字圖像處理技術

數字圖像處理是一項通過計算機對圖片信息進行處理、分析，最終得到所需信息的技術。在現代化信息時代，數字圖像處理技術得到了充分的發展，并在各個領域都得到了應用。通訊、圖片傳輸、宇宙測量、遙感、醫學、視頻、多媒體技術和科學可視化等等領域得到廣泛的應用，在人們的日常生活中的作用越來越重要。

數字圖像處理指用計算機對圖像進行分析處理，以獲取所需信息的技術，并不是簡單的應用圖片工具對圖片進行調整。圖像處理就是把圖像數據輸入到計算機里，然后經過加工，最后輸出所需信息，主要內容見表1。

表1 圖像處理內容

數字圖像處理可以使病害圖像信息處理精度高，處理效果易于控制，具有處理信息的多樣性、圖像數據信息量龐大和綜合性強等優點。

2 病害檢測程序方案設計

2.1 橋梁病害檢測程序設計

程序在設計過程中主要結合通過目測對結構病害觀測并拍攝。我們觀察病害除了直接觀察外，還需用相機將病害拍攝下來，通過拍攝的圖片或影像來觀察病害。所以在進行設計軟件時須對結構病害進行采集；其次是對病害進行標識；最后進行裂縫的測量。在進行檢測時可以在現場實時的觀察，也可以后期在辦公室進行觀察，并且方便日后對病害進行再次的確認。因此程序要對病害進行實時的觀察，利用計算機圖像信息處理技術對病害信息的圖片進行數字圖像處理并對病害信息進行測量。計算機圖像處理時會根據圖像的質量及病害信息的程度對圖像使用圖像縮放、灰度變化、圖像去噪、圖像增強、邊緣檢測等圖像處理技術。通過圖像處理完成病害識別，得到含有裂縫信息的圖片，經過測量后得到裂縫的長度和寬度等。程序設計思路方法及步驟如圖1所示。

2.2 病害信息采集

病害信息采集方法基于圖像處理技術。通常圖像數據采集的方式有如表2和圖1。

表2 圖像數據采集方式

圖1 軟件設計步驟

2.3 病害標識

病害信息采集后，在測量階段程序自動對不同的病害信息進行識別，標定及測量工作。

圖2 病害標識流程圖

3 裂縫病害在程序中的應用

3.1 裂縫測量

裂縫測量過程包括數字圖像處理和裂縫測量兩階段。

階段一：將采集到的橋梁病害圖像加以分析處理，所有操作均以數字圖像信息為對象。圖像處理階段包括圖像的灰度轉換、圖像銳化、圖像邊緣處理、圖像的噪音處理、直方圖修正等方面。通過對圖像的處理，可以將橋梁的裂縫信息直觀的在電腦屏幕上顯示。

階段二：裂縫測量，應用測量算法對僅含有裂縫信息的圖像中的裂縫進行測量。

圖3 裂縫測量流程圖

3.2 實驗與分析

實驗采用相機拍攝，并假定拍攝角度為90°。利用本實驗開發的軟件系統對拍攝于哈爾濱市農村公路橋梁不同條件下的病害圖像進行實驗，以獲得圖像中裂縫寬度的測量參數。

(1)橋臺裂縫軟件分析結果

表3 裂縫寬度的軟件計算與顯微鏡測量數據對比

截取位置軟件計算尺寸/mm顯微鏡測量尺寸/mm平均誤差分析/mmA最小值：0．119248最大值：0．480696平均值：0．228910人眼估計值：0．25-0．02109

續表3

(2)誤差分析

①對于橋梁橋臺裂縫圖像，此軟件計算誤差分別為-0.021 09 mm、0.008 17 mm，計算誤差均在有效范圍內，算法有效。

②利用軟件計算分析的裂縫最小值完全接近于裂縫實際人眼觀測值。

4 結 論

(1)基于圖像識別技術對橋梁病害信息進行定量分析，并研究相關檢測軟件的設計。利用設計軟件處理圖像信息使得橋梁病害信息觀察更加直觀化，特別是裂縫圖像信息在本軟件中的應用，縮短了常規橋梁檢測的時間，提高了檢測效率。

(2)利用軟件對裂縫病害進行實測應用，分析誤差小，均在有效范圍內，可為日后相關工作提供合理參考。

[1] 王宗龍.混凝土橋梁常見病害及防治對策[J].福建交通科技,2008,(3): 85-87.

[2] 高湘玲.PCB數字圖像檢測與識別系統[D].成都:西南交通大學,2002.

[3] 何東健.數字圖像處理[M].西安:西安電子科技大學出版社,2007.

2014-05-06

馬衛建(1991-)，男，學士，研究方向：道路與橋梁工程。

U442

C

1008-3383(2015)11-0145-01