圖像處理在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用與研究

李婷婷

摘要：本文主要介紹了圖像處理在建筑領(lǐng)域中應(yīng)用，包括裂縫檢測(cè)、形狀分析、銹蝕檢測(cè)以及特定物體檢測(cè)等。結(jié)合形狀分析的實(shí)例，說(shuō)明圖像處理與傳統(tǒng)檢測(cè)方案相比，具有高準(zhǔn)確率、便捷性的特征。

關(guān)鍵詞：圖像處理;銹蝕檢測(cè);形狀分析;裂縫檢測(cè)

一、簡(jiǎn)介

現(xiàn)如今，圖像識(shí)別、圖像處理等相關(guān)技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，其應(yīng)用在生活中的各個(gè)領(lǐng)域。主要思路是結(jié)合攝像頭捕捉目標(biāo)，經(jīng)過預(yù)處理后，將關(guān)注內(nèi)容提取出來(lái)，進(jìn)行對(duì)比分析等，從而得到有用的信息。

二、研究背景

在一些大型建筑領(lǐng)域，會(huì)涉及到許多鋼架結(jié)構(gòu)、橋梁設(shè)計(jì)等內(nèi)容。在傳統(tǒng)的檢測(cè)方案，一般是通過傳感器或者人工的方式進(jìn)行檢測(cè)。例如對(duì)于裂縫的存在與否，可以利用觀察其分布結(jié)構(gòu)，結(jié)合超聲波等方式進(jìn)行推演，對(duì)比檢測(cè)目標(biāo)與正常情況的差異情況，從而得知是否存在裂縫等問題。如果采用人工檢測(cè)，則需要較大一部分人力和資源用于結(jié)構(gòu)、材料的定期檢查和評(píng)估。

傳統(tǒng)的方案在一定程度上具有一定的局限性，不僅需要大量的人力物力資源，而且人工檢測(cè)可能會(huì)存在較大的誤差，這些問題是建筑工地上需要迫切處理的。如果可以利用人工智能中圖像識(shí)別等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行輔助檢測(cè)，將會(huì)很大程度上減少成本，提高效率和準(zhǔn)確率。

三、應(yīng)用領(lǐng)域分析

（一）裂縫檢測(cè)

根據(jù)設(shè)備采集的鋼架結(jié)構(gòu)圖像，分析其表面特征。通過圖像預(yù)處理將背景環(huán)境剔除，將需要分析的目標(biāo)提取出來(lái)，對(duì)其表面的紋理結(jié)構(gòu)，如果有像素突變情況，可能是存在裂縫或者其他雜物等。對(duì)所有疑似裂縫的地方進(jìn)行統(tǒng)一分析，對(duì)比其相關(guān)參數(shù)，例如像素突變處的面積大小、像素變化程度、形狀等;結(jié)合疑似處形狀與一般裂縫形狀對(duì)比，如果其具有裂縫的一般特征，兩邊窄小、中間部分較寬，便考慮其有大概率可能是裂縫。

對(duì)于一些噪聲影響，也可以通過上述參數(shù)進(jìn)行判斷。如果在檢測(cè)目標(biāo)表面存在一些雜物等，可以通過分析其紋理隨邊緣以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化情況，與裂縫紋理變化特征進(jìn)行對(duì)比，從而排除形狀相似但是紋理不具備裂縫特征的異物情況。

（二）形狀特征分析

對(duì)于某些建筑結(jié)構(gòu)，需要保證一些特殊的結(jié)構(gòu)形狀等。例如對(duì)于高架橋結(jié)構(gòu)，下面需要圓柱形橋墩進(jìn)行支撐，對(duì)于橋墩的形狀特征分析，可以把握是否有安全隱患的存在。當(dāng)橋墩明顯與地面有傾斜時(shí)，需要立即采取相應(yīng)措施;當(dāng)橋墩邊緣有明顯不平行或者有彎曲，則說(shuō)明其載重量超過它本身的承受范圍;需要對(duì)其加以保護(hù);再或者其表面有明顯缺失等情況，則需要對(duì)其進(jìn)行維護(hù)修理。

（三）腐蝕檢測(cè)

在結(jié)構(gòu)表面若是存在明顯紋理區(qū)別，有可能是腐蝕、生銹等原因。這種情況，也需要進(jìn)行專業(yè)處理，對(duì)于鋼架的生銹、腐蝕可能意味著材料老化，承載能力大大降低，嚴(yán)重時(shí)便不能達(dá)到初始要求。

對(duì)于腐蝕或者生銹的檢測(cè)，可以提起采取一些銹蝕的典型情況進(jìn)行分析，找出其顏色變化規(guī)律等，通過建立銹蝕對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而將待檢測(cè)目標(biāo)進(jìn)行歸類。如發(fā)現(xiàn)有疑似銹蝕危險(xiǎn)的情況發(fā)生，則應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行清洗處理，避免其后續(xù)帶來(lái)不必要的麻煩。

（四）特定物體檢測(cè)

有時(shí)，在建筑結(jié)構(gòu)中，會(huì)涉及到一些螺絲螺母等特定物體。對(duì)于這些物體的檢測(cè)，便于了解當(dāng)前結(jié)構(gòu)的完整性，是否具有潛在危險(xiǎn)等。在檢測(cè)特定物體時(shí)，主要思路是尋找特定某一類物體的形狀規(guī)律特征，例如螺母一般是有固定的幾種形狀，圓形或者多邊形等，所以可以就特殊形狀進(jìn)行篩選，對(duì)符合特征的目標(biāo)再統(tǒng)一對(duì)比。

其中在紋理分析時(shí)，可能會(huì)涉及到一些特殊情況，例如對(duì)于剛涂油漆的材料表面，可能顏色差異，紋理差異都不是很明顯，那么就可以通過其凹凸結(jié)構(gòu)，在太陽(yáng)光光照下形成的陰影不同進(jìn)行判斷，從而提高識(shí)別特定物體的準(zhǔn)確率。

四、應(yīng)用舉例

對(duì)于上述提到的形狀檢測(cè)，以圓柱邊緣的兩條平行線舉例。在Matlab中，通過Canny算子下的邊緣檢測(cè)后，得出圖像中系列物體的邊緣，結(jié)合霍夫變換坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，將共線的點(diǎn)轉(zhuǎn)換為共點(diǎn)的線，從而計(jì)算通過某點(diǎn)直線個(gè)數(shù)的方式尋找在原坐標(biāo)系中共線的點(diǎn)。下面采用以上思路用Matlab軟件進(jìn)行繪圖，結(jié)果如圖1

五、結(jié)語(yǔ)

結(jié)合繪制結(jié)果，藍(lán)色部分是圖中與地面垂直的線條，因?yàn)闃蚨战Y(jié)構(gòu)一般要求與地面垂直，所以在分析出共線的邊緣點(diǎn)后，可結(jié)合斜率進(jìn)行篩選。對(duì)于橋墩的提取，對(duì)于符合基本圓柱外觀特征候選數(shù)據(jù)，只需找出兩條直線之間紋理結(jié)構(gòu)相似的部分，便可以進(jìn)一步對(duì)橋墩的表面缺損情況進(jìn)行分析等。

參考文獻(xiàn)

[1]李杰.超聲波在橋梁裂縫檢測(cè)中的應(yīng)用[J].交通世界，2019（17）：107-108.

[2]張曉東，趙琳，韓志國(guó)，馮亞南，李鎖印.一種基于圖像處理技術(shù)的線距測(cè)量方法[J/OL].激光與光電子學(xué)進(jìn)展：1-9.