專利名稱：一種隧道襯砌裂縫測量方法及其測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及隧道襯砌裂縫測量技術，特別是涉及一種隧道襯砌裂縫測量方法及其
測量裝置。
背景技術：
裂縫等缺陷的定量化一直是無損檢測追求的目標。隨著檢測技術的進步，傳統的 通過人眼目視或使用簡單的的儀器如讀數放大鏡來進行估測的測定裂縫寬度的方法，由于 其人員主觀性較大，且精度和效率較低，將逐漸被新的方法所代替。隨著計算機技術的迅猛 發展和相關理論的不斷完善，數字圖像處理技術在許多應用領域受到廣泛重視并取得了重 大的開拓性成就。而基于數字圖像處理的照相測量技術業已深入到裂縫寬度測量、變形監 測、巖體碎石識別等土木工程領域中，并發揮著非接觸、相對便捷、直觀和精確的優勢。2004年，天津大學的黃戰華、李蒙等人自主開發一套裂縫識別與分析軟件。同年， 北京航空航天大學的鄒軼群、侯貴倉、楊峰提出了一種基于數字圖像處理的表面裂紋檢測 方法。同年，張娟，沙愛民，高懷鋼，孫朝云分析了基于數字圖像處理的路面裂縫識別與評價 系統的工作原理。2005年，武漢理工大學劉清元，談橋提出了判斷混凝土裂紋的綜合方法。 2006年，東南大學尹蘭、何小元利用了基于光測法基礎上的數字圖像處理技術對混凝土表 面裂縫寬度特征進行了測量和分析。然而，以上所研究的方法主要是針對通過接觸式掃描或近距離拍攝所采集的裂縫 放大圖像。而隧道中，對于不能觸及的高位裂縫圖像，手持接觸采集過程繁瑣。而遠距離拍 攝的圖像對噪聲、光線敏感，嚴重影響圖像成像質量，使后續的圖像預處理變得困難復雜。 裂縫在遠距離拍攝圖像中的面積占有比例比在接觸式采集的圖片中的比例要小得多，余留 大面積復雜多變的背景圖像，再加上一些邊緣檢測方法的缺陷，使得近照中寬大裂縫的邊 緣提取方法不適用，需尋找一種合適的新方法。另外，與距離固定的接觸式量測不同，裂縫 出現部位的隨機性導致拍攝距離的隨機性，需尋找一種新標定方法來代替傳統的定距標 定。因此，研究一種在隧道中能便捷、定量、快速、準確地測量裂縫特征值的圖像檢測 方法以及檢測系統已成為隧道工程結構無損檢測領域的迫切需要之一。
發明內容
本發明所要解決的技術問題就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種 隧道襯砌裂縫測量方法及其測量裝置。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種隧道襯砌裂縫測量方法，其特 征在于，包括以下步驟(1)通過數碼相機采集裂縫的圖像，并通過激光測距儀測定采集的距離；(2)在采集到的圖像上選擇需測量的區域，以防止由于圖片太大目標裂縫較小而 出現的處理偏差，并將選中的區域變成灰度圖像；
(3)為上述選中的灰度圖像確定閥值，并進行二值化圖像分割，得到目標區域；(4)在目標區域中提取出只包含裂縫的白色區域；(5)提取裂縫的邊緣，得到邊緣圖；(6)采用最小距離法計算裂縫的像素寬度；(7)根據預先確定的像素實際尺寸與照相距離的標定比例，得到裂縫的實際寬度。所述的步驟(1)對大裂縫進行分段采集。所述的步驟(3)進一步包括(31)根據下式求出整幅圖像的平均灰度值Tave = Σ Pixels/N,其中Σ Pixels為圖像中每個像素的灰度總和，N為總像素數；將Tave設為初始閾 值Tk，此時k = 1 ；(32)根據T1將圖像分割成目標和背景兩個部分，將灰度小于T1的區域稱為目標 區域，大于T1的區域稱為背景區域，然后再求出兩區域的平均灰度分別為Tlw和Thigh ；(33)根據下式求出新閾值Tk+1 = (Tlow+Thigh)/2,若Tk+1不等于Tk，則將Tk+1代替Tk，返回步驟(32)，同時使k = k+Ι，直到Tk+1 = Tk, 執行步驟{34}；(34)將Tk+1當作最終的閾值，進行二值化圖像分割，目標區域中包含裂縫區域以 及噪聲點、灰度值與裂縫近似的小塊區域，將圖像黑白反轉。所述的步驟(4)進一步包括(40)找出目標區域中最大的白色部分，將其余部分處理為黑色，提取出包含裂縫 的區域；(41)通過一個n*n的正方形單位矩陣與步驟(40)提取出的區域進行腐蝕操作，檢 測是否存在與其匹配的區域，若是，則對原圖像中對應于所提取出的區域的所有的點進行 灰度平均4 =Σ PiXelSgfe/Ngfe，再根據L將圖像二值分割成目標和背景兩個部分，進行 圖像黑白反轉后，再次進行腐蝕操作，判斷其是否存在與其匹配的區域，如此循環，直到圖 像中沒有與單位矩陣匹配的區域為止，執行步驟(42)；若否，執行步驟(42)；(42)運用形態學方法對圖像進行開、閉運算、空洞填充以及剔除邊緣毛刺，尋找出 最大的白色區域，將其余區域處理為黑色，得到只包含裂縫的白色區域。所述的步驟(5)進一步包括(51)通過7*7Zernike模板{M00，M11，M20}和圖像的每一個像素點進行卷積運算， 以得到相應的圖像Zernike矩{Z00，Zll, Z20}，通過圖像的Zernike矩來計算每個像素點 的參數(Φ，h，1，k)，以判斷該像素點是否為邊緣點，MOO 模板
權利要求
一種隧道襯砌裂縫測量方法，其特征在于，包括以下步驟(1)通過數碼相機采集裂縫的圖像，并通過激光測距儀測定采集的距離；(2)在采集到的圖像上選擇需測量的區域，以防止由于圖片太大目標裂縫較小而出現的處理偏差，并將選中的區域變成灰度圖像；(3)為上述選中的灰度圖像確定閥值，并進行二值化圖像分割，得到目標區域；(4)在目標區域中提取出只包含裂縫的白色區域；(5)提取裂縫的邊緣，得到邊緣圖；(6)采用最小距離法計算裂縫的像素寬度；(7)根據預先確定的像素實際尺寸與照相距離的標定比例，得到裂縫的實際寬度。
2.根據權利要求1所述的一種隧道襯砌裂縫測量方法，其特征在于，所述的步驟(1)對 大裂縫進行分段采集。
3.根據權利要求1或2所述的一種隧道襯砌裂縫測量方法，其特征在于，所述的步驟 (3)進一步包括(31)根據下式求出整幅圖像的平均灰度值Tave = Σ Pixels/N，其中Σ Pixels為圖像中每個像素的灰度總和，N為總像素數；將Tare設為初始閾值Tk， 此時k = 1 ；(32)根據T1將圖像分割成目標和背景兩個部分，將灰度小于T1的區域稱為目標區域， 大于T1的區域稱為背景區域，然后再求出兩區域的平均灰度分別為T1m和Thigh ；(33)根據下式求出新閾值Tk+1 一 (Tlow+Thigh) /2,若Tk+1不等于Tk,則將Tk+1代替Tk,返回步驟(32)，同時使k = k+Ι，直到Tk+1 = Tk,執行 步驟{34}；(34)將Tk+1當作最終的閾值，進行二值化圖像分割，目標區域中包含裂縫區域以及噪 聲點、灰度值與裂縫近似的小塊區域，將圖像黑白反轉。
4.根據權利要求3所述的一種隧道襯砌裂縫測量方法，其特征在于，所述的步驟(4)進 一步包括(40)找出目標區域中最大的白色部分，將其余部分處理為黑色，提取出包含裂縫的區域；(41)通過一個n*n的正方形單位矩陣與步驟(40)提取出的區域進行腐蝕操作，檢測是 否存在與其匹配的區域，若是，則對原圖像中對應于所提取出的區域的所有的點進行灰度 平均Tj = Σ Pixels gfe/Ngfe，再根據1^_將圖像二值分割成目標和背景兩個部分，進行圖像 黑白反轉后，再次進行腐蝕操作，判斷其是否存在與其匹配的區域，如此循環，直到圖像中 沒有與單位矩陣匹配的區域為止，執行步驟(42)；若否，執行步驟(42)；(42)運用形態學方法對圖像進行開、閉運算、空洞填充以及剔除邊緣毛刺，尋找出最大 的白色區域，將其余區域處理為黑色，得到只包含裂縫的白色區域。
5.根據權利要求1或4所述的一種隧道襯砌裂縫測量方法，其特征在于，所述的步驟 (5)進一步包括(51)通過7*7Zernike模板{M00，Mil, M20}和圖像的每一個像素點進行卷積運算，以得到相應的圖像Zernike矩{ZOO，Zll, Z20}，通過圖像的Zernike矩來計算每個像素點的 參數(Φ，h，1，k)，以判斷該像素點是否為邊緣點， MOO模板‘ 0 0.0287 0.0686 0.0807 0.0686 0.0287 0 、 0.0287 0.0815 0.0816 0.0816 0.0816 0.0815 0.0287 0.0686 0.0816 0.0816 0.0816 0.0816 0.0816 0.0686 ， 0.0807 0.0816 0.0816 0.0816 0.0816 0.0816 0.0807 0.0686 0.0816 0.0816 0.0816 0.0816 0.0816 0.0686 0.0287 0.0815 0.0816 0.0816 0.0816 0.0815 0.0287 、 0 0.0287 0.0686 0.0807 0.0686 0.0287 0Mll實數模板
6.根據權利要求5所述的一種隧道襯砌裂縫測量方法，其特征在于，所述的判斷閥值 kt為0. 3，所述的判斷閥值It為圖像灰度最大值的十分之一。
7.根據權利要求6所述的一種隧道襯砌裂縫測量方法，其特征在于，所述的步驟(7)中 的標定比例通過以下步驟確定(71)通過試驗求得在固定鏡頭焦距下，拍攝距離為L時，圖像中每個像素對應的實際 尺寸為a;(72)將L作為橫坐標，a為縱坐標，制作標定曲線。
8.一種隧道襯砌裂縫測量裝置，其特征在于，包括數碼相機、激光測距儀、連接螺桿、測 量計算機以及裂縫數據庫，所述的數碼相機通過連接螺桿設于激光測距儀的上方，并通過 一數據線與測量計算機連接，所述的裂縫數據庫與測量計算機連接。
9.根據權利要求8所述的一種隧道襯砌裂縫測量裝置，其特征在于，所述的數碼相機 采用sony α 350單反數碼相機，該數碼相機的鏡頭固定為300mm長度。
全文摘要
本發明涉及一種隧道襯砌裂縫測量方法，通過數碼相機采集裂縫的圖像，并通過激光測距儀測定采集的距離；在采集到的圖像上選擇需測量的區域，以防止由于圖片太大目標裂縫較小而出現的處理偏差，并將選中的區域變成灰度圖像；為上述選中的灰度圖像確定閥值，并進行二值化圖像分割，得到目標區域；在目標區域中提取出只包含裂縫的白色區域；提取裂縫的邊緣，得到邊緣圖；采用最小距離法計算裂縫的像素寬度；根據預先確定的像素實際尺寸與照相距離的標定比例，得到裂縫的實際寬度。本發明成本低、速度快、便攜方便，并且測量精度高。
文檔編號G01B11/02GK101957178SQ20091005504
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月17日 優先權日2009年7月17日
發明者劉學增, 葉康, 羅仁立 申請人:上海同巖土木工程科技有限公司
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