[发明专利]一种隧道衬砌裂缝测量方法及其测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及隧道衬砌裂缝测量技术，特别是涉及一种隧道衬砌裂缝测量方法及其测量装置。

背景技术

裂缝等缺陷的定量化一直是无损检测追求的目标。随着检测技术的进步，传统的通过人眼目视或使用简单的的仪器如读数放大镜来进行估测的测定裂缝宽度的方法，由于其人员主观性较大，且精度和效率较低，将逐渐被新的方法所代替。随着计算机技术的迅猛发展和相关理论的不断完善，数字图像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓性成就。而基于数字图像处理的照相测量技术业已深入到裂缝宽度测量、变形监测、岩体碎石识别等土木工程领域中，并发挥着非接触、相对便捷、直观和精确的优势。

2004年，天津大学的黄战华、李蒙等人自主开发一套裂缝识别与分析软件。同年，北京航空航天大学的邹轶群、侯贵仓、杨峰提出了一种基于数字图像处理的表面裂纹检测方法。同年，张娟，沙爱民，高怀钢，孙朝云分析了基于数字图像处理的路面裂缝识别与评价系统的工作原理。2005年，武汉理工大学刘清元，谈桥提出了判断混凝土裂纹的综合方法。2006年，东南大学尹兰、何小元利用了基于光测法基础上的数字图像处理技术对混凝土表面裂缝宽度特征进行了测量和分析。

然而，以上所研究的方法主要是针对通过接触式扫描或近距离拍摄所采集的裂缝放大图像。而隧道中，对于不能触及的高位裂缝图像，手持接触采集过程繁琐。而远距离拍摄的图像对噪声、光线敏感，严重影响图像成像质量，使后续的图像预处理变得困难复杂。裂缝在远距离拍摄图像中的面积占有比例比在接触式采集的图片中的比例要小得多，余留大面积复杂多变的背景图像，再加上一些边缘检测方法的缺陷，使得近照中宽大裂缝的边缘提取方法不适用，需寻找一种合适的新方法。另外，与距离固定的接触式量测不同，裂缝出现部位的随机性导致拍摄距离的随机性，需寻找一种新标定方法来代替传统的定距标定。

因此，研究一种在隧道中能便捷、定量、快速、准确地测量裂缝特征值的图像检测方法以及检测系统已成为隧道工程结构无损检测领域的迫切需要之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种隧道衬砌裂缝测量方法及其测量装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种隧道衬砌裂缝测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过数码相机采集裂缝的图像，并通过激光测距仪测定采集的距离；

(2)在采集到的图像上选择需测量的区域，以防止由于图片太大目标裂缝较小而出现的处理偏差，并将选中的区域变成灰度图像；

(3)为上述选中的灰度图像确定阀值，并进行二值化图像分割，得到目标区域；

(4)在目标区域中提取出只包含裂缝的白色区域；

(5)提取裂缝的边缘，得到边缘图；

(6)采用最小距离法计算裂缝的像素宽度；

(7)根据预先确定的像素实际尺寸与照相距离的标定比例，得到裂缝的实际宽度。

所述的步骤(1)对大裂缝进行分段采集。

所述的步骤(3)进一步包括：

(31)根据下式求出整幅图像的平均灰度值：

T_ave＝∑Pixels/N，

其中∑Pixels为图像中每个像素的灰度总和，N为总像素数；将T_ave设为初始阈值T_k，此时k＝1；

(32)根据T₁将图像分割成目标和背景两个部分，将灰度小于T₁的区域称为目标区域，大于T₁的区域称为背景区域，然后再求出两区域的平均灰度分别为T_low和T_high；

(33)根据下式求出新阈值：

T_k+1＝(T_low+T_high)/2，

若T_k+1不等于T_k，则将T_k+1代替T_k，返回步骤(32)，同时使k＝k+1，直到T_k+1＝T_k，执行步骤{34}；

(34)将T_k+1当作最终的阈值，进行二值化图像分割，目标区域中包含裂缝区域以及噪声点、灰度值与裂缝近似的小块区域，将图像黑白反转。

所述的步骤(4)进一步包括：

(40)找出目标区域中最大的白色部分，将其余部分处理为黑色，提取出包含裂缝的区域；