[发明专利]一种复杂背景下桥梁裂缝图像裂缝检测方法

说明书

本发明涉及一种复杂背景下桥梁裂缝图像裂缝检测方法，首先，根据深度卷积生成式对抗网络原理，提出并利用桥梁路面裂缝图像生成模型对数据集进行扩增；然后，针对裂缝特征构建基于语义分割的桥梁路面裂缝图像分割模型；最后，利用桥梁路面裂缝图像分割模型提取裂缝图像中的裂缝。数据集扩增有效缓解了由于训练数据不足引起的欠拟合现象，精确率与召回率分别提高79.4％与74.7％。与现有语义分割算法相比，该算法参数量降低、训练时间减少、精确率、召回率、F1分数提高并达到92％以上。与现有桥梁路面裂缝检测和分割算法相比，该算法更适用于复杂背景下的桥梁路面裂缝检测和分割，且具有更强的识别效果与更好的泛化能力。

技术领域

本发明属于计算机视觉技术领域，具体涉及一种复杂背景下桥梁裂缝图像裂缝检测方法。

背景技术

交通运输是经济发展的基本需要和先决条件，现代社会的生存基础和文明标志，工业发展的基础设施和重要纽带，关系着国家经济的发展，承载着社会进步的命脉。据《2017年国民经济和社会发展统计公报》统计，在2017年，我国新改建高速公路里程6796公里，新建高速铁路投产里程2182公里，建成了世界上最大的高速公路网、高铁运营网，国际影响力显著增强。而在现代交通建设中，已开工建设的高速铁路中桥梁占线路比例达到50％，其中，京沪高速铁路桥梁占线路比竟高达81.5％。我国公路桥梁的管理中一直是重视建设，忽视养护，并且随着交通事业的不断进步，高速公路交通流量的迅速增长给高速公路桥梁的运营安全带来巨大的压力，这样的压力会导致加快桥梁与道路老化的速度，造成安全隐患。桥梁的质量安全关系国计民生，关系千家万户。因此，桥梁的维护和管理成为保障桥梁安全运营的关键。已有研究表明，大部分的混凝土桥梁的损坏由裂缝导致，因此对混凝土桥梁裂缝的检测与分割非常重要。

采取有效手段对桥梁路面裂缝进行检测与分割，对确保公共交通的安全和正常运行起着十分重要的作用，长期以来已受到了国内外学术界、工程界的广泛关注。从传统的图像处理技术到如今深度学习的迅速发展，国内外的学者不断将新的技术用于桥梁路面裂缝的检测和分割，并且取得了一些优秀的研究成果。传统的图像处理算法中，基于阈值分割的路面裂缝分割算法是研究最早、最简单易用的分割算法。其中，Oh H等人提出了迭代的阈值分割算法[Oh H,Garrick N W,Achenie L E K.Segmentation algorithm usingiterative clipping for processing noisy pavement images.Imaging Technologies:Techniques and Applications in Civil Engineering.Second InternationalConference.1998:138-147]；李媛媛等人提出了基于霍夫变换的OSTU改进算法[李媛媛,黄泉源,侯智新.基于霍夫变换的OSTU改进算法在路面裂缝检测中的研究[J].电子设计工程,2016,24(05):43-46]；Talab A M A等人使用Otsu方法和图像处理技术中的多重滤波来检测图像中的裂缝[Talab A M A,Huang Z,Xi F,et al.Detection crack in image usingOtsu method and multiple filtering in image processing techniques[J].Optik-International Journal for Light and Electron Optics,2016,127(3):1030-1033]；除此之外，Fang Cui等人通过改进的K-Means算法实现了图像裂缝检测[Fang C,Zhe L,LiY.Images crack detection technology based on improved K-means algorithm[J].Journal of Multimedia,2014,9(6)]；任亮等人提出了基于Prim最小生成树的路面裂缝连接算法[任亮,徐志刚,赵祥模,等.基于Prim最小生成树的路面裂缝连接算法[J].计算机工程,2015,41(01):31-36+43]；张晶晶等人提出了多尺度输入图像渗透模型，弥补了单一尺度特征提取的不足[Zhang J J,Nie H Y,Yu Q.Bridge crack detection based onpercolation model with multi-scale input image[J].ComputerEngineering,2017,43(02):273-279.[张晶晶,聂洪玉,喻强.基于多尺度输入图像渗透模型的桥梁裂缝检测[J].计算机工程,2017,43(02):273-279]；这些传统算法均需要人工设置和调整参数，对人工操作具有较强依赖性。