一种混凝土裂缝自动拼接和融合方法技术

本发明专利技术公开了一种混凝土裂缝自动拼接和融合方法。本方法首先通过图像匹配和并查集算法从输入数据集中识别出来不同裂缝的图像集合；然后对不同裂缝集合中的图片依次进行迭代拼接和融合。其中拼接融合的步骤是首先计算源图像和目标图像的全局单应性矩阵和画布尺寸；然后将画布划分为不同网格，计算每个网格顶点的局部单应性矩阵；接着将源图像变换到以目标图像为参考系的画布中；最后通过距离变换法和损伤合并法，分别实现对源图像和目标图像的图像融合和裂缝融合。本发明专利技术可以对检测识别后的裂缝数据集进行全自动地准确拼接、融合和可视化，从而使我们可以更直观地观察到不同裂缝的完整情况以及更好地统计裂缝数量。完整情况以及更好地统计裂缝数量。完整情况以及更好地统计裂缝数量。

【技术实现步骤摘要】
一种混凝土裂缝自动拼接和融合方法


[0001]本专利技术涉及桥梁智能检测和图像处理
，具体涉及一种混凝土裂缝自动拼接和融合方法。

技术介绍

[0002]裂缝是混凝土桥梁最常见的病害之一，全面掌握裂缝的实际分布，对分析桥梁的安全性至关重要。随着无人机、机械臂等桥梁智能检测装备的发展，桥梁裂缝的自动化采集已经越来越普遍。在采集这些裂缝图片时，我们一般需要拍摄多张图片，然后通过深度学习或数字图像处理的方法对采集到的图片进行检测、量化和可视化，从而得到每张图片中每条裂缝的长度、宽度等数据。
[0003]在检测完成的桥梁裂缝数据集中通常是包含许多不同裂缝图片的，而一条完整的裂缝通常分布在多张图片中。因此，为了全自动地进行图像拼接，我们需要先对这些不同裂缝图片进行识别匹配，找出哪些图片是属于同一条裂缝的，然后再对同一条裂缝的不同图片进行拼接，形成视角更大的裂缝拼接图。
[0004]然而，现有基于全局单应性阵列的裂缝拼接方法一般是对采集到的一组未可视化的裂缝图像集合通过全局单应性矩阵实现单条裂缝图像的拼接。专利文献“一种桥梁质量检测中的裂缝拼接方法”(专利申请号：201910062706.3，公开号：CN109754368A)中提出了一种涉及桥梁质量检测中的裂缝拼接方法。该方法是先安装设备，采集裂缝图像，然后进行裂缝图像拼接，最后对拼接图像灰度化、灰度级变换和图像滤波预处理。这种方法存在问题有以下几点：
[0005]一是效率较低。该方法是先采集到某区域的图片，然后进行拼接。拼接完成后，再采集另一区域的图片进行拼接，效率较低。
[0006]二是使用全局单应性矩阵只适用于目标场景沿视角旋转变化或场景是一个平面的情况，且拼接效果较差，会出现重影或对不齐的现象。
[0007]三是拼接图像中没有对裂缝进行量化可视化处理，也就是拼接图像中没有着重显示出裂缝位置和裂缝损伤数据。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术提供一种混凝土裂缝自动拼接和融合方法，该方法可以对检测识别后的裂缝数据集进行全自动地准确拼接和融合，从而可以更加直观地观察到不同裂缝的完整情况和裂缝统计数据。
[0009]为解决现有技术存在的问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种混凝土裂缝自动拼接和融合方法，包括以下步骤：
[0010]步骤一：裂缝图像匹配
[0011]拍摄获得桥梁构建裂缝图像集，通过特征点匹配计算数据集中的每张图像与其余图像的置信度,得到每张图像与其余图像满足阈值条件的图像集合，然后通过并查集方法
将不同图像集合中具有公共图像的集合合并在一起得到不同裂缝完整的图像集合；
[0012]步骤二：裂缝图像拼接
[0013]对不同裂缝的完整图像集合依次进行迭代拼接，设任意选取两张待拼接图像分别是源图像和目标图像，然后对两张图像拼接；
[0014]步骤三：裂缝图像融合：
[0015]通过线性加权融合方法解决拼接图像中重叠区域与周围区域过渡不自然的问题；
[0016]步骤四：裂缝损伤融合：
[0017]在实际检测和可视化裂缝过程中，对源图像和目标图像的重叠区域部分的裂缝没有连接在一起的，在拼接图像中对重叠区域的这部分裂缝进行融合和重连接处理。
[0018]所述步骤二的拼接的具体步骤为：
[0019](1)读取同一条裂缝图像集合中的源图像和目标图像；
[0020](2)计算源图像和目标图像的全局单应性矩阵；
[0021](3)计算源图像和目标图像的拼接画布尺寸；
[0022](4)将画布划分为不同网格，计算各个网格顶点的局部单应性矩阵；
[0023](5)图像变换，根据局部单应性矩阵将源图像变换到以目标图像为参考系的画布图像中。
[0024]所述步骤三)的具体方法为：
[0025](1)分别计算映射到画布中的源图像和目标图像的距离变换图img1和img2；
[0026](2)计算画布中源图像的融合系数α，α＝img1/(img1+img2)，目标图像的融合系数为1
‑
α。
[0027](3)将源图像img1和目标图像img2分别乘以各自的融合系数进行加权融合。
[0028]所述步骤四)的具体方法为：
[0029](1)在拼接画布中获取源图像中各个裂缝的顶点坐标和相应边界框顶点坐标；
[0030](2)在拼接画布中获取目标图像中各个裂缝的顶点坐标和相应边界框坐标；
[0031](3)在拼接画布中，源图像中的裂缝和目标图像中裂缝的边界框如果有重合，将这两条裂缝和相应边界框进行合并，合并完成后，分别从源图像和目标图像的裂缝集合中删除这两条裂缝；
[0032]否则，从源图像中的第一条裂缝开始，计算当前裂缝下顶点坐标与目标图像中各个裂缝上顶点坐标的距离，寻找满足距离阈值的其中距离最小的那条裂缝作为待连接裂缝，如果寻找到目标裂缝，则将当前裂缝的下顶点坐标和目标裂缝的上顶点坐标用红色实线连接到一起，如果没有寻找到目标裂缝，则选择源图像中的第二条裂缝继续上述过程，直到将源图像中的裂缝全部遍历。
[0033]步骤一中，在拍摄图像时，以“一字形”或“Z字形”拍摄，拍摄同一条裂缝的相邻图片之间有重叠区域，不同裂缝之间没有重叠区域，提取图像重叠区域之间的相似特征将属于同一条裂缝的多张图片识别匹配出来。
[0034]步骤二中，同一条裂缝的不同图片重叠区域部分如果存在可视化结果不一致的情况，在拼接完成后，首先根据目标图像在画布上的偏移量和目标图像中所有裂缝的顶点坐标信息，计算出以画布为参考系目标图像中的所有裂缝顶点纵坐标的最小值ymin，然后在将源图像和目标图像中的像素映射到画布中的过程中，只将源图像中ymin以上的裂缝像素
部分变换到画布中，目标图像ymin以下的裂缝拼接到画布中即可。
[0035]与现有技术相比，本专利技术包括以下有益效果：
[0036]1、本专利技术按照功能分为裂缝匹配、拼接和融合，各个功能模块化，便于优化更新和使用。
[0037]2、本专利技术具有较强的适应性和鲁棒性，可以对不同方式采集到的混凝土结构表面的裂缝图片进行拼接。
[0038]3、本专利技术图像可视化效果更好，图像融合使拼接图像中的重叠区域部分过渡更加自然美观，损伤融合不仅可以在拼接图像中观察到裂缝的完整损伤情况，也可以统计出裂缝数量、长度、宽度等数据。
[0039]4、本专利技术拼接效率高，可实现多条裂缝数据集的同时拼接，图像拼接对齐准确度高，利用局部单应性矩阵进行拼接，不仅优化了全局单应性矩阵产生的误差，也减少了重影现象。
附图说明
[0040]图1为本专利技术方法流程图；
[0041]图2为裂缝图像拼接流程图；
[0042]图3为图像匹配示例图；
[0043]图4为裂缝图像的拼接融合结果图；
[0044]图5为裂缝图像的融合结果图。
具体实施方式
[0045]为了使本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混凝土裂缝自动拼接和融合方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：裂缝图像匹配拍摄获得桥梁构建裂缝图像集，通过特征点匹配计算数据集中的每张图像与其余图像的置信度,得到每张图像与其余图像满足阈值条件的图像集合，然后通过并查集方法将不同图像集合中具有公共图像的集合合并在一起得到不同裂缝完整的图像集合；步骤二：裂缝图像拼接对不同裂缝的完整图像集合依次进行迭代拼接，设任意选取两张待拼接图像分别是源图像和目标图像，然后对两张图像拼接；步骤三：裂缝图像融合：通过线性加权融合方法解决拼接图像中重叠区域与周围区域过渡不自然的问题；步骤四：裂缝损伤融合：在实际检测和可视化裂缝过程中，对源图像和目标图像的重叠区域部分的裂缝没有连接在一起的，在拼接图像中对重叠区域的这部分裂缝进行融合和重连接处理。2.根据权利要求1所述的一种混凝土裂缝自动拼接和融合方法，其特征在于：所述步骤二的拼接的具体步骤为：(1)读取同一条裂缝图像集合中的源图像和目标图像；(2)计算源图像和目标图像的全局单应性矩阵；(3)计算源图像和目标图像的拼接画布尺寸；(4)将画布划分为不同网格，计算各个网格顶点的局部单应性矩阵；(5)图像变换，根据局部单应性矩阵将源图像变换到以目标图像为参考系的画布图像中。3.根据权利要求1或2所述的一种混凝土裂缝自动拼接和融合方法，其特征在于：所述步骤三)的具体方法为：(1)分别计算映射到画布中的源图像和目标图像的距离变换图img1和img2；(2)计算画布中源图像的融合系数α，α＝img1/(img1+img2)，目标图像的融合系数为1
‑
α。(3)将源图像img1和目标图像img2分别乘以各自的融合系数进行加权融合。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：于利存，陈团结，岳振民，马明，
申请(专利权)人：中交第一公路勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：