基于圖像處理的震損結(jié)構(gòu)快速識(shí)別研究.pdf

1、地震常常給人類(lèi)的生命財(cái)產(chǎn)造成非常嚴(yán)重的損失。地震發(fā)生后，防災(zāi)減災(zāi)相關(guān)部門(mén)要對(duì)災(zāi)害的損失進(jìn)行評(píng)估，而對(duì)震損結(jié)構(gòu)的評(píng)估是其中的重要一環(huán)，是地震現(xiàn)場(chǎng)震害調(diào)查、災(zāi)害損失評(píng)估、烈度評(píng)定、建（構(gòu)）筑物安全鑒定以及震害預(yù)測(cè)和工程修復(fù)等工作的基礎(chǔ)。
　　目前，對(duì)震損結(jié)構(gòu)的評(píng)估主要采取專(zhuān)家實(shí)地走訪(fǎng)、觀察與經(jīng)驗(yàn)結(jié)合的破壞情況等級(jí)劃分方法。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，這種方法存在損傷數(shù)據(jù)難獲取、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、依賴(lài)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)、有安全隱患、資料收集不完備等不足。圖像處理技術(shù)的

2、應(yīng)用使得實(shí)現(xiàn)震損結(jié)構(gòu)評(píng)估的快速化、自動(dòng)化成為可能。本文將圖像處理技術(shù)應(yīng)用于震損結(jié)構(gòu)快速評(píng)估方面，主要從墻體自動(dòng)識(shí)別、殘余變形檢測(cè)、建筑實(shí)體三維建模等三個(gè)方面作為切入點(diǎn)開(kāi)展研究。主要工作與創(chuàng)新成果如下:
　　(1)墻體是結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要構(gòu)件，對(duì)墻體破壞情況的評(píng)估可以為整體結(jié)構(gòu)破壞提供重要信息。本文提出一種基于單幅圖像的墻體自動(dòng)識(shí)別方法。因墻體本身特征不明顯，可通過(guò)窗戶(hù)的識(shí)別來(lái)定位墻體。以實(shí)現(xiàn)單幅圖像中窗間墻的自動(dòng)識(shí)別為例說(shuō)明方法。獲取

3、圖像后，首先進(jìn)行直線(xiàn)檢測(cè)，并應(yīng)用改進(jìn)的直線(xiàn)連接方法對(duì)直線(xiàn)段進(jìn)行連接以獲取長(zhǎng)直線(xiàn)段。其次，提取直線(xiàn)兩側(cè)的圖像區(qū)域，通過(guò)區(qū)域的顏色特征篩選出窗戶(hù)邊框的候選直線(xiàn)并對(duì)窗戶(hù)側(cè)進(jìn)行標(biāo)記。最后，利用候選直線(xiàn)把整個(gè)圖像分割成若干子區(qū)域，并根據(jù)直線(xiàn)標(biāo)記和面積特征確定窗戶(hù)位置，進(jìn)而識(shí)別出窗間墻的位置。應(yīng)用個(gè)人手機(jī)拍攝實(shí)例圖像對(duì)方法進(jìn)行驗(yàn)證分析，結(jié)果表明方法能較好地實(shí)現(xiàn)從單幅圖像中自動(dòng)識(shí)別窗間墻，且通過(guò)簡(jiǎn)單的調(diào)整，即可用于檢測(cè)其他類(lèi)型的墻體。
　　(2

4、)結(jié)構(gòu)殘余變形是最能直接反映結(jié)構(gòu)破壞情況的指標(biāo)。本文利用殘余變形與梁柱的夾角滿(mǎn)足幾何關(guān)系的特點(diǎn)，把殘余變形的檢測(cè)問(wèn)題轉(zhuǎn)換為梁柱邊緣夾角測(cè)量問(wèn)題，進(jìn)而提出一種基于圖像處理的震損結(jié)構(gòu)殘余變形檢測(cè)方法。對(duì)結(jié)構(gòu)平面進(jìn)行標(biāo)定后，由人工在標(biāo)定直線(xiàn)和梁柱邊緣附近粗選點(diǎn)，用于大致確定目標(biāo)直線(xiàn)的范圍。為確保檢測(cè)精度，采用基于Canny邊緣檢測(cè)的主成分分析方法檢測(cè)出標(biāo)定直線(xiàn)和代表結(jié)構(gòu)邊緣的直線(xiàn)。因采集到的圖像通常并非正拍圖像，論文利用射影幾何的相關(guān)知識(shí)，僅

5、對(duì)直線(xiàn)進(jìn)行矯正，進(jìn)而通過(guò)計(jì)算矯正后結(jié)構(gòu)邊緣直線(xiàn)之間的夾角得到結(jié)構(gòu)的殘余變形。為驗(yàn)證方法的可行性，利用測(cè)試圖像和實(shí)際震損結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了檢測(cè)試驗(yàn)，結(jié)果表明方法在不對(duì)整個(gè)圖像進(jìn)行矯正的情況下，實(shí)際殘余變形檢測(cè)的最大誤差不超過(guò)0.3°，較人工檢測(cè)有操作簡(jiǎn)單、高效、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。
　　(3)在開(kāi)展震害研究工作時(shí)，使用單幅二維圖像，信息量太少，使用多幅二維圖像，又存在圖像間匹配不直觀的問(wèn)題，而目前常用的虛擬建模方法又不能很好地反映真實(shí)震害特點(diǎn)，

6、給震害研究工作的開(kāi)展增加了難度。為此本文提出一種基于圖像處理的三維結(jié)構(gòu)實(shí)體建模方法。首先要圍繞結(jié)構(gòu)實(shí)體進(jìn)行序列圖像拍攝，為實(shí)現(xiàn)較好的重建效果，要求拍攝點(diǎn)相鄰的兩圖像間轉(zhuǎn)角不大于15°。其次，應(yīng)用圖像三維重建法，在提取圖像SIFT特征點(diǎn)并匹配后，應(yīng)用由運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)方法重建三維稀疏點(diǎn)云，通過(guò)多視圖立體視覺(jué)方法對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行稠密化，尺度變換后，再應(yīng)用泊松表面重建方法由稠密點(diǎn)云重建出三維表面，進(jìn)而通過(guò)紋理映射對(duì)表面進(jìn)行紋理貼圖，生成真實(shí)感強(qiáng)的三維模