基于圖像處理的震損結(jié)構(gòu)快速識別研究.pdf

1、地震常常給人類的生命財(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)部門要對災(zāi)害的損失進(jìn)行評估，而對震損結(jié)構(gòu)的評估是其中的重要一環(huán)，是地震現(xiàn)場震害調(diào)查、災(zāi)害損失評估、烈度評定、建（構(gòu)）筑物安全鑒定以及震害預(yù)測和工程修復(fù)等工作的基礎(chǔ)。
　　目前，對震損結(jié)構(gòu)的評估主要采取專家實(shí)地走訪、觀察與經(jīng)驗(yàn)結(jié)合的破壞情況等級劃分方法。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、依賴專家經(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)評估的快速化、自動化成為可能。本文將圖像處理技術(shù)應(yīng)用于震損結(jié)構(gòu)快速評估方面，主要從墻體自動識別、殘余變形檢測、建筑實(shí)體三維建模等三個方面作為切入點(diǎn)開展研究。主要工作與創(chuàng)新成果如下:
　　(1)墻體是結(jié)構(gòu)的一個重要構(gòu)件，對墻體破壞情況的評估可以為整體結(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識別方法。因墻體本身特征不明顯，可通過窗戶的識別來定位墻體。以實(shí)現(xiàn)單幅圖像中窗間墻的自動識別為例說明方法。獲取

3、圖像后，首先進(jìn)行直線檢測，并應(yīng)用改進(jìn)的直線連接方法對直線段進(jìn)行連接以獲取長直線段。其次，提取直線兩側(cè)的圖像區(qū)域，通過區(qū)域的顏色特征篩選出窗戶邊框的候選直線并對窗戶側(cè)進(jìn)行標(biāo)記。最后，利用候選直線把整個圖像分割成若干子區(qū)域，并根據(jù)直線標(biāo)記和面積特征確定窗戶位置，進(jìn)而識別出窗間墻的位置。應(yīng)用個人手機(jī)拍攝實(shí)例圖像對方法進(jìn)行驗(yàn)證分析，結(jié)果表明方法能較好地實(shí)現(xiàn)從單幅圖像中自動識別窗間墻，且通過簡單的調(diào)整，即可用于檢測其他類型的墻體。
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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足幾何關(guān)系的特點(diǎn)，把殘余變形的檢測問題轉(zhuǎn)換為梁柱邊緣夾角測量問題，進(jìn)而提出一種基于圖像處理的震損結(jié)構(gòu)殘余變形檢測方法。對結(jié)構(gòu)平面進(jìn)行標(biāo)定后，由人工在標(biāo)定直線和梁柱邊緣附近粗選點(diǎn)，用于大致確定目標(biāo)直線的范圍。為確保檢測精度，采用基于Canny邊緣檢測的主成分分析方法檢測出標(biāo)定直線和代表結(jié)構(gòu)邊緣的直線。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，僅

5、對直線進(jìn)行矯正，進(jìn)而通過計(jì)算矯正后結(jié)構(gòu)邊緣直線之間的夾角得到結(jié)構(gòu)的殘余變形。為驗(yàn)證方法的可行性，利用測試圖像和實(shí)際震損結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了檢測試驗(yàn)，結(jié)果表明方法在不對整個圖像進(jìn)行矯正的情況下，實(shí)際殘余變形檢測的最大誤差不超過0.3°，較人工檢測有操作簡單、高效、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。
　　(3)在開展震害研究工作時(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)動恢復(fù)結(jié)構(gòu)方法重建三維稀疏點(diǎn)云，通過多視圖立體視覺方法對點(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)而通過紋理映射對表面進(jìn)行紋理貼圖，生成真實(shí)感強(qiáng)的三維模