朱　雷,房志明,王卓琳,朱　斌,蔣利學(xué),許清風(fēng)

(1.上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200032；2.上海市建筑科學(xué)研究院(集團(tuán))有限公司， 上海 200032)

?

外墻飾面層粘結(jié)缺陷的檢測(cè)評(píng)估

朱雷1,2,房志明1,2,王卓琳1,2,朱斌1,2,蔣利學(xué)1,2,許清風(fēng)1,2

(1.上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200032；2.上海市建筑科學(xué)研究院(集團(tuán))有限公司， 上海 200032)

開展了不同外界環(huán)境條件下紅外熱像法檢測(cè)建筑外墻飾面層粘結(jié)缺陷的試驗(yàn)，分析了天氣狀況、檢測(cè)時(shí)段、室外溫度等對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，對(duì)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程中紅外熱像法檢測(cè)建筑外墻飾面層粘結(jié)缺陷的適宜條件進(jìn)行了改進(jìn);結(jié)果表明，陰天以及室外溫度低于10℃時(shí)，紅外熱像檢測(cè)易遺漏小尺寸的粘結(jié)缺陷。建立了基于圖像處理的外墻飾面層粘結(jié)缺陷面積評(píng)定方法，該方法可有效、定量地提取估算外墻飾面層空鼓區(qū)域的面積；基于該方法的圖像處理分析結(jié)果表明，室外溫度越高、空鼓面積越大、空鼓深度位置越淺，紅外熱像法的檢測(cè)效果越好,而空鼓厚度對(duì)檢測(cè)效果影響不明顯。

外墻飾面層；粘結(jié)缺陷；紅外熱像；圖像處理；類間方差

外墻飾面層是附著于建筑外墻外側(cè)，起裝飾作用的構(gòu)造層，如釉面磚和馬賽克貼面等，在我國建筑工程中大量使用。隨著時(shí)間的推移，因施工質(zhì)量、溫度應(yīng)力、風(fēng)化、凍融等因素的影響,外墻飾面層的粘結(jié)強(qiáng)度會(huì)逐漸下降，而易發(fā)生空鼓、高處墜落等事故。因此，需對(duì)存在缺陷的外墻飾面層采取修整措施以防止此類安全事故的發(fā)生，而修整的前提是采取有效的技術(shù)措施檢測(cè)和評(píng)估外墻飾面層的缺陷。

近年來，紅外熱像法因其快速、無接觸、遠(yuǎn)距離、范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在建筑外墻飾面層的質(zhì)量檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。國內(nèi)外諸多學(xué)者對(duì)紅外熱像法在建筑外墻飾面層質(zhì)量控制方面的應(yīng)用進(jìn)行了研究[1-5]，并取得了有益的成果[6-8]。在研究基礎(chǔ)上，已先后制定了中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)CECS 204:2006《紅外熱像法檢測(cè)建筑外墻飾面層粘結(jié)缺陷技術(shù)規(guī)程》和建筑工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 277-2012《紅外熱像法檢測(cè)建筑外墻飾面粘結(jié)質(zhì)量技術(shù)規(guī)程》，用以指導(dǎo)紅外熱像法檢測(cè)外墻飾面層粘結(jié)缺陷的工程實(shí)踐。

目前，在紅外熱像法用于外墻飾面層粘結(jié)缺陷檢測(cè)的研究與應(yīng)用中，關(guān)注的主要是定性判斷粘結(jié)缺陷，對(duì)于粘結(jié)缺陷部位的面積一般通過選定比例尺或參照物對(duì)照估算獲得[5,9]，但相比圖像處理方法可能會(huì)產(chǎn)生一定的操作誤差。而且，現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)紅外熱像法室外檢測(cè)的適用溫度的規(guī)定不一致，CECS 204:2006標(biāo)準(zhǔn)中為0～40 ℃、JGJ/T 277-2012標(biāo)準(zhǔn)中為-5～40 ℃。

基于此，筆者通過紅外熱像法檢測(cè)外墻飾面層粘結(jié)缺陷的試驗(yàn)，分析不同外界環(huán)境和不同粘結(jié)缺陷條件對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響；建立基于圖像處理的粘結(jié)缺陷面積評(píng)定方法，通過分析室外溫度、空鼓大小及空鼓厚度等因素對(duì)紅外熱像法檢測(cè)效果的影響，進(jìn)一步提高紅外熱像法檢測(cè)外墻飾面層粘結(jié)缺陷的應(yīng)用效果。

1　試驗(yàn)試件與方法

1.1試件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)了一面寬2 100 mm、高2 200 mm的墻體，墻面水平方向共有42列飾面磚，如圖1所示。墻體砌筑于室外，飾面層垂直于地面、面向正南方。采用在找平層或粘結(jié)層預(yù)埋空鼓(空鼓材料為發(fā)泡棉)的方式模擬粘結(jié)缺陷。考慮空鼓的不同厚度、深度以及面積，共設(shè)置了30個(gè)空鼓點(diǎn)，其中：① 空鼓厚度分為三種：3 mm (1層發(fā)泡棉)、6 mm (2層發(fā)泡棉)、9 mm (3層發(fā)泡棉);② 空鼓深度分為兩種：位于粘結(jié)層中,位于找平層中;③ 空鼓形狀和面積分為五種：半塊飾面磚(100 mm×50 mm),1塊飾面磚(200 mm×50 mm),2塊飾面磚(水平向200 mm×100 mm、豎向400 mm×50 mm),4塊飾面磚(400 mm×100 mm)。

為了表述方便，將圖1中發(fā)泡棉1層的空鼓點(diǎn)由左至右分別記為gt1,gt2,…,gt10；發(fā)泡棉2層的空鼓點(diǎn)由左至右分別記為gm1,gm2,…,gm10；發(fā)泡棉3層的空鼓點(diǎn)由左至右分別記為gb1,gb2,…,gb10。

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用NEC TH5102紅外熱像儀，測(cè)溫范圍為-20～200 ℃，溫度分辨率為0.03 ℃。

考慮到實(shí)際檢測(cè)環(huán)境與條件的復(fù)雜性，分別在不同天氣、不同室外溫度以及不同日光照射時(shí)間下，對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了紅外熱像檢測(cè)，以分析不同外界條件下紅外熱像檢測(cè)方法的適宜性。

2　外墻飾面層粘結(jié)缺陷紅外熱像檢測(cè)結(jié)果

2.1不同天氣情況下紅外熱像檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

圖2　陰天、晴天的紅外成像效果對(duì)比

陰天和晴天兩種天氣情況下的紅外熱像檢測(cè)結(jié)果見圖2。其中，陰天測(cè)試時(shí)間為2014年10月25日上午11點(diǎn)，晴天測(cè)試時(shí)間為2014年10月26日上午11點(diǎn)。

由圖2可知:室外溫度相近時(shí)，晴天的紅外熱像圖中能反映因空鼓造成的溫度異常，陰天的結(jié)果不明顯。因此，紅外熱像法檢測(cè)外墻飾面層粘結(jié)缺陷的工作必須在天氣晴朗的條件下進(jìn)行。

2.2不同檢測(cè)時(shí)段的紅外熱像檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

JGJ/T 277-2012標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，使用紅外熱像法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，被檢測(cè)建筑外墻的熱輻射或環(huán)境溫度應(yīng)處于快速升高或降低的時(shí)段；并建議了全國部分城市使用紅外熱像法檢測(cè)建筑外墻飾面粘結(jié)質(zhì)量的適宜檢測(cè)時(shí)段。對(duì)上海而言，東、南、西、北四個(gè)立面的適宜檢測(cè)時(shí)段分別為：8:00-9:00、11:00-13:00、15:00- 16:00、11:00-13:00。

為驗(yàn)證上述檢測(cè)時(shí)段的適宜性，于2014年10月22日的9:30至17:30，每隔2 h進(jìn)行一次外墻試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷募t外熱像檢測(cè)，共獲得了5組不同檢測(cè)時(shí)段的紅外檢測(cè)數(shù)據(jù)。針對(duì)水平方向上模擬空鼓厚度為6 mm(發(fā)泡棉2層)部位的每塊飾面磚，提取其典型溫度(空鼓位置為空鼓中心點(diǎn)的溫度，非空鼓位置為飾面磚中心點(diǎn)的溫度)，如圖3所示。紅外檢測(cè)時(shí)采用某品牌272A型干濕球溫度計(jì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到各時(shí)段的室外溫度，并與紅外檢測(cè)得到的飾面磚平均溫度進(jìn)行對(duì)比，如圖4所示。

圖3　不同檢測(cè)時(shí)段水平向各飾面磚的紅外顯示溫度

圖4　不同檢測(cè)時(shí)段室外溫度與飾面磚紅外顯示溫度對(duì)比

由圖3可知:日照充分條件下，5組紅外熱像圖中空鼓位置與鄰近飾面磚溫差較明顯，紅外檢測(cè)效果均較為理想。

由圖4可知:飾面磚與空鼓的溫度并不隨室外溫度單調(diào)上升，15:30時(shí)的溫度曲線與13:30時(shí)的溫度曲線近似;17:30時(shí)由于室外溫度明顯下降，飾面磚及空鼓溫度也有明顯下降。由紅外檢測(cè)的原理可知，如果外墻飾面層有空鼓，則外墻飾面層與墻體之間的熱傳導(dǎo)變小;當(dāng)外墻面有熱量傳遞時(shí)，空鼓部位的變化要比正常情況大。通常，當(dāng)外墻表面的溫度升高時(shí)，空鼓部位的溫度比正常部位的溫度高；相反，外墻表面溫度下降時(shí)，剝落部位的溫度比正常部位的溫度低。而室外溫度在一天中會(huì)經(jīng)歷先升高后降低的過程，因此，為了保證提取的溫度異常是由區(qū)域間溫升不均勻引起的，避免經(jīng)歷室外溫度下降過程所可能導(dǎo)致的檢測(cè)結(jié)果異常，根據(jù)此次試驗(yàn)結(jié)果建議上海地區(qū)南立面的適宜檢測(cè)時(shí)間段為9:30-15:30。由于試驗(yàn)場(chǎng)地和條件限制，此次試驗(yàn)未進(jìn)行與其他立面不同時(shí)段的紅外檢測(cè)對(duì)比，建議工程應(yīng)用時(shí)可結(jié)合氣象資料盡量選擇每天的氣溫升溫段進(jìn)行檢測(cè)。

此外，拍攝試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜁r(shí)，因場(chǎng)地限制，鏡頭焦平面與外墻模型存在一定的夾角，使得外墻模型右側(cè)距離鏡頭較近，這會(huì)導(dǎo)致同等條件下的紅外熱像圖中外墻模型右側(cè)的溫度普遍高于左側(cè)，說明傾斜角會(huì)造成一定的檢測(cè)誤差。實(shí)際操作中，需重視傾斜角引起的誤差，盡量使鏡頭焦平面與被檢測(cè)外墻平面或外墻的某一條邊平行。

2.3不同室外溫度下紅外熱像檢測(cè)結(jié)果對(duì)比選取典型室外溫度條件，對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了紅外熱像檢測(cè)，紅外成像結(jié)果見圖5。室外溫度仍采用某品牌272A型干濕球溫度計(jì)在紅外檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。

由圖5可知，室外溫度高于10 ℃時(shí)，試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕系哪M粘結(jié)缺陷較易識(shí)別，紅外熱像檢測(cè)效果較好；室外溫度低于10 ℃時(shí)，紅外熱像檢測(cè)效果受到影響，尤其易遺漏小尺寸(100 mm×50 mm)的粘結(jié)缺陷。2.4紅外熱像法檢測(cè)外墻飾面層粘結(jié)缺陷的適宜條件

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，建議了紅外熱像法檢測(cè)外墻飾面層粘結(jié)缺陷的適宜條件，并與現(xiàn)行相關(guān)技術(shù)規(guī)程(CECS 204:2006,JGJ/T 277-2012)進(jìn)行了對(duì)比，見表1。表1中,★表示按CECS 204:2006規(guī)程,☆表示按JGJ/T 277-2012規(guī)程。

3　基于圖像處理的外墻飾面層粘結(jié)缺陷面積評(píng)定方法

在紅外熱像法檢測(cè)外墻飾面層粘結(jié)缺陷試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用圖像處理方法提取紅外熱像圖中的溫度異常部位，以評(píng)定粘結(jié)缺陷面積。具體步驟包括：圖像投影轉(zhuǎn)換、均值濾波及基于最大類間方差的溫度異常點(diǎn)判斷(見圖6)。其中，圖像投影轉(zhuǎn)換的作用是將圖像與實(shí)際檢測(cè)平面相對(duì)應(yīng)，以獲得每個(gè)像素點(diǎn)的實(shí)際面積大??；均值濾波的作用是去除噪聲點(diǎn)；基于最大類間方差的溫度異常點(diǎn)的判斷能夠提取溫度異常的像素點(diǎn)，根據(jù)累加提取的像素點(diǎn)面積即可獲得溫度異常區(qū)域的面積。

表1　建議適宜條件

圖5　不同室外溫度的紅外成像圖

圖6　基于圖像處理的外墻飾面層粘結(jié)缺陷面積評(píng)定方法步驟

3.1圖像投影轉(zhuǎn)換

圖7　試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膱D像投影轉(zhuǎn)換示意

在實(shí)際檢測(cè)中，由于難以做到使紅外熱像儀的焦平面與被檢測(cè)平面(墻面)完全平行，所以紅外熱像圖為被檢測(cè)平面的透射投影。因此，圖像處理的第一步工作需要將圖像平面空間中(圖7中iO′j坐標(biāo)系)的數(shù)據(jù)映射到現(xiàn)實(shí)物理平面空間(圖7中xOy坐標(biāo)系)。為達(dá)到這一目的，文章采用直接線性變換(Direct Linear Transformation，DLT)解法[9]，建立圖像坐標(biāo)和相應(yīng)現(xiàn)實(shí)物理坐標(biāo)之間的直接線性關(guān)系。具體做法如下：

對(duì)于試驗(yàn)?zāi)Ｐ惋椕鎸悠矫?，紅外熱像圖中的像素坐標(biāo)(i,j)與相應(yīng)的現(xiàn)實(shí)物理空間坐標(biāo)(x,y)有以下關(guān)系：

(1)

式(1)即為2維DLT解法[9]的基本關(guān)系式，為求解其中8個(gè)L參數(shù)，需選擇4個(gè)控制點(diǎn)(文中選取圖7中A、B、C、D點(diǎn)，4點(diǎn)的像素坐標(biāo)和現(xiàn)實(shí)坐標(biāo)都已知)，代入式(1)中得到8維線性方程組：

(2)

求解式(2)得到8個(gè)L參數(shù)，即可根據(jù)式(1)實(shí)現(xiàn)紅外熱像圖中每個(gè)像素點(diǎn)到現(xiàn)實(shí)物理空間的一一對(duì)應(yīng)。假設(shè)(xi,j,yi,j)為每個(gè)像素點(diǎn)(i,j)對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)坐標(biāo)，則每個(gè)像素點(diǎn)(i,j)對(duì)應(yīng)的實(shí)際面積ai,j可由式(3)近似得到：

(3)

3.2均值濾波

對(duì)于紅外熱像圖，不論是外界環(huán)境的隨機(jī)干擾，還是內(nèi)部物理量的隨機(jī)變化,均可產(chǎn)生圖像噪聲。因此，為了獲得良好的檢測(cè)和識(shí)別效果，在進(jìn)行圖像處理之前有必要進(jìn)行圖像去噪。筆者借鑒均值濾波法，將每一像素點(diǎn)的溫度值用該點(diǎn)鄰域(3×3區(qū)域)窗口內(nèi)的所有像素點(diǎn)溫度值的平均值代替，從而消除孤立的噪聲點(diǎn)。

3.3基于最大類間方差的溫度異常點(diǎn)提取

文章提取溫度異常點(diǎn)的思路是選定一個(gè)閾值，溫度高于該閾值的點(diǎn)即為溫度異常點(diǎn)。如果采用主觀方式選取閾值將存在很大缺陷：一方面，評(píng)定結(jié)果將具有主觀性；另一方面，對(duì)于不同場(chǎng)景需要重新選取閾值。筆者通過引入一種自適應(yīng)的閾值確定方法——最大類間方差法[10]，可有效避免這一缺陷。

應(yīng)用最大類間方差法，將紅外圖像按照每個(gè)像素點(diǎn)的溫度值(去噪后)分成背景和目標(biāo)兩部分。背景溫度和目標(biāo)溫度之間的類間方差越大，說明構(gòu)成圖像的兩部分的差別越大;當(dāng)部分目標(biāo)錯(cuò)分為背景或部分背景錯(cuò)分為目標(biāo)時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致兩部分的差別變小。因此，使類間方差最大的分割意味著錯(cuò)分概率最小。該方法的具體算法如下：

對(duì)于選定區(qū)域，首先定義整數(shù)ki,j為區(qū)域內(nèi)每個(gè)像素點(diǎn)的特征溫度，其與該像素點(diǎn)的實(shí)際溫度Ti,j及區(qū)域內(nèi)所有像素點(diǎn)的最低溫度Tmin的關(guān)系為：

(4)

設(shè)選定區(qū)域內(nèi)紅外圖像像素點(diǎn)的最大特征溫度為K，圖像的像素點(diǎn)總數(shù)為N，特征溫度為k的像素點(diǎn)數(shù)為nk，用pk代表特征溫度為k的像素點(diǎn)占總像素點(diǎn)的比例，則有：

(5)

用t將所有特征溫度值劃分為兩類：C0=0, 1,…,t和C1=t+1,t+2,…,K。則：

C0類的出現(xiàn)概率為：

(6)

C1類的出現(xiàn)概率為：

2.3.1 粒徑（Y1） 按“2.1”項(xiàng)下方法制備不同處方的穿心蓮內(nèi)酯自微乳，加水稀釋50倍，采用激光粒度儀測(cè)定Y1。Y1越小表示穿心蓮內(nèi)酯自微乳越穩(wěn)定。

(7)

C0類的特征溫度均值為：

(8)

C1類的特征溫度均值為：

(9)

所有像素點(diǎn)的特征溫度均值為：

(10)

類間方差定義為[10]：

(11)

類間方差值越大，表示構(gòu)成圖像兩部分的溫度差別越大。令t從1至K-1變化，計(jì)算不同的t值下的類間方差δ2(t)，使δ2(t)最大的t值就是所求的最優(yōu)特征溫度閾值，即：

(12)

根據(jù)該最優(yōu)特征溫度閾值，最大類間方差法可將紅外圖像劃分為目標(biāo)和背景兩部分，其中目標(biāo)部分(即ki,j>tb的像素點(diǎn))為所要提取的溫度異常點(diǎn)。再將式(3)中得到的溫度異常像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)際面積累加，即為溫度異常區(qū)域的面積。

為數(shù)據(jù)分析需要，定義最大類間標(biāo)準(zhǔn)差為：

(13)

根據(jù)式(4)，反演出最優(yōu)溫度閾值為：

(14)

3.4圖像處理結(jié)果

采用最大類間方差法分別對(duì)圖5中的10組紅外熱像圖進(jìn)行圖像分割提取空鼓點(diǎn)gm1～gm10對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)，如圖8所示。結(jié)果表明，基于圖像處理的外墻飾面層粘結(jié)缺陷面積評(píng)定方法能夠較好地提取出溫度異常區(qū)域。

圖8　圖像處理得到的溫度異常面積

根據(jù)最大類間方差法原理，式(13)得到的最大類間標(biāo)準(zhǔn)差代表了圖像分割的效果，該值越大，說明圖像分割(空鼓提取)效果越好。而且，對(duì)于文章中的外墻試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，每個(gè)空鼓的面積是已知的，因此，通過分析圖像提取的溫度異常面積與實(shí)際空鼓面積之間的誤差，可以表征圖像處理效果的好壞。后文將以最大類間標(biāo)準(zhǔn)差和空鼓面積誤差(即圖像提取溫度異常面積與實(shí)際空鼓面積差值的絕對(duì)值/實(shí)際空鼓面積)為指標(biāo)分析不同室外溫度、不同空鼓面積、不同空鼓厚度及深度下的圖像處理效果，以檢驗(yàn)紅外熱像法檢測(cè)外墻飾面層粘結(jié)缺陷的效果。

3.5影響因素分析

3.5.1最優(yōu)溫度閾值的選取

為了避免拍攝傾角造成的影響，圖像處理提取空鼓面積時(shí)，需針對(duì)每個(gè)空鼓點(diǎn)單獨(dú)選定其周圍一定區(qū)域進(jìn)行分割處理，因此，對(duì)應(yīng)每個(gè)空鼓點(diǎn)，有其獨(dú)立的最優(yōu)溫度閾值。圖9給出了不同室外溫度下(對(duì)應(yīng)圖5(a)～(g))，空鼓點(diǎn)gm2～gm9對(duì)應(yīng)的最優(yōu)溫度閾值(考慮到外墻模型邊緣影響誤差，在接下來的分析中不考慮空鼓點(diǎn)gm1和gm10)。

圖9　不同空鼓點(diǎn)的最優(yōu)溫度閾值

由圖9可知，室外溫度相同時(shí)，每個(gè)空鼓點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)溫度閾值并不相同，這也驗(yàn)證了對(duì)每個(gè)空鼓點(diǎn)區(qū)域單獨(dú)進(jìn)行圖像分割處理的必要性。而且，不同室外溫度條件下空鼓點(diǎn)gm2～gm9對(duì)應(yīng)的最優(yōu)溫度閾值均表現(xiàn)出了先升后降的趨勢(shì)，這表明空鼓面積越大，其對(duì)應(yīng)的最優(yōu)溫度閾值也較高。

3.5.2室外溫度的影響

圖10給出了不同室外溫度條件下的圖像處理分析結(jié)果。

圖10　不同室外溫度條件下的圖像處理結(jié)果

由圖10可知:室外溫度為4 ℃(圖5(a))時(shí)，最大類間標(biāo)準(zhǔn)差最小(0.09 ℃)且空鼓面積誤差最大(33%)，圖像處理效果最差；隨著室外溫度上升，最大類間標(biāo)準(zhǔn)差呈上升趨勢(shì)，空鼓面積誤差呈下降趨勢(shì)；室外溫度為37 ℃(圖5(j))時(shí)，最大類間標(biāo)準(zhǔn)差最大(0.63 ℃)且空鼓面積誤差較小(18%)。證明在一定溫度范圍內(nèi)(4～37 ℃)，采用紅外熱像法檢測(cè)外墻飾面層粘結(jié)缺陷，溫度越高效果越好。

3.5.3空鼓面積及深度的影響

圖11給出了空鼓點(diǎn)gm2～gm9的圖像處理分析結(jié)果。

圖11　不同空鼓面積下的圖像處理結(jié)果

由圖11可知:最大類間標(biāo)準(zhǔn)差隨空鼓面積的增大呈上升趨勢(shì)，空鼓面積誤差隨空鼓面積的增大呈下降趨勢(shì)，證明空鼓面積越大，紅外熱像法檢測(cè)效果越好；而且在同樣的空鼓面積與形狀條件下，位于粘結(jié)層的空鼓(gm6～gm9)對(duì)應(yīng)的最大類間標(biāo)準(zhǔn)差高于位于找平層的空鼓(gm2～gm5)，證明空鼓深度越淺，紅外熱像法檢測(cè)效果越好。

3.5.4空鼓厚度的影響

圖12給出了三種空鼓厚度下，同一空鼓形狀(即gt7，gm7，gb7)的圖像處理分析結(jié)果。

圖12　不同空鼓厚度下的圖像處理結(jié)果

由圖12可知，在一定空鼓厚度范圍(3, 6, 9 mm)內(nèi)，最大類間標(biāo)準(zhǔn)差以及空鼓面積誤差與空鼓厚度之間不存在明顯穩(wěn)定的變化關(guān)系，因此說明在文章設(shè)置的空鼓厚度區(qū)域內(nèi)，紅外檢測(cè)結(jié)果無明顯差別。

4　結(jié)論

(1) 天氣狀況、室外溫度等對(duì)紅外熱像的檢測(cè)結(jié)果有顯著影響。

(2) 基于試驗(yàn)結(jié)果對(duì)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程中紅外熱像法檢測(cè)外墻飾面層粘結(jié)缺陷的適宜條件提出了改進(jìn)建議：對(duì)適宜檢測(cè)時(shí)段放松至9:30-15:30，對(duì)適宜的外界環(huán)境溫度的限制應(yīng)設(shè)為不低于10 ℃，并補(bǔ)充了紅外熱像儀檢測(cè)位置的相關(guān)注意事項(xiàng)。

(3) 基于圖像處理的外墻飾面層粘結(jié)缺陷面積評(píng)定方法包含圖像投影轉(zhuǎn)換、均值濾波及基于最大類間方差的溫度異常點(diǎn)判斷三部分，分別可以起到還原實(shí)際空鼓面積大小、去除圖像噪聲、提取溫度異常區(qū)域面積的作用。

(4) 圖像處理分析結(jié)果證明:紅外熱像法的檢測(cè)效果與室外溫度、空鼓大小及空鼓深度相關(guān)：在一定范圍內(nèi)，室外溫度越高、空鼓面積越大、空鼓深度位置越淺，檢測(cè)效果越好；空鼓厚度對(duì)檢測(cè)效果的影響不明顯。

(5) 應(yīng)用文章提出的基于圖像處理的外墻飾面層粘結(jié)缺陷面積評(píng)定方法，可通過編程對(duì)紅外熱成像圖進(jìn)行處理，進(jìn)而定量確定外飾面粘結(jié)缺陷的面積，較經(jīng)驗(yàn)法的判定結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠。

[1]DATCU S, IBOS L, CANDAU Y, et al. Improvement of building wall surface temperature measurements by infrared thermography[J]. Infrared Physics & Technology, 2005, 46(6): 451-467.

[2]MAHABOONPACHAI T, KUROMIYA Y, MATSUMOTO T. Experimental investigation of adhesion failure of the interface between concrete and polymer-cement mortar in an external wall tile structure under a thermal load[J]. Construction and Building Materials, 2008, 22(9): 2001-2006.

[3]張榮成. 紅外熱像法檢測(cè)建筑物外墻飾面施工質(zhì)量的試驗(yàn)研究[J]. 建筑科學(xué), 2002, 18(1): 40-44.

[4]袁昕, 謝慧才, 陳高峰. 建筑物外墻飾面磚粘貼質(zhì)量的紅外熱像檢測(cè)試驗(yàn)研究[J]. 四川建筑科學(xué)研究, 2003, 29(2): 43-45.

[5]馮力強(qiáng), 王歡祥, 晏大瑋, 等. 紅外熱像法檢測(cè)建筑外墻飾面層內(nèi)部缺陷試驗(yàn)研究[J]. 土木工程學(xué)報(bào), 2014, 47(6): 51-56.

[6]EDIS E, FLORES-COLEN I, DE BRITO J. Passive thermographic inspection of adhered ceramic claddings: limitation and conditioning factors[J]. Journal of Performance of Constructed Facilities, 2012, 27(6): 737-747.

[7]張德芳. 紅外熱像法檢測(cè)外墻飾面空鼓缺陷時(shí)結(jié)果的可靠性[J]. 工程質(zhì)量, 2013, 30(11): 73-75.

[8]李蕓, 劉永福, 周宏, 等. 紅外熱像法檢測(cè)外墻飾面磚黏結(jié)缺陷的應(yīng)用研究[J]. 住宅科技, 2014, 34(1): 52-54.

[9]ABDEL-AZIZ Y I, KARARA H M. Direct linear transformation from comparator coordinates into object space coordinates[C]∥Proceedings of the ASP Symposium on Close-Range Photogrammetry. Falls Church, VA: American Society of Photogrammetry, 1971:1-18.

[10]OSTU N. A threshold selection method from gray-level histograms[J]. IEEE Trans, 1979, SMC-9: 62-66.

Inspection and Assessment of the Defects of Exterior Walls Cement Coating

ZHU Lei1,2, FANG Zhi-ming1,2, WANG Zhuo-lin1,2, ZHU Bin1,2, JIANG Li-xue1,2, XU Qing-feng1,2

(1.Shanghai Key Laboratory of Engineering Structure Safety, Shanghai 200032, China;2.Shanghai Research Institute of Building Sciences (Group) Co., Ltd., Shanghai 200032, China)

Infrared thermography method was used to inspect the defects of exterior walls cement coating under different environmental conditions. The effects of weather conditions, test time in a day and outdoor temperatures on the test results were analyzed, and the suitable conditions in the current technical specifications for defects inspection of exterior walls cement coating using infrared thermography method were modified. The experimental results showed that, the defects of small size were easily to be omitted by mistake in a cloudy day or when the outdoor temperature was lower than 10℃. The method for evaluating the area of bonding defects was proposed based on the image processing of infrared thermography method. The proposed method was effective and quantitative for extracting the area of exfoliation of cement coating. The image processing analysis results showed that, the inspecting result of infrared thermography method was better when at higher outdoor temperature, with larger area and more shallow depth of exfoliation of cement coating. The effect of the thickness of exfoliation of cement coating was not obvious on the inspecting result of infrared thermography method.

Exterior walls cement coating; Bonding defect; Infrared thermography; Image processing; Interclass variance

2015-07-11

十二五國家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2012BAJ07B04)

朱雷(1964-)，男,教授級(jí)高工，主要從事城市建筑物安全運(yùn)營保障技術(shù)方面的研究。

朱雷, E-mail: zlsh1964@163.com。

10.11973/wsjc201606003

TU238+.9

A

1000-6656(2016)06-0010-07