王丹，夏亮

基于對抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建筑混凝土細(xì)小裂縫精準(zhǔn)識別方法研究

王丹，夏亮

（池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑與園林系，安徽 池州 247100）

針對常規(guī)方法識別裂縫圖像目標(biāo)像素時噪聲點作為虛假裂縫仍保留在像素區(qū)域中，導(dǎo)致建筑混凝土裂縫幾何參數(shù)識別誤差較大的問題，提出一種基于對抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建筑混凝土細(xì)小裂縫精準(zhǔn)識別方法。首先，灰度轉(zhuǎn)換混凝土裂縫原始圖像，結(jié)合閾值分割和高斯梯度法，區(qū)分圖像目標(biāo)和背景；然后，設(shè)置裂縫和虛假裂縫判別條件，去除目標(biāo)像素中的噪聲點，利用初始像素框，裁剪篩選后的裂縫像素；最后，將上述像素輸入對抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，獲得裂縫類別信息，將建筑混凝土圖像裂縫段細(xì)化為像素級的骨架，計算建筑混凝土裂縫長度、寬度、面積，結(jié)合類別信息、裁剪定位信息和幾何參數(shù)信息，完成建筑混凝土細(xì)小裂縫識別。以三跨連續(xù)拱橋混凝土細(xì)小裂縫為例設(shè)置對比實驗。結(jié)果表明，設(shè)計方法減小了裂縫長度和裂縫寬度識別誤差，裂縫幾何參數(shù)識別結(jié)果滿足精度要求。

對抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；混凝土裂縫；圖像剪裁；增強濾波；特征向量；幾何信息

混凝土這一原材料被廣泛應(yīng)用于道路、樓房、橋梁等設(shè)施中，由于建筑工程所處環(huán)境非常復(fù)雜，當(dāng)?shù)鼗冃?、溫度變化時，建筑混凝土?xí)a(chǎn)生一些裂縫[1]。若裂縫面積超出一定限制，會引起滲漏，影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，降低建筑的承載能力，因而混凝土裂縫識別十分重要[2]。但人工識別裂縫存在許多弊端，識別過程危險，效率低，識別范圍存在限制。因此，研究混凝土裂縫識別方法，應(yīng)用人工智能、圖像識別等技術(shù)，為裂縫識別提供新的手段具有重要意義[3]?，F(xiàn)階段，混凝土裂縫識別相關(guān)研究取得較大進展，利用設(shè)備采集混凝土表面裂縫，通過圖像處理技術(shù)，預(yù)處理獲取的原始圖像，采用邊緣檢測、支持向量機、閾值分割、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)等算法，分析處理后的圖像，得到裂縫的最終識別結(jié)果[4-5]。

文獻(xiàn)[6]提出基于計算機視覺的裂縫識別方法。該方法利用形態(tài)學(xué)運算和傳感器畸變校準(zhǔn)，提取圖像的裂縫區(qū)域，通過對圖像模糊、增強等一系列處理，將存在裂縫之處進行標(biāo)記，并消除其中存在的孤立點，分析裂縫擴散規(guī)律，完成裂縫的有效識別。但該方法濾波能力較差，裂縫幾何參數(shù)識別誤差較大。文獻(xiàn)[7]提出基于光頻域反射計技術(shù)的裂縫識別方法。采用光頻域反射計技術(shù)，識別裂縫形態(tài)信息，監(jiān)測裂縫發(fā)展?fàn)顩r，當(dāng)混凝土裂縫預(yù)警超出寬度，即超過0.002mm的微裂縫時進行有效地預(yù)警與識別。該方法可及時發(fā)現(xiàn)裂縫，其工作效率較高。但該方法沒有考慮到裂縫方向的多樣性，裂縫幾何參數(shù)識別誤差同樣較大。

針對以上問題，結(jié)合現(xiàn)有的研究理論，提出基于對抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建筑混凝土細(xì)小裂縫精準(zhǔn)識別。并通過實驗分析了驗證了本文方法識別的有效性。

1 建筑混凝土細(xì)小裂縫精準(zhǔn)識別方法設(shè)計

1.1 預(yù)處理建筑混凝土細(xì)小裂縫原始圖像

采集建筑混凝土細(xì)小裂縫圖像，預(yù)處理原始圖像。利用無人機，獲取建筑狹小地方的混凝土裂縫，將航拍相機安裝在飛行器上，在距離混凝土表面0.5～1.0m處，采集裂縫圖像。人工采集建筑寬敞地方的混凝土裂縫，使用帶有調(diào)平功能的三腳架，固定分辨率較高的相機，減少拍攝過程中的抖動，確保裂縫處于屏幕正中央。在此過程中，由于相機的微小抖動，導(dǎo)致的相機分辨率變化對本文的研究影響較小，可忽略相機像素對裂縫識別中的微小影響。