混凝土裂縫和動(dòng)三軸試驗(yàn)土樣變形測(cè)量的圖像處理技術(shù)研究.pdf

1、混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫監(jiān)測(cè)和土工結(jié)構(gòu)物的變形測(cè)量是土木工程研究領(lǐng)域的重要課題。由于實(shí)際環(huán)境背景的復(fù)雜性，現(xiàn)有的裂縫識(shí)別技術(shù)和變形測(cè)量技術(shù)遠(yuǎn)不能滿足工程實(shí)際的需要，對(duì)裂縫識(shí)別、分類和分析等一體化處理技術(shù)也亟待研究。
　　動(dòng)三軸試驗(yàn)是獲取土在動(dòng)力荷載作用下力學(xué)性質(zhì)的必要手段。試驗(yàn)過(guò)程中土樣的變形以位移傳感器測(cè)量為主，變形精度和可信性不高，不能得到土樣局部的變形形態(tài)。
　　本文以混凝土裂縫識(shí)別和動(dòng)三軸試驗(yàn)土樣變形測(cè)量為研究對(duì)象，采用數(shù)字

2、圖像測(cè)量技術(shù)，從裂縫識(shí)別、拼接、分類、變形以及土體動(dòng)力變形測(cè)量方法方面開(kāi)展工作，研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)裂縫圖像的增強(qiáng)和識(shí)別。提出一種參數(shù)化的S型模糊隸屬度函數(shù)，利用混合人工魚(yú)群算法和最小二乘法求解未知參數(shù)，帶入S型函數(shù)并實(shí)現(xiàn)低灰度裂縫圖像的增強(qiáng);提出一種基于像素分類的圖像增強(qiáng)算法，給定不同隸屬度函數(shù)對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行圖像增強(qiáng)，解決背景圖像灰度分布不均勻的問(wèn)題;通過(guò)計(jì)算圖像線性裂縫周長(zhǎng)和面積，統(tǒng)計(jì)出線性裂縫的規(guī)律，結(jié)合裂縫骨架線提取

3、，實(shí)現(xiàn)污染背景中線性裂縫的識(shí)別;提出結(jié)合形狀測(cè)度特征、灰度-均值特征的裂縫圖像閾值分割算法，采用二維最大熵模型，克服單純依賴離散灰度值的圖像分割算法的弊端。
　　(2)裂縫圖像拼接和形態(tài)分類。提出一種基于Sift特征的快速圖像匹配算法，采用改進(jìn)SP-Tree結(jié)構(gòu)搜索近似最鄰近匹配特征點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)圖像特征點(diǎn)的快速匹配;利用圖像分塊的灰度方差簡(jiǎn)化裂縫圖像，采用改進(jìn)粒子群算法構(gòu)建極限學(xué)習(xí)機(jī)的分類模型，提高裂縫整體及小類分類的準(zhǔn)確性;提出一種

4、裂縫邊緣多邊形擬合方法，結(jié)合Delaunay算法生成有限元計(jì)算網(wǎng)格，以期實(shí)現(xiàn)與CAE分析軟件的無(wú)縫對(duì)接。
　　(3)數(shù)字圖像相關(guān)算法改進(jìn)及位移場(chǎng)插值。提出基于改進(jìn)粒子群和改進(jìn)人工蜂群的相關(guān)搜索算法，提高數(shù)字圖像相關(guān)搜索的效率;提出由徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)整體位移場(chǎng)插值計(jì)算，由閾值Door及模糊C均值聚類算法確定隱含層中心節(jié)點(diǎn)數(shù)，由改進(jìn)螢火蟲(chóng)優(yōu)化算法確定隱含層與輸出層之間的連接權(quán)值，構(gòu)建位移插值模型，通過(guò)混凝土裂縫區(qū)域的位移場(chǎng)插值計(jì)

5、算驗(yàn)證該方法的有效性。
　　(4)動(dòng)三軸試驗(yàn)土樣變形數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。引入高頻數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和高速磁盤存儲(chǔ)陣列，將土工靜力三軸試驗(yàn)土樣變形數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于動(dòng)三軸試驗(yàn)。通過(guò)一組平面鏡和一臺(tái)攝像機(jī)獲取試樣360度全表面圖像，實(shí)現(xiàn)了位移傳感器采集與攝像機(jī)拍攝的同步，利用角點(diǎn)識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全表面變形測(cè)量。開(kāi)展了動(dòng)變形及動(dòng)破壞試驗(yàn)，將圖測(cè)系統(tǒng)測(cè)得的應(yīng)變數(shù)據(jù)與傳感器測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，驗(yàn)證了該套系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，并能捕捉土樣的動(dòng)力變形破壞過(guò)