基於視頻圖像的橋梁病害監測方法
2023-08-01 22:04:01 1
專利名稱：基於視頻圖像的橋梁病害監測方法
技術領域：
本發明涉及一種橋梁監測方法，更具體地說，尤其涉及一種基於視頻圖像的橋梁病害監測方法。
背景技術：
目前，我國公路建設總量實現了跨越式增長，交通運輸緊張狀況總體緩解，已建成的水上橋梁、高架橋數量巨大，橋梁病害的獲取工作量大，目前橋梁檢查工作耗時費力，一些交通繁忙路段因為檢測效率低下影響了交通暢通。目前技術存在的問題是通常採用接觸式人工直接測量方法，費時費力，且難以準確測量橋梁裂縫寬度、周長、面積，影響對橋梁病害進行準確評估。
發明內容
本發明的目的在於提供一種檢測效率及準確性高且成本較低的基於視頻圖像的橋梁病害監測方法。本發明的技術方案是這樣實現的一種基於視頻圖像的橋梁病害監測方法，其中該方法包括下述步驟(I)獲取橋梁上預定位置的視頻數據；(2)對視頻數據進行對比處理；(3)獲取橋梁病害情況；(4)對橋梁的使用狀況進行評估並進行預警。上述的基於視頻圖像的橋梁病害監測方法中，步驟(I)所述的獲取橋梁上預定位置的視頻數據具體為採用攝像機拍攝預定的橋梁位置，獲取原始視頻數據，並通過視頻圖像編碼器將圖像數據壓縮打包，然後通過無線網絡將圖像數據傳輸至監控中心。上述的基於視頻圖像的橋梁病害監測方法中，步驟(2)所述的視頻數據處理具體包括以下步驟①確定接收到的圖像數據所對應的橋梁位置，從預先拍攝的正常橋梁的視頻片斷中找到相同的橋梁位置視頻，並抽取視頻幀作為樣本視頻幀，在獲取的橋梁視頻數據中進行搜索、查找、定位，並與樣本視頻幀進行對比，與樣本視頻幀差別較大或前後兩幀差別較大的視頻幀，作為橋梁嫌疑病害視頻幀，並將嫌疑視頻幀提取，存儲成橋梁病害圖片；②將橋梁病害圖片依序進行灰度化、拉伸以及平滑處理。上述的基於視頻圖像的橋梁病害監測方法中，步驟(3)所述的橋梁病害獲取，具體包括以下步驟①採用拉普拉斯算子對圖像進行邊緣檢測；②使用最大類間方差方法得到圖像的單峰閾值；③根據上一步驟所得的閾值將圖像分割成前景和背景，前景即病害圖像；④通過對病害圖像進行掃描，找到水平方向最大的寬度作為病害的寬度特徵值；⑤通過統計病害圖像邊緣點的距離作為病害的周長特徵值；⑥通過統計病害圖像包含的像素點個數作為病害的面積特徵值。上述的基於視頻圖像的橋梁病害監測方法中，步驟(3)所述的橋梁病害獲取，具體還包括以下步驟
①在實際場景中布置兩個容易檢測並已知實際距離的特徵點；②在拍攝獲得的場景圖片中檢測出特徵點的位置並求得兩個特徵點之間的像素距離；③將特徵點實際距離除以其像素距離即可得圖片中單個像素的實際尺寸；④將病害的像素尺寸乘以單個像素的實際尺寸即可得病害的實際尺寸。上述的基於視頻圖像的橋梁病害監測方法中，步驟(4)所述的對橋梁的使用狀況進行評估並進行預警具體為按照《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTG — T H21-2011)單項控制指標的要求，將橋梁病害進行快速自動評估，並預警處置。
本發明採用上述方法後，通過攝像機定點監測橋梁，並將數據通過無線網絡進行傳輸，基本實現橋梁數據的實時輸送，從而可以及時地使發現橋梁病害並作出處理；另外，橋梁數據通過視頻處理，再依序通過採用拉普拉斯(Laplacian)算子進行邊緣檢測、採用最大類間方差法進行閥值分隔後，對橋梁病害像素進行提取，再轉化為實際尺寸；從而使技術人員可以直觀、準確、快速地獲取病害情況，從而對病害準確的評估及預警。從而保證橋梁的使用壽命以及橋梁使用者的安全，也可以大幅降低橋梁監護的成本。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步的詳細說明，但並不構成對本發明的任何限制。本發明的一種基於視頻圖像的橋梁病害監測方法，該方法包括下述步驟(1)獲取橋梁上預定位置的視頻數據採用攝像機拍攝預定的橋梁位置，獲取原始視頻數據，並通過視頻圖像編碼器將圖像數據壓縮打包，然後通過無線網絡將圖像數據傳輸至監控中心。(2)對視頻數據進行對比處理，具體步驟為①確定接收到的圖像數據所對應的橋梁位置，從預先拍攝的正常橋梁的視頻片斷中找到相同的橋梁位置視頻，並抽取視頻幀作為樣本視頻幀，在獲取的橋梁視頻數據中進行搜索、查找、定位，並與樣本視頻幀進行對比，與樣本視頻幀差別較大或前後兩幀差別較大的視頻幀，作為橋梁嫌疑病害視頻幀，並將嫌疑視頻幀提取，存儲成橋梁病害圖片，病害計算包括橋梁裂縫、沉降、露筋、變形等；②將橋梁病害圖片依序進行灰度化、拉伸以及平滑處理。具體地，(a)橋梁圖片灰度化(gray)的計算公式Grayt = (Ri + Gj +5,)/3其中RpGi和Bi分別為彩色圖像第i個像素的RGB三個顏色通道的值，Grayi為所求得的該像素的灰度值。(b)橋梁圖片拉伸公式
25 5K ( Y ■ V) = —~-[./' ( X . >') — /m m]
^max. J m in式中，g(x，y)為圖像中坐標(x，y)處拉伸後的灰度值，f(x，y)為該處的原灰度值，而f X以及fmin分別為原灰度圖像中的最大灰度值和最小灰度值。(C)橋梁圖像平滑處理為了消除圖像中噪聲的影響，改善圖像質量，對圖像進行平滑處理，圖像平滑的方法有多種，本發明實施例採用較為常用的中值濾波方法。中值濾波的基本思想為將以某點(X，y)為中心的小窗口內的所有像素的灰度按從大到小的順序排列，將中間值作為(x, y)處地灰度值(若窗口中有偶數個像素，則取兩個中間值的平均值)。該窗口的大小可根據實際的需要進行調整，本專利採用3X3大小的窗口遍歷圖像，一般來說選擇的窗口越大，計算量也相應地越大。圖像比對算法要有較高的查準率，較低的誤查率，較少的遺漏，並且要保證較高的效率，用儘可能少的時間做出快速、準確的判斷。(3)獲取橋梁病害情況，具體步驟為①採用拉普拉斯算子對圖像進行邊緣檢測，拉普拉斯算子模板為
權利要求
1.一種基於視頻圖像的橋梁病害監測方法，其特徵在於，該方法包括下述步驟(1)獲取橋梁上預定位置的視頻數據；(2)對視頻數據進行對比處理；(3)獲取橋梁病害情況；(4)對橋梁的使用狀況進行評估並進行預警。
2.根據權利要求I所述的基於視頻圖像的橋梁病害監測方法，其特徵在於，步驟(I)所述的獲取橋梁上預定位置的視頻數據具體為採用攝像機拍攝預定的橋梁位置，獲取原始視頻數據，並通過視頻圖像編碼器將圖像數據壓縮打包，然後通過無線網絡將圖像數據傳輸至監控中心。
3.根據權利要求I所述的基於視頻圖像的橋梁病害監測方法，其特徵在於，步驟(2)所述的視頻數據處理具體包括以下步驟①確定接收到的圖像數據所對應的橋梁位置，從預先拍攝的正常橋梁的視頻片斷中找到相同的橋梁位置視頻，並抽取視頻幀作為樣本視頻幀，在獲取的橋梁視頻數據中進行搜索、查找、定位，並與樣本視頻幀進行對比，與樣本視頻幀差別較大或前後兩幀差別較大的視頻幀，作為橋梁嫌疑病害視頻幀，並將嫌疑視頻幀提取，存儲成橋梁病害圖片；②將橋梁病害圖片依序進行灰度化、拉伸以及平滑處理。
4.根據權利要求I或3所述的基於視頻圖像的橋梁病害監測方法，其特徵在於，步驟(3)所述的橋梁病害獲取，具體包括以下步驟 ①採用拉普拉斯算子對圖像進行邊緣檢測； ②使用最大類間方差方法得到圖像的單峰閾值； ③根據上一步驟所得的閾值將圖像分割成前景和背景，前景即病害圖像； ④通過對病害圖像進行掃描，找到水平方向最大的寬度作為病害的寬度特徵值； ⑤通過統計病害圖像邊緣點的距離作為病害的周長特徵值； ⑥通過統計病害圖像包含的像素點個數作為病害的面積特徵值。
5.根據權利要求4所述的基於視頻圖像的橋梁病害監測方法，其特徵在於，步驟(3)所述的橋梁病害獲取，具體還包括以下步驟 ①在實際場景中布置兩個容易檢測並已知實際距離的特徵點； ②在拍攝獲得的場景圖片中檢測出特徵點的位置並求得兩個特徵點之間的像素距離； ③將特徵點實際距離除以其像素距離即可得圖片中單個像素的實際尺寸； ④將病害的像素尺寸乘以單個像素的實際尺寸即可得病害的實際尺寸。
6.根據權利要求I所述的基於視頻圖像的橋梁病害監測方法，其特徵在於，步驟(4)所述的對橋梁的使用狀況進行評估並進行預警具體為按照《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTG - T H21 - 2011)單項控制指標的要求，將橋梁病害進行快速自動評估，並預警處置。
全文摘要
本發明公開了一種基於視頻圖像的橋梁病害監測方法；屬於橋梁監測方法技術領域；其技術要點包括下述步驟(1)獲取橋梁上預定位置的視頻數據；(2)對視頻數據進行對比處理；(3)獲取橋梁病害情況；(4)對橋梁的使用狀況進行評估並進行預警；本發明旨在提供一種檢測效率及準確性高且成本較低的基於視頻圖像的橋梁病害監測方法；用於橋梁病害的實時監測。
文檔編號G08B21/00GK102842203SQ20121032469
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月4日 優先權日2012年9月4日
發明者許薛軍, 羅廣發, 李林生, 鍾清文, 單成林, 趙儉輝 申請人:廣東省公路管理局