基于全景展开图像的水工隧洞渗水侵蚀病害快速检测方法研究

为解决水工隧洞尺寸较小、断面形式多变、洞内环境复杂、无信号覆盖给检测图像快速采集带来的难题,研制出一种无信号覆盖下图像实时传输以及适用于不同断面、尺寸下隧洞全断面采集的水工隧洞检测系统,采集重叠率和精度满足三维重建及对自主研发的衬砌展开影像生成器的要求;针对隧洞表观病害传统算法速度慢、精度低等问题,引入DenseNet主干网络和ECA注意力机制对YOLOv5检测算法进行改进,优化特征提取能力;针对单张图像识别难以反映病害整体分布、全景展开图尺寸过大网络难以捕获有效特征等问题,以全景展开图底层图像为种子点,利用方向搜索结合目标检测算法提出一种“段-环-点”的隧洞常见表观病害快速识别算法。现场应用表明:1)相比YOLOv7-tiny、YOLOv8、YOLOv9等模型,改进的YOLOv5模型在mAP和F 1上均有明显提高,可有效提升复杂背景下病害识别与边界定位精度,显著减少误检和漏检现象;2)所提技术适用于圆涵、箱涵等不同类型、尺寸的水工隧洞表观图像快速获取与全景识别,能够用于隧洞表观病害的展示和快速定位,可为病害整治措施的及时制定提供依据。

CCTV视觉图像处理方法在土石坝涵管病害诊断中的应用

随着土石坝服役时间延长,其下伏涵管病害尤其是渗漏现象亟需快速精准的安全诊断。提出了一种可用于土石坝涵管病害诊断的多视角视觉图像拼接方法,通过Closed Circuit Television(CCTV)管道机器人采集土石坝涵管全景视觉图像,结合多视几何三维重建技术构建涵管三维点云,再利用三维曲面估计技术判断出模型曲面,并对图像进行展平拼接,实现了土石坝涵管图像的渗漏与裂缝缺陷数字化自动识别和准确定位,为病害处治提供了参考依据。以湖南省某中型水库导流涵管为例,采用CCTV管道机器人采集涵管图像,通过多视角视觉图像拼接方法,获取了涵管全景数字展开图,与现场实地检查情况一致。该方法具有检测灵活、快速精准以及成本低廉等优点,在土石坝涵管病害检测领域具有广泛的应用前景。

圆柱物体内壁的锥面折反射全景图像展开

针对锥面折反射的全景成像系统采集的圆柱内壁全景图像存在畸变的问题,提出锥面双向投影模型下的圆柱内壁全景图像展开方法。建立含有畸变参数的正向和逆向投影模型,先将圆柱内壁全景图像的像素点逆向映射到展开图像,再将展开图像中缺失的像素点正向映射到原全景图像,通过全景图像和展开图像对应像素点的坐标映射关系,实现圆柱内壁全景图像的展开。实验结果表明:该方法较好地校正了圆柱内壁全景图像的切向和径向畸变,锥面双向投影模型定位精度为亚像素级,相比同心圆环近似展开法,信息熵和平均梯度均有不同程度的提高,能够有效应用于圆柱物体内壁全景图像的展开。

隧道火灾后衬砌结构伤损特征及变形原因分析

对火灾作用下隧道衬砌结构状态的全面评价与诊断,对于灾后隧道检测、线路恢复与维修加固至关重要。对G4京港澳高速某隧道火灾后的隧道现场进行了大量照片采集,并结合三维实景与全景展开图融合的3DZI检测技术,对隧道火灾受损区段进行了全面的视觉观测和净空检测,获得了火灾后的衬砌表观损坏的详细特征及净空收敛变形。分析表明,隧道火灾造成的衬砌结构损伤位置与火焰及高温烟气扩散范围相重合;衬砌结构变形规律与室内试验揭露的温度分布规律一致,说明火灾高温会导致衬砌结构局部破坏和材料劣化与变形。

基于多聚焦图像序列融合的筒状类工件内壁形貌重构方法

针对筒状类工件内壁缺陷和形貌特征的检测需求,提出了基于深度学习与机器视觉相结合的筒状类工件内壁全景成像方法。该方法基于变焦距成像,获取筒状类工件内壁多聚焦图像序列,利用基于卷积神经网络的多聚焦图像融合算法,融合不同景深的内壁图像序列,获取全聚焦的内壁全景视图。根据视觉成像的透视变换原理,采用逆映射全景图像,改进了内壁形貌重构方法,获取柱面坐标系下的筒状类工件内壁形貌图像。实验结果表明,提出的形貌重构方法能够有效实现内壁质量的检测,且成像质量较高。

隧道开挖支护质量3DZI检测技术及应用研究

为解决钻爆法隧道施工过程中隧道围岩及开挖支护质量难以快速、完整、准确检测的难题,通过对三维重建与全景展开图技术的融合与改进,提出基于3DZI技术(3DReality and Deep Zoom Image)的隧道开挖与支护质量检测方法。通过用参数化流线与迹线方程构建网格化的设计轮廓曲面,建立三维轮廓与二维展开平面之间的映射关系,实现三维实景与平面全景展开图的信息协同与辨识;通过网格曲面法线方程与三维实景模型求交,实现对空间距离测量和体积估算,并生成净空偏差云图和断面图;通过求交修正后的网格曲面实现对图像无视差矫正拼接,生成高质量的全景展开图,用于还原记录围岩和初支表面情况,实现对表面物体长度和面积的测量。结果表明:该方法设备成本低且作业灵活,仅需在现场布置若干控制点后自由设站拍摄照片,可实现隧道围岩地质编录、超欠挖与初支工程量等量化检测,以及隧道塌方体积与大变形量的快速测定,并可揭示各项作业效果之间的因果关联性。工程现场应用表明:该方法检测结果能直观全面地反映隧道开挖支护效果及围岩地质情况,同时获得超欠挖分布规律和初支材料用量信息,可为隧道施工开挖与支护质量控制、动态设计提供可靠的信息化检测结果和依据。