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。

基于全景展开图像的隧道围岩节理识别方法

为了解决目前节理信息识别方法仅适用于局部岩体图像的问题,采用全景展开图像方法,将采集到的局部洞壁围岩图像进行特征点提取、点云模型重建、矫正拼接处理,获得高分辨率的隧道洞壁围岩全景展开图像。通过图像预处理、小尺寸特征图片的smaAt-Unet神经网络识别、小尺寸图片识别结果的融合拼接,对洞壁围岩全景展开图像的节理信息进行了区域粗略分割识别。采用Zhang-Suen算法和8邻域连通域分析方法,从骨架化与骨架线分离、毛刺剔除、骨架线连接方面进行了算法分析计算,完成了节理信息的细化提取。对体积节理数和节理空间产状信息进行了量化分析,最终建立了一种基于全景展开图像的隧道洞壁围岩节理信息识别方法。工程应用结果表明,洞壁围岩全景展开图像识别后,节理面空间方程的平均拟合误差为0.90,说明该识别方法能够较好地识别全景展开图像中的节理信息。另外,洞壁围岩图像采集具有时间短、易操作、灵活性较高的优点,对现场施工影响较小,该识别方法能够较为快速地完成节理信息识别,给现场施工与动态设计提供参考。

基于全景展开图像的隧道衬砌渗漏水数字化识别方法研究

文章通过隧道衬砌展开影像生成器软件对隧道衬砌渗水区域采集影像进行特征点提取、图像匹配、模型识别、图像展开与拼接处理,得到隧道衬砌的全景展开图像。利用图像分割与处理技术,对全景图像采用灰度图像转换、阀值选取、二值图像开闭运算等原理实现对图像渗水区域信息的识别与修正,并基于贵州某运营公路隧道衬砌渗漏水实例,经过若干算法程序提取出该隧道渗水病害的位置、面积及病害长度等特征信息,建立了一套隧道衬砌渗漏水病害的数字化识别系统,可为隧道衬砌渗漏水检测提供一种便捷、高效、全面的综合检测手段。

基于log-polar变换的全景展开算法

提出一种基于log-polar变换的全景展开算法,将带有畸变的全景图像展开为柱面图像,包含预估全景图像的中心点,全景图像中像素点转换至对级数坐标系,将所有像素点转换至笛卡尔直角坐标系并进行双线性插值等三个步骤。实验结果表明此算法不仅计算量小,处理速度快,而且具有较理想的校正效果。

八向对称重用策略降低全景图像查表展开法查找表空间

为解决全景图像查表展开法所需查找表空间过大问题,提出八向对称重用的策略.首先,把展开前圆环状全景图像看作一系列同心圆环,沿圆心将这些圆环均匀划分成八个对称的扇形区域.然后,利用空间几何对称性原理,建立八个区域中像素点之间的对称变换关系,这样只需保存一个扇形区域的全景变换像素坐标映射结果,从而将查找表存储空间降低为原来的八分之一.嵌入式应用实验表明,与传统的全景图像查表展开方法相比,所提出方法不仅将所需查找表存储空间降低了8倍,而且将全景图像展开速度平均提高2.74倍.

折反射全景侦察图像展开和矫正方法

为满足作战机器人实时全景侦察的需要,通过分析现有全景图像展开方法的特点及作战机器人侦察系统的成像映射关系,提出了一种快速低失真全景图像展开算法。该算法以同心圆环近似展开法为基础,采用光路跟踪映射法对圆环状全景图进行径向展开以保证展开精度,运用查表法和坐标旋转数字计算机CORDIC算法以提高展开速度,为避免展开后图像纵向和横向比例失真,给出了纵横约束关系式。仿真试验表明了该方法的有效性。

一种DSP折反射全景图像实时展开方法

为了提高折反射全景图像展开速度,可采用查表来取代耗时的计算,但查找表需要大量的存储空间,于是采用分块预取方法。通过分块,将待处理目标图像块对应的查找表和原始图像分块预先存入DSP片内存储器并完成展开,可以降低存取访问开销,加快查表展开。实验结果表明,分块预取方法在对1 024×768分辨率的原始全景图像展开为1 152×256分辨率的目标全景图像时,展开数据可达每秒97帧,与不采用分块预取策略的查表展开方法相比,此方法要快近20倍。

基于双向映射的非网格型全向图展开插值方法

原始的全向图存在严重的同心圆环状变形,通常需展开为更适合人眼观察的柱面全景图像。结合折反射全向成像特点,提出一种基于双向映射的全向图展开为柱面全景图像的插值方法,通过光路跟踪得到图像间的坐标映射关系,将所要生成的柱面全景图中每一点正向映射到原始的全向图中,确定插值邻域点;将这些邻域点逆向投影到柱面全景图中,针对邻域点在柱面全景图中呈非网格型分布的特点,采用非均匀二维插值算法进行图像插值运算。该方法既准确地定位插值邻域点,又避免了全向图的非线性畸变对邻域点权重计算的不利影响。实验证明该方法能有效提高插值精度和展开后图像的质量。

考虑反射镜姿态标定的互补全景图像配准研究

为解决折反射全向成像分辨率低且分布不均匀问题,提出互补结构的全向成像方法,结合全向图内外环的互补特性进行全景图像融合及分辨率增强研究。其中,2幅配对全景图像之间的精确配准是必要前提和基础:首先根据反射镜边沿成像的椭圆边界线对反射镜空间姿态进行标定,基于标定结果将全向图的内环和外环分别展开为2幅校准后的柱面全景图像;然后基于普适最小二乘法求解多项式变换模型,对2幅初步配准的全景图像进行更精确的亚像素级配准。实验结果表明,算法满足图像融合的配准精度要求,并通过融合效果进一步验证算法的有效性。

异构双核的高分辨率折反射全景高速处理系统

为了实现对高分辨率折反射全景的快速处理,采用DSP+FPGA异构双核结构、多级乒乓缓存的数据通信机制,基于查找表技术和分块预取策略的全景图像展开算法等,开发了一个可对300万像素折反射全景进行帧速率为12fps的采集、展开并输出的嵌入式系统。系统动态可重构、易扩展、计算效率高,可应用于全景视频监控、机器人视觉等领域。

一种全景立体摄像装置的设计与实现

基于双曲面折反射镜的全方位视觉传感器(ODVS)具有采集速度快、制造成本低、固定单视点成像等特点,已逐渐成为新一代全景图像获取的重要装置;文中利用4台具有相同成像参数的ODVS在同一水平面上以人眼间距对称配置,从4个不同视角实时采集水平360°范围内的全景立体图像;实验结果表明,文中设计的全景立体摄像装置在10m范围内摄取的全景3D图像富有立体感,具有成本低廉、操作简便、便于空间几何计算、符合人眼视觉习惯等诸多优点,具备较为广泛的应用前景。

全景图像实时校正系统的设计与实现

利用FPGA作为可见光全景图像处理器,使用硬件畸变校正系统,以达到对全景图像畸变场景的实时校正.全景图像畸变校正核心问题是像素空间位置校正,以CORDIC算法为基础,设计了全景环形图像展开算法,实现了全景环形图像的展开.设计采用ITU-656标准数字视频格式,用VHDL硬件描述语言实现整个校正算法的FPGA设计,试验结果表明,能实现全景环形图像的360°实时展开.

工业管道内壁损伤重建与检测

工业管道内壁的检测可以提前发现安全隐患,降低危害。针对管道内壁分辨率低、适用性差等特征,提出了工业管道内壁的重建方法。首先搭建内窥镜视频采集平台对管道内壁进行实时采集,采用张正友平面标定法进行标定处理,为了提高工业管道内壁检测的时效性,研究了几何成像关系对管道内表面图像进行径向拉伸的算法;采用改进的尺度不变特征转换(scale-invariant feature transform,SIFT)算法进行特征点提取与匹配,融合随机抽样一致(random sample consensus,RANSAC)算法和加权融合算法剔除误匹配对以及消除拼接缝,实现了管道内表面损伤图像的完整重建。实验结果表明,该算法时效性仅有1.5625 s,准确率可高达96%以上,为工业管道内壁损伤检测提供了新的思路。

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。

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。

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。

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。

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。