基于圖像處理的震損結(jié)構(gòu)快速識別研究.pdf

1、地震常常給人類的生命財產(chǎn)造成非常嚴重的損失。地震發(fā)生后，防災(zāi)減災(zāi)相關(guān)部門要對災(zāi)害的損失進行評估，而對震損結(jié)構(gòu)的評估是其中的重要一環(huán)，是地震現(xiàn)場震害調(diào)查、災(zāi)害損失評估、烈度評定、建（構(gòu)）筑物安全鑒定以及震害預(yù)測和工程修復等工作的基礎(chǔ)。
　　目前，對震損結(jié)構(gòu)的評估主要采取專家實地走訪、觀察與經(jīng)驗結(jié)合的破壞情況等級劃分方法。在實踐中發(fā)現(xiàn)，這種方法存在損傷數(shù)據(jù)難獲取、費時費力、依賴專家經(jīng)驗、有安全隱患、資料收集不完備等不足。圖像處理技術(shù)的

2、應(yīng)用使得實現(xiàn)震損結(jié)構(gòu)評估的快速化、自動化成為可能。本文將圖像處理技術(shù)應(yīng)用于震損結(jié)構(gòu)快速評估方面，主要從墻體自動識別、殘余變形檢測、建筑實體三維建模等三個方面作為切入點開展研究。主要工作與創(chuàng)新成果如下:
　　(1)墻體是結(jié)構(gòu)的一個重要構(gòu)件，對墻體破壞情況的評估可以為整體結(jié)構(gòu)破壞提供重要信息。本文提出一種基于單幅圖像的墻體自動識別方法。因墻體本身特征不明顯，可通過窗戶的識別來定位墻體。以實現(xiàn)單幅圖像中窗間墻的自動識別為例說明方法。獲取

3、圖像后，首先進行直線檢測，并應(yīng)用改進的直線連接方法對直線段進行連接以獲取長直線段。其次，提取直線兩側(cè)的圖像區(qū)域，通過區(qū)域的顏色特征篩選出窗戶邊框的候選直線并對窗戶側(cè)進行標記。最后，利用候選直線把整個圖像分割成若干子區(qū)域，并根據(jù)直線標記和面積特征確定窗戶位置，進而識別出窗間墻的位置。應(yīng)用個人手機拍攝實例圖像對方法進行驗證分析，結(jié)果表明方法能較好地實現(xiàn)從單幅圖像中自動識別窗間墻，且通過簡單的調(diào)整，即可用于檢測其他類型的墻體。
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4、)結(jié)構(gòu)殘余變形是最能直接反映結(jié)構(gòu)破壞情況的指標。本文利用殘余變形與梁柱的夾角滿足幾何關(guān)系的特點，把殘余變形的檢測問題轉(zhuǎn)換為梁柱邊緣夾角測量問題，進而提出一種基于圖像處理的震損結(jié)構(gòu)殘余變形檢測方法。對結(jié)構(gòu)平面進行標定后，由人工在標定直線和梁柱邊緣附近粗選點，用于大致確定目標直線的范圍。為確保檢測精度，采用基于Canny邊緣檢測的主成分分析方法檢測出標定直線和代表結(jié)構(gòu)邊緣的直線。因采集到的圖像通常并非正拍圖像，論文利用射影幾何的相關(guān)知識，僅

5、對直線進行矯正，進而通過計算矯正后結(jié)構(gòu)邊緣直線之間的夾角得到結(jié)構(gòu)的殘余變形。為驗證方法的可行性，利用測試圖像和實際震損結(jié)構(gòu)分別進行了檢測試驗，結(jié)果表明方法在不對整個圖像進行矯正的情況下，實際殘余變形檢測的最大誤差不超過0.3°，較人工檢測有操作簡單、高效、經(jīng)濟等優(yōu)點。
　　(3)在開展震害研究工作時，使用單幅二維圖像，信息量太少，使用多幅二維圖像，又存在圖像間匹配不直觀的問題，而目前常用的虛擬建模方法又不能很好地反映真實震害特點，

6、給震害研究工作的開展增加了難度。為此本文提出一種基于圖像處理的三維結(jié)構(gòu)實體建模方法。首先要圍繞結(jié)構(gòu)實體進行序列圖像拍攝，為實現(xiàn)較好的重建效果，要求拍攝點相鄰的兩圖像間轉(zhuǎn)角不大于15°。其次，應(yīng)用圖像三維重建法，在提取圖像SIFT特征點并匹配后，應(yīng)用由運動恢復結(jié)構(gòu)方法重建三維稀疏點云，通過多視圖立體視覺方法對點云進行稠密化，尺度變換后，再應(yīng)用泊松表面重建方法由稠密點云重建出三維表面，進而通過紋理映射對表面進行紋理貼圖，生成真實感強的三維模