專利名稱：基于視頻圖像的橋梁病害監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種橋梁監(jiān)測方法，更具體地說，尤其涉及一種基于視頻圖像的橋梁病害監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
目前，我國公路建設(shè)總量實現(xiàn)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(shù)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(shù)存在的問題是通常采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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種檢測效率及準確性高且成本較低的基于視頻圖像的橋梁病害監(jiān)測方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種基于視頻圖像的橋梁病害監(jiān)測方法，其中該方法包括下述步驟(I)獲取橋梁上預(yù)定位置的視頻數(shù)據(jù)；(2)對視頻數(shù)據(jù)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并進行預(yù)警。上述的基于視頻圖像的橋梁病害監(jiān)測方法中，步驟(I)所述的獲取橋梁上預(yù)定位置的視頻數(shù)據(jù)具體為采用攝像機拍攝預(yù)定的橋梁位置，獲取原始視頻數(shù)據(jù)，并通過視頻圖像編碼器將圖像數(shù)據(jù)壓縮打包，然后通過無線網(wǎng)絡(luò)將圖像數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心。上述的基于視頻圖像的橋梁病害監(jiān)測方法中，步驟(2)所述的視頻數(shù)據(jù)處理具體包括以下步驟①確定接收到的圖像數(shù)據(jù)所對應(yīng)的橋梁位置，從預(yù)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，并抽取視頻幀作為樣本視頻幀，在獲取的橋梁視頻數(shù)據(jù)中進行搜索、查找、定位，并與樣本視頻幀進行對比，與樣本視頻幀差別較大或前后兩幀差別較大的視頻幀，作為橋梁嫌疑病害視頻幀，并將嫌疑視頻幀提取，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。上述的基于視頻圖像的橋梁病害監(jiān)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采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(jù)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征值；⑤通過統(tǒng)計病害圖像邊緣點的距離作為病害的周長特征值；⑥通過統(tǒng)計病害圖像包含的像素點個數(shù)作為病害的面積特征值。上述的基于視頻圖像的橋梁病害監(jiān)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并已知實際距離的特征點；②在拍攝獲得的場景圖片中檢測出特征點的位置并求得兩個特征點之間的像素距離；③將特征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。上述的基于視頻圖像的橋梁病害監(jiān)測方法中，步驟(4)所述的對橋梁的使用狀況進行評估并進行預(yù)警具體為按照《公路橋梁技術(shù)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，并預(yù)警處置。
本發(fā)明采用上述方法后，通過攝像機定點監(jiān)測橋梁，并將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，基本實現(xiàn)橋梁數(shù)據(jù)的實時輸送，從而可以及時地使發(fā)現(xiàn)橋梁病害并作出處理；另外，橋梁數(shù)據(jù)通過視頻處理，再依序通過采用拉普拉斯(Laplacian)算子進行邊緣檢測、采用最大類間方差法進行閥值分隔后，對橋梁病害像素進行提取，再轉(zhuǎn)化為實際尺寸；從而使技術(shù)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(yù)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(jiān)護的成本。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。本發(fā)明的一種基于視頻圖像的橋梁病害監(jiān)測方法，該方法包括下述步驟(1)獲取橋梁上預(yù)定位置的視頻數(shù)據(jù)采用攝像機拍攝預(yù)定的橋梁位置，獲取原始視頻數(shù)據(jù)，并通過視頻圖像編碼器將圖像數(shù)據(jù)壓縮打包，然后通過無線網(wǎng)絡(luò)將圖像數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心。(2)對視頻數(shù)據(jù)進行對比處理，具體步驟為①確定接收到的圖像數(shù)據(jù)所對應(yīng)的橋梁位置，從預(yù)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，并抽取視頻幀作為樣本視頻幀，在獲取的橋梁視頻數(shù)據(jù)中進行搜索、查找、定位，并與樣本視頻幀進行對比，與樣本視頻幀差別較大或前后兩幀差別較大的視頻幀，作為橋梁嫌疑病害視頻幀，并將嫌疑視頻幀提取，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
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^max. J m in式中，g(x，y)為圖像中坐標(x，y)處拉伸后的灰度值，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(zhì)量，對圖像進行平滑處理，圖像平滑的方法有多種，本發(fā)明實施例采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(nèi)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(shù)個像素，則取兩個中間值的平均值)。該窗口的大小可根據(jù)實際的需要進行調(diào)整，本專利采用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(yīng)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，并且要保證較高的效率，用盡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采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(quán)利要求
1.一種基于視頻圖像的橋梁病害監(jiān)測方法，其特征在于，該方法包括下述步驟(1)獲取橋梁上預(yù)定位置的視頻數(shù)據(jù)；(2)對視頻數(shù)據(jù)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并進行預(yù)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于視頻圖像的橋梁病害監(jiān)測方法，其特征在于，步驟(I)所述的獲取橋梁上預(yù)定位置的視頻數(shù)據(jù)具體為采用攝像機拍攝預(yù)定的橋梁位置，獲取原始視頻數(shù)據(jù)，并通過視頻圖像編碼器將圖像數(shù)據(jù)壓縮打包，然后通過無線網(wǎng)絡(luò)將圖像數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于視頻圖像的橋梁病害監(jiān)測方法，其特征在于，步驟(2)所述的視頻數(shù)據(jù)處理具體包括以下步驟①確定接收到的圖像數(shù)據(jù)所對應(yīng)的橋梁位置，從預(yù)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，并抽取視頻幀作為樣本視頻幀，在獲取的橋梁視頻數(shù)據(jù)中進行搜索、查找、定位，并與樣本視頻幀進行對比，與樣本視頻幀差別較大或前后兩幀差別較大的視頻幀，作為橋梁嫌疑病害視頻幀，并將嫌疑視頻幀提取，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(jù)權(quán)利要求I或3所述的基于視頻圖像的橋梁病害監(jiān)測方法，其特征在于，步驟(3)所述的橋梁病害獲取，具體包括以下步驟 ①采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(jù)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征值； ⑤通過統(tǒng)計病害圖像邊緣點的距離作為病害的周長特征值； ⑥通過統(tǒng)計病害圖像包含的像素點個數(shù)作為病害的面積特征值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于視頻圖像的橋梁病害監(jiān)測方法，其特征在于，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并已知實際距離的特征點； ②在拍攝獲得的場景圖片中檢測出特征點的位置并求得兩個特征點之間的像素距離； ③將特征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(jù)權(quán)利要求I所述的基于視頻圖像的橋梁病害監(jiān)測方法，其特征在于，步驟(4)所述的對橋梁的使用狀況進行評估并進行預(yù)警具體為按照《公路橋梁技術(shù)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，并預(yù)警處置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于視頻圖像的橋梁病害監(jiān)測方法；屬于橋梁監(jiān)測方法技術(shù)領(lǐng)域；其技術(shù)要點包括下述步驟(1)獲取橋梁上預(yù)定位置的視頻數(shù)據(jù)；(2)對視頻數(shù)據(jù)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并進行預(yù)警；本發(fā)明旨在提供一種檢測效率及準確性高且成本較低的基于視頻圖像的橋梁病害監(jiān)測方法；用于橋梁病害的實時監(jiān)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(yōu)先權(quán)日2012年9月4日
發(fā)明者許薛軍, 羅廣發(fā), 李林生, 鐘清文, 單成林, 趙儉輝 申請人:廣東省公路管理局