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（申请工学硕士学位论文）基于数字图像处理的混凝土桥梁底面裂缝的检测培养单位：自动化学院学科专业：控制科学与工程研究生：刘小燕指导老师：熊和金教授2014年5月基于数字图像处理的混凝土桥梁底面裂缝的检测刘小燕武汉理工大学分类号密级UDC学校代码10497学位论文题目基于数字图像处理的混凝土桥梁底面裂缝的检测英文DetectionoftheConcreteBridgeBottomCrack题目basedonDigitalImageProcessing研究生姓名刘小燕姓名熊和金职称教授学位博士单位名称自动化学院邮编430070申请学位级别硕士学科专业名称控制科学与工程论文提交日期2014.4论文答辩日期2014.5学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席评阅人2014年4月指导教师武汉理工大学硕士学位论文独创性声明本人声明，所呈交的论，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人承诺所提交的学位论文（含电子学位论文）为答辩后经修改的最终定稿学位论文，并授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导师（签名）：日期:武汉理工大学硕士学位论文I摘要在世界各地，桥梁坍塌事故时有发生，造成了严重的人身伤害和经济损失。据统计，90%以上的混凝土桥梁损伤都是裂缝引发的，故裂缝是桥梁检测的重点。而目前国内外还是普遍采用人工检测的方法来检测桥梁裂缝，存在劳动强度大、检测效率低、费用高、安全性低等缺陷。为了改善当前桥梁裂缝检测现状，本文提出了一种基于数字图像处理技术的混凝土桥梁底面裂缝检测方法，能有.效地检测出裂缝目标。本文先简要介绍了课题的研究背景，并通过分析桥梁裂缝检测的国内外研究现状，介绍了利用数字图像处理技术来检测桥梁裂缝的优势。在采集桥底表面的图像时，采用四轮底盘与导轮导轨相结合的运动方式，并在运动装置上搭载工业CCD相机来扫描桥梁底面，通过图像采集卡对图像进行A/D转换、压缩编码，再经PCI总线传输至计算机。然后结合图像处理的基本算法在计算机端开发了裂缝的智能识别软件，对桥底图像进行分析处理，识别是否含有裂缝，并记录裂缝的参数，评估桥梁的裂缝损伤情况。由于桥梁底面.状.况较复杂且采集图像时容易受到桥底光照条件的影响，故采集到的图像中可能会包含很多干扰物，从而影响裂缝检测的准确性。针对这些问题，本文先对原始图像进行预处理，包括图像灰度化、灰度修正，改进中值滤.波、边缘检测、自适应阈值分割、形态学处理等，得到效果较好的裂缝二值图像；然后再对裂缝二值图像进行分析，通过对特征值的统计分析，并结合裂缝目标的特点，实现裂缝的提取；再对提取到的裂缝片段进行连接，还原裂缝的概貌，并进行特征测量，方便后期对桥梁进行裂缝损伤评估及维修。最后，基于VisualC++6.0平台开发了一套混凝土桥梁底面裂缝的检测软件，并对该软件进行了实例验证。和传统的检测方法相比，本系统提高了桥梁底面裂缝检测的效率及精度(可达0.1mm)，降低了检测的人工费用，缩短了检测时的桥梁封航时间，同时保证了检测人员的安全，提高了工程检测的质量，促进了社会经济的发展。关键词：裂缝检测，数字图像处理，中值滤波，阈值分割武汉理工大学硕士学位论文IIAbstractBridgecollapseaccidentsoccurredfrequentlyintheworld,andcausedseriouspersonalinjuryandeconomiclosses.Accordingtostatistics,morethan90%oftheconcretebridgedamagesarecausedbycracks.Socracksarethefocusofbridgedetection.Currently,theartificialdetectionmethodiswidelyusedinbridgecrackdetectionathomeandabroad.However,therearemanyseriousdeficiencies,suchashighlaborintensive,lowefficiency,highcost,lowsecurity,andsoon.Inordertoimprovethecurrentcrackdetectionstatus,weresearchedandproposedamethodofdetectingcracksonthebridgebottomsurfaceusingdigitalimageprocessingtechnique,developedthesoftwaretoanalyzecrackimages,identifiedandextractedcracks,calculatedtheirparameter.Thisthesisfirstbrieflydescribedthebackgroundofourresearchandanalyzedthepresentresearchstatusofbridgecrackdetectionofdomesticandforeign,illustratedthattherearemanyadvantagesonusingdigitalimageprocessingtechniquetodetectbridgecracks.Itadoptedthemovementwayofcombiningfour-wheelchassisandwheelrailwhencollectingcracksimages.AndusedtheindustrialCCDcameratoscanthebottomsurfaceofbridge,whichisfixedonthemovementdevice.Then,bytheuseofimageacquisitioncardforA/Dconversion,compressioncoding,wecouldtransmittheimagestothecomputerthroughPCIbus.Atlast,basedonthebasicimageprocessingalgorithms,itdevelopedtheintelligentcracksrecognitionsoftwaretoanalyzecrackimages,identifiedandextractedcracks,andrecordtheparametersofthecrack,toassessthecrackdamageofbridge.Duetothecomplexenvironmentandlightconditionunderbridges,imagescollectionwasaffectedseriously.Inadditiontocrack,theimagesmayalsocontainotherdisruptingchemicals,andthiswillinfluencetheidentificationresult.Tosolvethoseproblems,thisthesisfirstlycarriedoutthepre-processingoforiginalimage,includinggraying,grayscalecorrecting,medianfiltering,edgedetection,adativethresholding，morphologicalprocessing,etc.Afterthesesteps,itcouldgetthebetter武汉理工大学硕士学位论文IIIcrackbinaryimagesandcouldanalyzethem.Basedontheanalysisofcharacteristicvaluesofcrack,andthecombinationofcharacteristicsofthecracks,itcouldachievetheextractionofcracktargets.Toconnectedthecrackfragments,sothatwecouldreducetheappearanceofcracks,andmeasuretheircharacteristics.Accordingtothoseresults,wecanconvenientlyassessthedegreeofcrackdamageandrepairthebridgelately.Atlast,accordingtothemethodproposedinthispaper,thesoftwarewasdevelopedtoidentifyandmeasurecracksbymeansofVisualC++6.0．Theexperimentalresultsshowedthatthemethodwaseffectiveundercertainconditions.Comparedwiththetraditionaldetectionmethods,thissystemimprovedtheefficiencyandprecision(arriveat0.1mm)ofthedetectionofcrackonthebridgebottomsurface,andreducedthelaborcost,shortenedthebridgeclosuretime,andensuredthesafetyoftheinspectors,improvedtheengineeringdetectionquality,promotedthedevelopmentofsocialeconomy.Keywords:Crackdetection,Digitalimageprocessing,Medianfiltering,Thresholdsegmentation武汉理工大学硕士学位论文I目录第1章绪论...............................................................................................11.1研究背景.........................................................................................................11.2混凝土桥梁裂缝的基本介绍.........................................................................21.3国内外研究现状.............................................................................................51.3.1人工检测...............................................................................................51.3.2利用桥梁检