用于阵列式金属连接件的锈蚀检测方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及结构病害检测领域，尤其是涉及一种用于阵列式金属连接件的锈蚀检测方法、装置和系统。

背景技术

阵列式连接件经常用于构件间连接，常见的阵列式连接件多用于钢桁架桥梁、钢结构建筑、机械结构。由于连接件数量多，构件复杂，其腐蚀检测面临多个挑战，一是人工检测效率低下，检测频率低；二是连接件位置不易接触；三是标准化记录问题，腐蚀面积和程度难以标准化记录描述。

CN108416771A提供了一种检测金属锈蚀的方法及终端，包括：获取待测金属表面的目标图像；提取所述目标图像中的锈蚀图像；将所述锈蚀图像对应的图像坐标转换为空间坐标，得到所述待测金属表面锈蚀的位置。上述方式，终端获取测金属表面的目标图像；提取目标图像中的锈蚀图像；将锈蚀图像对应的图像坐标转换为空间坐标，得到待测金属表面锈蚀的位置。

上述技术方案的缺陷为：1、只是针对待检测金属表面腐蚀的面积，对于复杂金属表面，不如对含有连接件的法兰板无法针对性划分腐蚀所在的具体构件。2、只是针对单个金属表面的腐蚀位置定量描述，无法在自动识别所检测的构件，对人工不易记录的复杂场景，缺少易用性。3、未进行透视变换，采集的图像存在畸变，其测量得到的面积是不准确的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于阵列式金属连接件的锈蚀检测方法、用于阵列式金属连接件的锈蚀检测装置和带有锈蚀监测功能的阵列式金属连接件系统，实现了移动或固定摄像平台精确获取连接件图片和对应信息，并实现锈蚀像素特征的快速特征提取，使得金属连接件的锈蚀程度检测实现智能化和自动化，不仅适用于大规模场景，也有较高的精度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的第一个目的是保护一种用于阵列式金属连接件的锈蚀检测方法，包括以下步骤：

S1：将包含连接件阵列信息的标识物张贴于连接件阵列上或其附近的可视位置上；

S2：通过拍照设备获取包含连接件阵列和对应标识物的图像；

S3：提取标识物中的信息，基于获取的信息对S2中获取的图像进行透视变换，实现图像的矫正；

S4：基于矫正后的图像，通过图像分割算法识别图像中连接件的锈蚀像素区域；

S5：通过锈蚀像素区域面积占连接件面积的比值进行标准化记录。

进一步地，所述拍照设备包括载体和设于载体上的摄像头。

进一步地，所述摄像头为多目摄像头，每个多目摄像头分别以特定的姿态获取连接件阵列不同角度的图像。

进一步地，所述标识物为包括载体及可视化标记于载体上的编码。

进一步地，所述编码包括信息编码和结构编码，其中具体地：

信息编码，包括连接件阵列的数量及尺寸、连接件阵列的排布形式和间距、单个连接件的尺寸；

结构编码，包括透视变换所需要的标定信息、图像分割算法所需要特定的参数及阈值。

本发明的第二个目的是保护一种用于阵列式金属连接件的锈蚀检测装置，包括可移动平台和设于可移动平台上的多个多目摄像头，每个多目摄像头分别以特定的姿态获取连接件阵列不同角度的图像；

所述可移动平台上还设有第一通信组件，所述第一通信组件为无线或有线通信组件。

进一步地，所述可移动平台包括平台主体和与平台主体连接的可伸展组件，所述多目摄像头设于平台主体和/或可伸展组件上。

进一步地，所述可伸展组件包括多个依次连接的伸展单元，相邻伸展单元间能够进行相对的共线/平行式位移或相对旋转式位移，所述可伸展组件的伸展末端上设有多目摄像头。

进一步地，所述可移动平台包括平台主体和行走组件。

本发明的第三个目的是保护一种带有锈蚀监测功能的阵列式金属连接件系统，包括连接件、标识载体、监测设备和后台组件，其中具体地：

连接件，以阵列式排布结构设于特定的结构主体上；

标识载体，其上设有可视化编码；

监测设备，为上述锈蚀检测装置，所述锈蚀检测装置以特定路径及特定距离对阵列式金属连接件进行图像拍摄；

后台组件，包括与所述监测设备无线或有线通信连接第二通信组件、ROM、RAM和微处理器。

与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：

1)实现了移动或固定摄像平台精确获取连接件图片和对应信息，并实现锈蚀像素特征的快速特征提取，使得金属连接件的锈蚀程度检测实现智能化和自动化。具体地，本技术方案使用编码，优点在于既能提供构件信息，方便归档记录，另一方面编码系统可以提供透视矫正所需的点坐标，将图像进行透视矫正，进而大幅减少误差。另外，针对阵列式连接件，本方法可以方便地定位到具体连接件的病害，并定量描述单个连接件的病害程度。

2)在精度上，通过张贴标识物，根据标识物的真实尺寸和实际检测出的图像真实点，可以将物体图像的像素尺寸和物理尺寸建立对应关系，并且对整个图像进行透视变换，消除法兰板表面因拍摄产生的透视误差，同时可以直接得到真实的锈蚀面积，而不是测量整个金属件的像素点数量后计算锈蚀百分比。

3)在检测策略上，通过解算标识物的信息，可以获取金属表面的编号信息和连接件信息。结合透视变换的结果，一方面可以自动化地得到法兰板表面其他结构构件的锈蚀分布，如连接件、组合结构；另一方面，在大规模场景中，如钢桁架桥梁的节点板，存在上千个节点板，其中大多数都是重复的，很难进行自动化定位和记录，通过本发明可以自动定位节点板的尺寸和位置信息，对螺栓上的锈蚀可以一一对应，检测后还可以自动化归档。

附图说明

图1为本技术方案中阵列式金属连接件的锈蚀检测方法的流程示意图；

图2为本技术方案中阵列式金属连接件的锈蚀检测原理示意图；

图3为本技术方案中第一种用于阵列式金属连接件的锈蚀检测装置结构示意图；

图4为本技术方案中第二种用于阵列式金属连接件的锈蚀检测装置结构示意图。

图中：0、结构本体，1、连接件，2、标识载体，3、拍照设备，4、可移动平台，41、平台主体，42、可伸展组件，43、行走组件，5、多目摄像头，6、螺旋桨。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例中用于阵列式金属连接件的锈蚀检测方法，参见图1，包括以下步骤：

S1：将包含连接件阵列信息的标识物张贴于连接件阵列上或其附近的可视位置上，其中该位置应当是提前设计的，且包含在标识物的编码信息中；

S2：通过拍照设备3获取包含连接件阵列和对应标识物的图像，拍照设备3包括载体和设于载体上的摄像头。摄像头为多目摄像头，每个多目摄像头分别以特定的姿态获取连接件阵列不同角度的图像。

S3：提取标识物中的信息，基于获取的信息对S2中获取的图像进行透视变换，生成正视图，实现图像的矫正。标识物为包括载体及可视化标记于载体上的编码，编码包括信息编码和结构编码，其中具体地：信息编码包括连接件阵列的数量及尺寸、连接件阵列的排布形式和间距、单个连接件的尺寸，其中单个连接件的尺寸包括连接件服役期间各个面的正投影面积等，结构编码包括透视变换所需要的标定信息、图像分割算法所需要特定的参数及阈值。

S4：基于矫正后的图像，通过目标检测算法对连接件进行识别，识别后将连接件锚框裁剪出子图，对子图图像使用图像分割算法识别图像中连接件的锈蚀像素区域；此外，针对法兰板本身的锈蚀问题，使用滑窗法依次将滑窗子图作为图像分割算法的输入，来达到高精度的效果。

S5：根据标识物的真实坐标、尺寸和标识物在图像中的像素尺寸，可以直接建立图像像素点-真实物理世界的尺寸的对应关系，可直接对锈蚀像素区域真实面积进行标准化记录。

本发明构建了一种用于阵列式金属连接件的锈蚀检测装置，包括可移动平台4和设于可移动平台4上的多个多目摄像头5，每个多目摄像头分别以特定的姿态获取连接件阵列不同角度的图像，以此不仅可以实现连接件正面的锈蚀程度获取，还能获取连接件环侧面的锈蚀程度。可移动平台4上还设有第一通信组件，所述第一通信组件为无线或有线通信组件。具体实施时，第一通信组件实时将拍摄的图像信息以无线或有线信号传输至第二通信组件。

可移动平台4包括平台主体41和与平台主体41连接的可伸展组件42，其中平台主体41可为移动小车或无人机主体或悬热气球主体，参见图3和图4，当平台主体41上设有螺旋桨6时即可实现无人机式的拍摄平台，实现贴近式拍摄过程，多目摄像头5设于平台主体41和/或可伸展组件42上。具体实施时，可伸展组件42可为机械臂，若需要出于成本的考虑，可选为伸缩架或伸缩杆。可伸展组件42包括多个依次连接的伸展单元，相邻伸展单元间能够进行相对的共线/平行式位移或相对旋转式位移，可伸展组件42的伸展末端上设有多目摄像头5。具体实施时伸展单元为伸缩架或伸缩杆单元，相互之间的伸缩或旋转通过气缸或电缸的输出杆带动实现。

可移动平台4包括平台主体41和行走组件43。本实施例中的行走组件43包括驱动轮、万向轮等结构，其可设置于平台主体41的顶部或顶部，以此实现在结构上表面、下表面、附近区域进行图像拍摄。

本发明中还构建了一种带有锈蚀监测功能的阵列式金属连接件系统，包括连接件1、标识载体2、监测设备和后台组件，其中具体地：

连接件1以阵列式排布结构设于特定的结构主体上，标识载体2上设有可视化编码，如二维码、一维码、字符串等其他形式中的一种或者多种的组合，如采用二维码、一维码与棋盘格的组合，其中图像矫正信息、节点板图像分割信息等标定信息本实施例中的结构编码采用棋盘格的形式，以此实现图像处理时的单目标定或多目标定，其中以二维码、一维码、字符串的形式作为信息编码。

监测设备为上述锈蚀检测装置，锈蚀检测装置以特定路径及特定距离对阵列式金属连接件进行图像拍摄；

后台组件包括与所述监测设备无线或有线通信连接第二通信组件、ROM、RAM和微处理器。其中后台组件为实现图像初步处理和后续处理的关键部分，其中第一通信组件和第二通信组件均为常规的信号收发组件。其中ROM中存储有图像分割算法，包括基于阈值的分割方法、基于区域的分割方法、基于边缘的分割方法中的一种。微处理器可以选用ARM架构或者x86架构中的一种，微处理器解算透视变换后图像中的人工标识物得到连接件的排列信息、数量信息、面积信息等，同时ROM中还存储有现有技术中常用的用于图像分割的数据库。并通过基于图像分割算法识别矫正后图像中连接件的锈蚀像素区域，最后通过锈蚀像素面积占连接件面积的比值进行标准化记录，得到的计算结论存储于ROM中，使用者对比值的阈值进行设置，即可基于计算结论实现待更换维修区域的确定。

本实施例中以连接件1中的螺栓举例进行阐述，其他阵列式连接件同样适用本技术方案。

螺栓检测的具体流程：

1.设计含有连接件阵列信息的人工标识物，通过该标识物能够得到连接件的排列信息、数量信息、面积信息等，并能够实现透视投影变换。

2.将人工标识物贴于连接件所在平面。

3.需要检测时，通过拍照设备拍摄含有整个连接件平面的图像。

4.解算透视变换后图像中的人工标识物得到连接件的排列信息、数量信息、面积信息等。

5.通过基于图像分割算法识别矫正后图像中连接件的锈蚀像素区域。

6.通过锈蚀像素面积占连接件面积的比值进行标准化记录。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。