宁波市轨道交通集团有限公司运营分公司 315100
摘要：每次强震发生时，都会导致大量的建筑物产生破坏。对震损建筑物进行快速科学的安全评估，对于地震烈度的确定、灾民安置和震后应急救援等工作，都具有非常重要的意义。然而，传统的接触性损伤检测方法如裂缝检测仪、钢筋扫描仪等)和非接触性检测方法(如全站仪等)，都需要精密仪器进行测量，因此耗时过长，不适宜用于震后大量建筑物的安全评估。对于某些震损较为严重的建筑物，出于安全考虑，无法直接靠近或进入室内进行测量，因此可获取的损伤数据有限。
关键词：震损结构;安全评价;图像识别;残余变形；
地震常常给人类的生命财产造成非常严重的损失。地震发生后,防灾减灾相关部门要对灾害的损失进行评估,而对震损结构的评估是其中的重要一环,是地震现场震害调查、灾害损失评估、烈度评定、建(构)筑物安全鉴定以及震害预测和工程修复等工作的基础。
一、基本原理
1.直线检测。角度检测首先需要在图像中检测出待计算夹角的两条直线。Hough变换是一种经典的直线检测方法，但在高精度检测中，存在运算量大、效率低、误检率高等问题。虽然目前已经有许多改进的措施，但对于确定目标、高精度的直线检测问题依然难以适用。采用基于区域边缘检测的主成分分析方法进行直线检测。具体流程如图1所示:
其中，Hp为射影变换矩阵，HA为仿射变换矩阵，HS为相似变换矩阵。HA中的K是一个推移变换和非均匀伸缩变换的组合。这一分解在不考虑平行影像中的无穷远直线在透视影像中变为经过坐标原点这一特殊情况时是成立的。分解的惟一性与s的符号有关，而s是上三角矩阵归一化的产物，不影响射影变换矩阵Hp和仿射变换矩阵Hp的惟一性。射影变换Hp，
可以把一般透视影像矫正为平行影像，但不能矫正图像中度量特性;仿射变换HA只矫正度量特性，而不会改变影像与物体正投影平面的关系;相似变换HS只对图像进行旋转、平移、缩放、反射等变换，也不会影响图像的度量特性和影像与物体正投影平面的关系。因此在角度检测中，对相似变换不予考虑，即不需要考虑归一化带来的分解惟一性问题的影响。
根据上述分析，首先要对图像进行射影变换。变换矩阵可以通过与平行影像中两组不互相平行的平行线组对应的直线来构造，求解两组平行线的消隐点，两个消隐点可以确定一条直线l=(l1，l2，l3)T，这条直线应该对应平行影像平面中的无穷远直线。因此，假定l2≠0。此时，构造射影变换矩阵为
实现直线的矫正需要图像中存在两组不互相平行的平行线组，和两组不互相平行的垂直线组。这一条件可以利用图像中物体原本具有的结构，如门、窗等，来达成，也可以在物体正投影平面通过标定达成，一般可采用两个不互相平行的矩形或者一个正方形(利用其对角线互相垂直的性质)标定。因为正方形在制作时容易出现偏差，且其对角线的确定有赖于顶点的准确检测，需要额外进行顶点的检测，这都会引入更多误差。
二、创新成果
1.墙体是结构的一个重要构件,对墙体破坏情况的评估可以为整体结构破坏提供重要信息。提出一种基于单幅图像的墙体自动识别方法。因墙体本身特征不明显,可通过窗户的识别来定位墙体。以实现单幅图像中窗间墙的自动识别为例说明方法。获取图像后,首先进行直线检测,并应用改进的直线连接方法对直线段进行连接以获取长直线段。其次,提取直线两侧的图像区域,通过区域的颜色特征筛选出窗户边框的候选直线并对窗户侧进行标记。最后,利用候选直线把整个图像分割成若干子区域,并根据直线标记和面积特征确定窗户位置,进而识别出窗间墙的位置。应用个人手机拍摄实例图像对方法进行验证分析,结果表明方法能较好地实现从单幅图像中自动识别窗间墙,且通过简单的调整,即可用于检测其他类型的墙体。
2.在开展震害研究工作时,使用单幅二维图像,信息量太少,使用多幅二维图像,又存在图像间匹配不直观的问题,而目前常用的虚拟建模方法又不能很好地反映真实震害特点,给震害研究工作的开展增加了难度。为此本文提出一种基于图像处理的三维结构实体建模方法。首先要围绕结构实体进行序列图像拍摄,为实现较好的重建效果,要求拍摄点相邻的两图像间转角不大于15°。其次,应用图像三维重建法,在提取图像SIFT特征点并匹配后,应用由运动恢复结构方法重建三维稀疏点云,通过多视图立体视觉方法对点云进行稠密化,尺度变换后,再应用泊松表面重建方法由稠密点云重建出三维表面,进而通过纹理映射对表面进行纹理贴图,生成真实感强的三维模型。应用实际震损结构对方法的整体重建精度和细部重建效果进行验证。
三、结论
由于实际结构边缘往往存在不平整的情况，在进行边缘的直线检测时，采用主成分分析法可以获得精度较高的检测结果。针对直线间角度的检测，只需要在拍摄时在目标物平面上构造两组不互相平行的平行线组和垂直线组，并对目标直线进行射影变换和仿射变换，即可进行角度测量计算，不必对整个图像进行矫正。由于方法中直线的检测需要人工交互，多次检测结果不完全一致。另外镜头的畸变也会给检测引入一定的误差，但在直线检测结果较好的情况下，最大误差不会超过0．3°。
参考文献：
[1]张洁平．建(构)筑物地震破坏等级划分标准有关问题研究．2016.
论文作者:李汪阳
论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期
论文发表时间:2018/5/23
标签：直线论文; 图像论文; 射影论文; 方法论文; 矩阵论文; 结构论文; 墙体论文; 《基层建设》2018年第7期论文;