基于线扫描成像的隧道衬砌裂纹动态检测与识别方法研究

在铁路隧道病害检测中，对衬砌裂纹的检测十分重要。目前我国隧道衬砌裂纹检测以人工素描记录为主，存在效率低、精度差、易漏记等缺点。本课题通过资料调研及数理统计、调查法、图解法、数值分析和现场测试等方法，对基于线扫描成像的隧道衬砌裂纹动态检测及识别方法进行研究。首先研究衬砌裂纹检测方法，利用衬砌检测车集成照明设备、线扫描相机、图像采集卡、图像采集控制及存储设备、振动及倾斜记录设备等，用于采集衬砌表面图像数据和记录采集时的振动及倾斜状态。利用数字图像处理技术结合状态记录数据、隧道断面尺寸，对线扫描图像进行算法分析。通过畸变校正、正射影成像、图像拼接等形成完整衬砌展开图像，再通过图像分割、特征提取等算法分析，从展开图中自动提取出图像中的裂纹并分析得到裂纹的长度、宽度、方向等信息，形成隧道衬砌裂纹展开图。该方法将极大缩短裂纹检测时间，提高检测人员的安全和效率，对我国铁路隧道衬砌裂纹检测具有重要意义。

在铁路隧道病害检测中，对衬砌裂纹的检测十分重要。目前我国隧道衬砌裂纹检测以人工素描记录为主，存在效率低、精度差、易漏记等缺点。本课题通过资料调研、数理统计、调查法、图解法、数值分析、室内试验等方法，对基于线扫描成像的隧道衬砌裂纹动态检测及识别方法进行研究。.(1)首先研究了衬砌裂纹检测方法。在实验环境下，建立隧道模型，建立一种对线扫描成像的软硬件集成方法，实现了衬砌检测实验小车与照明设备、线扫描相机、角编码器等的集成。.(2)其次，通过分析线扫描相机受采集过程相机振动、倾斜影响而产生的图像扭曲，提取出线扫描图像中的通信电缆、避车洞、预埋件等图像中的典型水平及竖直边界的扭曲边界与实际边界的对比分析算法，实现了对线扫描图像的扭曲校正。.(3)通过对隧道衬砌断面及线扫描相机在隧道模型中的方位分析及算法推导，得到了根据线扫描图像生成正射影图像的算法。.(4)通过分析隧道衬砌线扫描图像的特征，及现有一些图像匹配算法的特点，提出基于去均值归一化相关法的图像特征点匹配算法，实现了相邻正射影图像间的特征匹配及图像拼接。.(5)分析隧道衬砌裂纹的特征，对图像目标进行了最大宽度、长度、面积、长度/面积、裂纹灰度均值、裂纹灰度方差等特征的提取。通过神经网络算法分析，实现了对衬砌裂纹的自动识别。.本课题研究成果将有利于形成快速、高效的隧道衬砌裂纹检测的方法、设备，在一定程度上填补我国在隧道衬砌裂纹检测方面的不足，对我国铁路隧道的安全评价具有重要现实意义。