[发明专利]一种盾构隧道衬砌管片接缝张开宽度的测量方法及装置

权利要求书

1.一种盾构隧道衬砌管片接缝张开宽度的测量方法，其特征在于具体步骤如下：

（1）采用计算机视觉工具包HALCON标定方法对相机进行标定，获取相机内部参数；

（2）通过数码相机采集管片接缝的图像，并通过激光测距仪测定拍摄距离；

（3）将采集到得图像转化为灰度图像，在转化后的灰度图像上选择需测量的感兴趣区域；

（4）选择合适的滤波参数，采用Gauss滤波器对步骤（3）中选中的ROI区域图像进行平滑；

（5）确定平滑后图像的最大阈值和最小阈值，进行Canny滞后阈值分割得到图像中包括管片接缝边缘在内的亚像素线性特征；

（6）从步骤（5）中所得的亚像素线性特征中筛选出所需的亚像素管片接缝边缘图像：对于干扰较小的简单图像，直接根据接缝边缘图像呈直线且贯穿ROI区域这一特点来获得目标接缝边缘图像；对于干扰较大的复杂图像，采用神经网络的方法识别；

（7）根据步骤（6）中所得的两条亚像素管片接缝边缘图像，采用法向垂直最小距离法分别计算最大宽度及平均宽度；

（8）根据预先确定相机内参确定像素尺寸与实际尺寸之间的换算比例，并计算得到管片接缝的实际宽度。

2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道衬砌管片接缝张开宽度的测量方法，其特征在于，步骤（1）的操作方法如下：

①选取大小合适的Halcon特制标定板；

②将准备好的标定板张贴到有一定刚度的平板上，保证表面平滑；

③拍摄10~20张标定板的图像； 

④用Halcon标定程序对所采集的标定板图像进行处理，获取相机内参。

3.根据权利要求1所述的一种盾构隧道衬砌管片接缝张开宽度的测量方法，其特征在于，步骤（3）的操作方法如下：

① 根据下式将整幅彩色图像转化成灰度图：

其中：为彩色图像中第个像素点转换后的灰度值，为彩色图像中第个像素点红色通道的值；为彩色图像中第个像素点绿色通道的值；为彩色图像中第个像素点蓝色通道的值；

②计算出每一点对应的灰度值后即可生成彩色图像对应的灰度图；

③采用圆形窗口来选择相应的ROI区域，尽量是目标接缝位于ROI区域中央。

4.根据权利要求1所述的一种盾构隧道衬砌管片接缝张开宽度的测量方法，其特征在于，步骤（4）的操作方法如下：

根据下述二维高斯滤波函数对ROI区域进行平滑：

将上式分别对，求偏导，得到两个一维滤波器，

其中： 为像素点坐标，为高斯滤波器的空间尺度系数，控制图像的平滑程度。

5.根据权利要求1所述的一种盾构隧道衬砌管片接缝张开宽度的测量方法，其特征在于，步骤（5）的操作方法如下：

①根据下式计算每个像素点的梯度幅值和梯度方向：

其中: 为像素的梯度幅值，为像素的梯度方向，，为（41）中求得的一维高斯滤波器，为图像灰度值，此处*代表卷积运算；

②对ROI区域进行非最大抑制处理：对每一个像素点，以该点为中心，在八邻域范围内对应梯度方向上与其相邻两个像素点的梯度值做比较，若该点梯度值为最大，则为可能的边缘点；梯度值保留，否则将该点梯度值设为零；

③根据图像的拍摄质量和噪声程度确定canny边缘检测的上下阈值，，一般≈2；

④利用上下阈值寻找边缘点：将所有梯度幅值>的点作为安全边缘点接受，<的点作为非边缘点排除；对于>>的点，作为潜在边缘点保留，针对这些潜在边缘点，只有当该点沿着某一最短路径与安全边缘点相连时，才被接受为安全边缘点。