[发明专利]多尺度信息融合的水下构筑物表面损毁探测方法

说明书

本发明公开了一种基于红色信道滑动窗的边缘特征提取方法及多尺度信息融合的水下构筑物表面损毁探测方法；通过计算邻域空间中的最大、最小值间的差能够减少散射光噪声所造成的边缘模糊的影响，准确检测出损毁边缘的位置。针对水下构筑物表面损毁的特性，获取水下构筑物表面损毁的边缘和区域两种尺度下的特征信息，通过建立统一的损失函数实现上述边缘和区域特征的融合，能够有效地克服江河湖库、近海和港口等浑浊水体中的光学衰减，实现水下构筑物表面损毁探测的准确性。

技术领域

本发明属于水利工程领域的水下构筑物表面损毁探测方法，具体涉及一种基于红色信道的损毁目标边缘特征提取方法，同时还涉及一种多尺度信息融合的水下构筑物表面损毁探测方法。

背景技术

水下构筑物(例如水库大坝、港口码头、跨江跨海桥梁工程等)深水表面损毁等工程病害是威胁工程安全服役、引起或酿成重大事故的主要隐患。特别是水库大坝深水表面显露的诸如裂缝、孔洞、凹坑、冲蚀、渗漏、及结构缝形变等始发性损毁，趋势性恶化会极为快速，触发整个坝体险情。

深水表面缺陷/损毁及向内部延伸程度是水库大坝安全服役和运行健康诊断的关键要素，直接关系到水工程失事风险防控的成败。

在早期的电法勘探、弹性波测试、射线探伤、探地雷达等探测方法基础上，近年来采用光学成像手段，因施测作业便捷、感测信息丰富及利于后端分析处理和可视化，正在成为水下构筑物深水(常指30m以下深度)表面损毁检测的主流技术。然而，在水工阻水-壅水效应作用、大坝局部水域非恒定流及多相流涌动频发、底泥的搅动剧烈、水体高浑浊等复杂多变的深水环境下，声呐、或光学成像技术的应用面临声场/光场与水、力、质量(密度、组份)多场多相耦合等综合复杂性，致使探测信号可能被噪声“淹没”，所成图像严重劣化，使得深水表面损毁目标检出率低和虚警率高。剖析其原因，现有的成像技术应用于水下探测存在“看不清、测不准”实质性困难。

发明内容

发明目的：针对江河湖库、近海海域浑浊环境中水下构筑物表面损毁，提出了一种基于红色信道的损毁目标边缘特征提取方法，同时还提出一种多尺度信息融合的表面损毁探测方法。

技术方案：一种基于红色信道的损毁目标边缘特征提取方法，包括如下内容：

(1)输入水下构筑物表面损毁场景的红色信道信息；

(2)提取水下构筑物场景中红色信道信息，建立滑动窗，以单像素为步长，滑动扫描整个构筑物表面；

(3)计算每个滑动窗区域内红色信道反射强度最大值与最小值的差：

其中，x_c为滑动窗的中心点，Ω(x_c)为以x_c为中心点的滑动窗，y为该滑动窗区域中的点，I_r(y)为y点上红色信道强度值；x_c遍历扫描窗滑动整个水下构筑物图景，g_xc的强度超过阈值的点对应于表面损毁的边缘。

一种多尺度信息融合的水下构筑物表面损毁探测方法，包括如下内容：

(1)基于红色信道滑动窗进行边缘检测，提取表面损毁目标的边缘特征；

(2)基于蓝色信道全局对比度进行区域检测，提取表面损毁目标的区域特征；

(3)构建边缘-区域损失函数，对所述边缘特征和区域特征进行融合，实现水下构筑物表面损毁探测。

具体的，所述基于红色信道滑动窗进行边缘检测的步骤如下：

提取水下构筑物场景中红色信道信息，建立滑动窗，以单像素为步长，滑动扫描整个构筑物表面；计算每个滑动窗区域内红色信道反射强度最大值与最小值的差：