基于機器視覺的電力管廊鋼筋網質量檢測方法及檢測裝置的制造方法
【專利摘要】基于機器視覺的電力管廊鋼筋網質量檢測方法及檢測裝置，檢測方法包括鋼筋數量檢測、鋼筋間距檢測以及鋼筋直徑檢測；鋼筋數量檢測采用圖像拼接、哈夫變換直線檢測等技術來統(tǒng)計米標內的鋼筋數量并判定是否合格；鋼筋間距檢測采用邊緣提取技術，利用最小二乘法擬合出每根鋼筋，計算矩形檢測區(qū)域相鄰鋼筋之間的距離并判定本段鋼筋間距是否合格。鋼筋直徑檢測類似鋼筋間距檢測，不同之處在于矩形檢測區(qū)域內利用最小二乘法擬合出每根鋼筋的雙邊界，計算每根鋼筋的直徑并判定本段鋼筋直徑是否合格。檢測裝置包括可伸縮三角支架、雙管導軌、步進電機、水平儀及裝載超高清攝像機的云臺。本發(fā)明能夠在未澆注鋼筋混凝土之前，提前收集在建工程中鋼筋網信息。
【專利說明】
基于機器視覺的電力管廊鋼筋網質量檢測方法及檢測裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及電力管廊鋼筋規(guī)范檢測領域，具體設及一種基于機器視覺的電力管廊 鋼筋網質量檢測方法及檢測裝置，實現(xiàn)鋼筋規(guī)范要求的常用鋼筋數量、直徑、間距實時檢測 與預警。
【背景技術】
[0002] 隨著城市化的發(fā)展，現(xiàn)代社會對建筑的需求越來越大。目前建筑行業(yè)使用最普遍 的建筑材料就是鋼筋混凝±，作為現(xiàn)代建筑物的標志性材料，它的使用使得現(xiàn)代建筑工程 在質量上有了大幅度的提升和改善?，F(xiàn)代建筑對鋼筋混凝±技術的施工要求也越來越高， 為了保證建筑工程質量，保障建筑人員和住戶人身安全，迫切需要對建筑所鋪設鋼筋是否 符合規(guī)范進行檢測。目前針對建筑工地鋪設的鋼筋，建筑單位普遍采用根據建筑工程需要 W合適噸位采購，再根據需要進行截取的方案，對工程內部鋼筋使用巨細不清楚，加上利益 的誘惑及施工管理的松懈，W及施工人員安全意識淡薄，屢次出現(xiàn)瘦身鋼筋、因施工工藝粗 糖造成鋼筋分布稀疏等重大問題，導致建筑質量達不到驗收標準，埋下安全隱患。對住房與 城鄉(xiāng)建設部2004~2013年建筑安全事故快報進行統(tǒng)計，巧塌事故共發(fā)生1033起，占總事故 起數的13.68%;死亡人數為1764人，占總死亡人數的19.28%，無論是起數和人數均居于各 類事故的第二位。2008年，議川地震中教學樓的倒塌W及引起的師生傷亡成為輿論的焦點， 死亡學生占總死亡人數的6.14%，震后調查中發(fā)現(xiàn)，在轉角墻、下字墻等應配鋼筋的部位經 過反復捜索，并未發(fā)現(xiàn)"磚夾筋"跡象，在磚體和周邊構件之間也普遍不按規(guī)定設置拉結筋 等，直接或間接導致了教學樓的巧塌，一時輿論嘩然。因此在建筑工程進行過程中，對鋼筋 質量進行階段性檢測，W保證建筑安全和質量，防范不必要的經濟損失，具有重大實際意 義。
[0003] 然而，目前針對電力管廊鋼筋質量的檢測，主要采用游標卡尺進行檢測，通過人眼 進行判斷，工作量大、效率低、檢測精度極差，并且只能進行抽樣小批量檢測，檢測結果不盡 人意，整個建筑行業(yè)在此處都存在巨大漏桐。
[0004] 建筑環(huán)境復雜多變，針對不同的作業(yè)環(huán)境需要采取不同的數據采集方式。電力管 廊具有窄而深、無線信號干擾較大的特點，因此需要研發(fā)一種數據采集設備，W實現(xiàn)電力管 廊鋼筋質量安全規(guī)范的檢測與判定，進而檢測建筑中使用的幾種鋼筋是否符合鋼筋規(guī)范的 要求。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術中的問題，提供一種基于機器視覺的電力管 廊鋼筋網質量檢測方法及檢測裝置，通過對施工現(xiàn)場進行視頻采集，運用計算機圖像處理 技術和模式識別分類技術，實現(xiàn)鋼筋數量、間距W及直徑的規(guī)范檢測與建筑安全規(guī)范判定。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于機器視覺的電力管廊鋼筋網質量檢測方法所采用 的技術方案，包括W下過程：
[0007] A、圖像采集:移動相機，垂直采集電力管廊鋼筋綁扎視頻；
[0008] B、鋼筋數量檢測；
[0009] 通過圖像拼接將采集到的視頻轉換成圖像，具體地，將視頻每一帖最后一行的像 素與最后一帖的整張圖像拼接為圖像;對上述圖像進行預處理和邊緣檢測，通過模板匹配 設置感興趣區(qū)域，統(tǒng)計米標內的鋼筋數量;然后通過哈夫變換直線檢測，計算出標定區(qū)域內 的鋼筋數目和整個視頻中的鋼筋數目；最終根據建筑施工鋼筋規(guī)范判定數量是否合格；
[0010] C、鋼筋間距檢測；
[0011] 讀取鋼筋綁扎視頻后設定矩形檢測區(qū)域，對每一帖圖片進行濾波和增強，通過闊 值分割將其轉化為二值圖像并提取邊緣，對提取到的邊緣進行逐行掃描，認為滿足多個點 數的直線為同一根鋼筋，且將間距小于闊值的直線簇歸一化為同一條鋼筋，獲取每根鋼筋 與區(qū)域的邊緣交匯點，根據獲得的邊緣交匯點，利用最小二乘法擬合出每根鋼筋的直線，根 據其中一條定位鋼筋上多點到另一條定位鋼筋距離的平均值作為每根鋼筋間距并判定是 否合格；
[001 ^ D、鋼筋直徑檢測；
[0013] 讀取鋼筋綁扎視頻后設定矩形檢測區(qū)域，進行預處理和邊緣提取，然后設定鋼筋 直徑闊值，對提取到的邊緣進行逐行掃描，滿足闊值的邊緣點判定為鋼筋的直徑邊緣，之后 采用最小二乘法擬合出每根鋼筋的雙邊界，進而計算出每根鋼筋的直徑并判定是否合格。
[0014] 所述的過程B中建筑施工鋼筋規(guī)范判定數量合格的合格率為100%，若不合格進行 報警。
[001引所述的過程帥對于014圓鋼若相鄰鋼筋間距誤差小于Icm則判定本段合格，并且 若本檢測階段所有鋼筋的合格率達到90%，則判定該建筑階段合格，否則進行報警。
[0016] 所述的過程D中對于泣1.4圓鋼若鋼筋直徑誤差小于0.4mm則判定本鋼筋合格，并且 若本檢測階段所有鋼筋的合格率達到90%，則判定本檢測階段合格，否則進行報警。
[0017] 所述的過程B通過圖像拼接將采集到的視頻轉換成圖像的具體步驟如下：
[0018] 假設輸入的所述視頻共有n帖，每一帖共有i X j個像素點；
[0019] 1)記錄第一帖圖像的最后一行的像素值0ui;
[0020] 2)記錄第二帖圖像的最后一行的像素值0?，求得恥+好站
[0021] 3)依次記錄至第n-1帖圖像的最后一行的像素值0 求得S廠i0i;
[0022] 4)將最后一帖的整張圖像保存并拼接到前述的求和中，即求得S廠1 0i + 0。；
[0023] 其中，斯為每一帖圖像的最后一行像素值，0ki為第k帖的最后一行像素值，k為正整 數，好n為最后一帖的所有像素值;拼接圖像的時間間隔為5s。
[0024] 闊值分割首先將彩色圖像灰度化，然后利用灰度提取工具確定鋼筋灰度范圍，經 過多次實際驗證確定闊值分割的闊值，通過該闊值對拼接后的圖像分割，從背景中提取鋼 筋圖像；
[0025] 所述的濾波為中值濾波，具體為計算指定區(qū)域范圍內的所有原圖灰度值，并按照 從大到小的次序排列，選擇W上統(tǒng)計數的中位數，并將中位數的灰度值賦值給指定區(qū)域的 二維中屯、;通過中值濾波濾除椒鹽噪聲得到平滑圖像，將平滑后的圖像通過化nny算子提取 圖像邊緣。
[0026] 所述的過程B米標采用矩形框進行標記，匹配結果W矩形區(qū)域的中屯、點坐標輸出， 根據所求得的中屯、點坐標，設置感興趣區(qū)域，統(tǒng)計該區(qū)域的鋼筋數目。
[0027] 過程B哈夫變換直線檢測使用極坐標空間的直線表達式，圖像空間上的一個點(X， y)對應參數空間(P，0)上的一條曲線，參數空間曲線有一個相交的點，即對應圖像空間有一 條直線；
[00 巧]P = XCOS 目+ysin 目(1)
[0029] 其中P是原點到直線L在參數空間(P，0)中的距離，0是X軸與直線L法線間的夾角且 0 G [0,180° ]，PG [-R，R]，R是原點到直線L的距離的最大可能值；
[0030] 在具體計算時需要在參數空間（p，0)里建立一個二維累加數組，設運個數組為A (P，0)，[Pmln，Pmax巧日[0mln，0max]分別為P，0的范圍，即預期的參數取值范圍;開始時，置數組A 為零，然后對每一個圖像空間中的給定點，讓0取遍0區(qū)間上所有可能的值，并根據直線公式 算出對應的P，再根據P和0的值對A累加，P和0的值設都已經取整：
[0031] A(p,0)=A(p,0)+l (2)
[0032] 對圖像遍歷后，A(P，0)的值即在點（P，0)處共線點的個數，同時(P，0)值也給出了 直線方程的參數，運樣即得到了點所在的線；
[0033] 通過哈夫變換檢測直線的算法具體過程如下：
[0034] a.初始化變換域(r，0)空間的數組；
[0035] 其中r表示圖像對角線方向上的像素數，0方向上角度初始化數目為90;
[0036] b.順序捜索圖像中所有的物體點，累加計算A(P，0);
[0037] 遍歷待處理圖像中的每個物理點，按照公式（1)的圖像空間到參數空間的變換規(guī) 則進行換算，根據公式(2)對變換域的數組A(P，0)進行累加計算，并保存對應的(P，0);
[0038] C.求出變換域的值大于設定闊值的點并記錄；
[0039] 對一條直線上的最小點數進行限制，也即限制直線最小長度Lmin,如果直線長度小 于Lmin,則拋棄，不予標記;否則，標記當前直線并進行輸出；同時，如果直線間間距小于D，就 將運一簇直線視為同一條鋼筋直線;否則，視為下一條鋼筋；
[0040] d.根據選定的點在原空間內標記出鋼筋直線；
[0041] 經過上述步驟的篩選，確定出符合要求的鋼筋的位置信息，根據每條直線的參數 信息，在原圖中標記出所有的鋼筋位置；
[0042] e.計算米標內鋼筋數目和整個過程中的鋼筋數目。
[0043] 所述的利用最小二乘法擬合的具體步驟為：
[0044] 直線函數y = ax+b中的a和b是待定常數，記為￡i = yi-(axi+b)，它反映計算值y與實 際值yi的偏差，使用偏差的平方來反映估計值和實際值間的差異，用Ef=ISf來度量總偏差， 歸結為確定y = ax+b中的常數a和b，W使
最 小；
[0045] 由極值原理知，函數取最小值時，其導數為零，即：
[0046； (：3)
[0047； (4)
[0049] (5)
[004引 化古寸巧卓值.
[0化0] (6)。
[0051] 本發(fā)明基于機器視覺的電力管廊鋼筋網質量檢測裝置采用的技術方案為：
[0052] 包括設置在雙管導軌上的滑塊，滑塊上通過云臺安裝攝像機，所述的云臺能夠通 過轉動調整攝像機的拍攝角度，云臺的轉動范圍為-90°~+30°，并且云臺上設有用于驅動 其沿滑軌進行滑動的步進電機;所述的雙管導軌兩端分別通過可伸縮=角支架進行支撐， 并且可伸縮=角支架上安裝有水平儀，攝像機通過調整拍攝角度垂直采集電力管廊鋼筋綁 扎視頻。
[0053] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明基于機器視覺的電力管廊鋼筋網質量檢測方法通過對施 工現(xiàn)場視頻采集與處理，能夠實現(xiàn)鋼筋數量的檢測與判定、鋼筋間距的檢測與判定、鋼筋直 徑的檢測檢測與判定，本發(fā)明方法具有機動性強、易于操作、檢測速度快、節(jié)省時間的優(yōu)勢， 相對于W往人工檢測的方法，大大提局了檢測效率和檢測精度，能在短時間內進行大批量 的檢測，保障了建筑施工安全。本發(fā)明整體鋼筋檢測方法的實時性較好，能夠快速檢測出現(xiàn) 場鋼筋質量是否符合建筑規(guī)范的要求，節(jié)省人力、物力，進而保證所筑建筑合乎規(guī)范，避免 出現(xiàn)強制性返工，保護投資不受損失，保護業(yè)主人身財產安全，促進建筑業(yè)綠色可持續(xù)發(fā) 展。
[0054] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明基于機器視覺的電力管廊鋼筋網質量檢測裝置在電力管 廊某一階段鋼筋綁扎完工進入檢測階段后，將兩端可伸縮=角支架分別安裝在電力管廊起 始點和終止點，保證雙管導軌水平，根據現(xiàn)場條件設置合適高度，保證采集到的視頻清晰。 雙管導軌的一端安裝能夠拍攝4K超高清視頻與1200萬像素靜態(tài)照片的高清攝像機，并配備 能夠帶動攝像機緩慢穩(wěn)步運行的步進電機，對現(xiàn)場鋼筋綁扎情況進行拍攝并保存。高清攝 像機安裝在云臺上，云臺可控的轉動范圍為-90°至+30°。本發(fā)明的檢測裝置自主研發(fā)，其結 構簡單，視頻采集可靠性高，垂直拍攝能夠保證檢測精度和排除不必要的干擾。
【附圖說明】
[0055] 圖1本發(fā)明基于機器視覺的電力管廊鋼筋網質量檢測裝置結構示意圖；
[0056] 圖2本發(fā)明鋼筋數量檢測原理框圖；
[0057] 圖3本發(fā)明圖像拼接原理框圖；
[0化引圖4本發(fā)明鋼筋間距檢測原理框圖；
[0化9]圖5本發(fā)明鋼筋直徑檢測原理框圖；
[0060]附圖中：1.滑塊;2.可伸縮S角支架;3.雙管導軌;4.云臺；5.步進電機;6.攝像機； [00W] 7.水平儀。
【具體實施方式】
[0062] 下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0063] 本發(fā)明利用自主研發(fā)數據采集設備，采集施工現(xiàn)場鋼筋綁扎視頻，通過監(jiān)控軟件 平臺，實現(xiàn)鋼筋數量、間距W及直徑的規(guī)范檢測與建筑規(guī)范判定。本發(fā)明分為四個模塊：自 主研發(fā)的視頻采集設備、鋼筋數量檢測與判定、鋼筋間距檢測與判定、鋼筋直徑檢測檢測與 判定。
[0064] 本發(fā)明自主研發(fā)的視頻采集設備模塊包括兩個可伸縮=角支架2、一個雙管導軌 3、步進電機5W及攝像機6。在電力管廊某一層鋼筋綁扎完工，進入檢測階段后，對現(xiàn)場鋼筋 綁扎情況進行視頻采集。其中，在電力管廊現(xiàn)場，將兩個可伸縮=角支架2間距3米安裝在地 面，雙管導軌3固定安置在兩個可伸縮=角支架2之間，通過水平儀7保證雙管導軌3水平，微 型的步進電機5與裝載超高清攝像機6的云臺4安裝在雙管導軌3的一端，步進電機5驅動云 臺4在雙管導軌3上勻速慢速滑動，滑行速度可調可控，進而垂直采集鋼筋綁扎視頻。
[0065] 鋼筋數量檢測模塊對采集視頻運用圖像拼接技術將視頻轉換成圖像，即將視頻每 一帖最后一行的像素與最后一帖的整張圖像拼接為圖像，更進一步對上述圖像進行預處理 和邊緣檢測，通過模板匹配設置感興趣區(qū)域，用來統(tǒng)計米標內的鋼筋數量，通過哈夫變換直 線檢測技術，計算出標定區(qū)域內的鋼筋數目和整個視頻中的鋼筋數目，最終根據建筑施工 鋼筋規(guī)范判定數量是否合格。鋼筋數量合格率應為100%，若數量不合格，則發(fā)出語音報警。
[0066] 鋼筋間距檢測模塊讀取視頻后設定矩形檢測區(qū)域，然后對每一帖圖片進行濾波和 增強，進而通過闊值分割將其轉化為二值圖像、提取邊緣，更進一步對提取到的邊緣進行逐 行掃描，認為滿足一定數量點數的直線為同一根鋼筋，且將間距小于某一闊值的直線簇歸 一化為同一條鋼筋，進一步獲取每根鋼筋與區(qū)域的邊緣交匯點，根據獲得的邊緣交匯點，利 用最小二乘法擬合出每根鋼筋的直線，根據其中一條定位鋼筋上多點到另一條定位鋼筋距 離的平均值作為每根鋼筋間距。譬如一號圓鋼0M.若相鄰鋼筋間距誤差小于1cm，則判定本 段檢測合格，進而若本檢測階段所有鋼筋的合格率達到90 %，則本建筑階段合格，否則發(fā)出 語音報警。
[0067] 鋼筋直徑檢測模塊讀取視頻后設定矩形檢測區(qū)域，預處理和邊緣提取過程與所述 鋼筋間距檢測模塊相同，設定鋼筋直徑闊值，對提取到的邊緣進行逐行掃描，滿足闊值的邊 緣點判定為鋼筋的直徑邊緣，進一步采用最小二乘法擬合出每根鋼筋的雙邊界，進而計算 出每根鋼筋的直徑。同樣是一號圓鋼014,若鋼筋直徑誤差小于0.4mm，則判定本鋼筋合格， 若本階段所有鋼筋的合格率達到90%，則本檢測階段合格，否則發(fā)出語音報警。
[0068] 本發(fā)明基于機器視覺的電力管廊鋼筋網質量檢測裝置能夠實現(xiàn)鋼筋檢測數目、間 距及直徑的檢測與判定。根據鋼筋規(guī)范要求，鋼筋質量如果合格，指示燈顯示綠色，若不合 格，則指示燈顯示紅色并發(fā)出語音報警，責令該層施工人員不得進行誘灌水泥，立即返工重 新綁扎。
[0069] 本發(fā)明自主研發(fā)的視頻采集設備模塊中攝像機6安裝在云臺4上，云臺4的可控轉 動范圍為-90°至+30°。步進電機5用于驅動云臺4在雙管導軌3上勻慢速滑行，控制攝像機6 的拍攝角度，盡可能垂直采集鋼筋綁扎情況。在電力管廊某一階段鋼筋綁扎完工，進入檢測 階段后，將配備可拍攝4K超高清視頻與1200萬像素靜態(tài)照片的高清攝像頭的步進電機5放 在雙管導軌3的一端，控制步進電機5緩慢穩(wěn)步運行，如圖1所示，對現(xiàn)場鋼筋綁扎情況進行 拍攝，采集到所需待檢測視頻，并保存。為保證檢測精度和排除不必要的干擾，建議盡量采 用垂直拍攝，并控制攝像頭移動速度保持穩(wěn)定，保證采集到有價值的視頻資料。
[0070] 鋼筋數量檢測模塊通過圖像拼接將所拍攝視頻拼接成易于處理的圖像，進一步通 過闊值分割將鋼筋從雜亂無章的現(xiàn)實背景中提取出來，再使用中值濾波濾除椒鹽噪聲，得 到平滑圖像;為方便進行直線檢測，將平滑后的圖像通過Canny算子提取圖像邊緣，得到前 景主要為鋼筋的圖像;通過模板匹配找到米標的中屯、點坐標，設置所需要計算鋼筋質量的 米標間區(qū)域，結合鋼筋是具有足夠相應點數的直線和相鄰距離足夠小視為同一鋼筋的特 征，使用哈夫直線檢測尋找到鋼筋，并在圖像中進行標定，最終實現(xiàn)在鋼筋檢測系統(tǒng)界面輸 出檢測到的規(guī)定距離內的鋼筋數目和總的鋼筋數目。結合圖2與圖3,具體步驟介紹如下：
[0071] 步驟一、圖像拼接實現(xiàn)視頻轉換為圖像；
[0072] 由于對視頻的處理最終都要轉化為對圖像的處理，所W需要使用到圖像拼接技 術。圖像拼接技術就是將數張有重疊部分的圖像拼成一幅大型的無縫高分辨率圖像的技 術。圖像拼接的方法很多，不同的算法步驟會有一定差異，但大致的過程是相同的。由于低 空航拍的視頻中，背景復雜，沒有參照物，所W采用對視頻中每一帖進行拼接的方法，通過 矩陣記錄視頻中每一帖最后一行像素及最后一帖的整張像素，進一步將矩陣轉換成拼接成 功的圖像。
[0073] 具體步驟如下：
[0074] 假設輸入的所述視頻共有n帖，每一帖共有i X j個像素點，那么：
[00巧]1)記錄第一帖圖像的最后一行的像素值011。
[0076] 2)記錄第二帖圖像的最后一行的像素值02i，求得扣i +
[0077] ???
[007引3)記錄第n-1帖圖像的最后一行的像素值0 (n_i) :!，求得巧-101。
[0079] 4)由于僅拼接所有帖最后一行無法包含所有鋼筋，因此將最后一帖的整張圖像保 存并拼接到前述的求和中，即求得：Eri斬+0。。
[0080] 其中，01為每一帖圖像的最后一行像素值，0W為第k帖的最后一行的像素值，k = l--'n，0n為最后一帖的所有像素值。
[0081] 本發(fā)明設定視頻拼接過程中每隔5s拼接一幅圖像，然后在運5s的間隔內對該幅圖 像進行處理，如此能夠較好的協(xié)調實時性與處理速度兩者之間的矛盾。
[0082] 步驟二、基于闊值分割與中值濾波的圖像預處理；
[0083] 闊值分割是按照灰度級，對像素集合進行劃分，得到的每個子集形成一個與現(xiàn)實 景物相對應的區(qū)域，各個區(qū)域內部具有一致的屬性，而相鄰區(qū)域不具有運種一致屬性。運樣 的劃分可W通過從灰度級出發(fā)選取一個或多個闊值來實現(xiàn)。通過設定不同的特征闊值，能 夠把圖像的像素點分為若干類。本發(fā)明基于鋼筋灰度范圍較窄，而鋼筋灰度范圍之外的所 有灰度為無用灰度的特點，首先將彩色圖像灰度化，然后利用灰度提取工具確定大致的鋼 筋灰度范圍，經過多次實際驗證確定闊值分割的闊值取值，進一步通過該闊值對拼接后的 圖像經行闊值分割，最終實現(xiàn)將鋼筋從雜亂無章的背景中提取出來。
[0084] 中值濾波是計算指定區(qū)域范圍內的所有原圖灰度值，并按照從大到小的次序排 列，選擇W上統(tǒng)計數的中位數，并將中位數的灰度值賦值給指定區(qū)域的二維中屯、。
[0085] 通過中值濾波技術濾除闊值分割后的椒鹽噪聲，減少闊值分割后的噪點，有效得 平滑圖像，使得斜坡性灰度階躍邊緣接近理想的灰度階躍邊緣圖像，得到較為易于處理的 拼接圖像。
[0086] 步驟S Xanny算子提取拼接圖像邊緣;為將鋼筋較明顯的從背景中分離出來，為 下一步的直線檢測做好準備，對中值濾波后的圖像通過化nny算子進行邊緣檢測。經過高斯 濾波、一階偏導的有限差分、非最大抑制、雙闊值算法等步驟處理過的拼接圖像，可W將鋼 筋的形態(tài)從復雜的背景中很好的還原出來，得到噪聲較小的前景圖像。
[0087] 步驟四、模板匹配得到感興趣區(qū)域(R0I區(qū)域）；
[0088] 模板匹配，顧名思義，就是匹配給定的模版。模版由人為提供，用于在給定捜索區(qū) 域，通常是整個圖像或者視頻尋找模版中指示的內容。最基本的算法是逐個像素點比對，直 至在整個圖像或視頻中尋找到匹配模版所有內容的區(qū)域，返回中屯、點坐標。
[0089] ROKregion of interest)，感興趣區(qū)域，是在機器視覺、圖像處理中，從被處理的 圖像W方框、圓、楠圓、不規(guī)則多邊形等方式勾勒出需要處理的區(qū)域。
[0090] 實際建筑工程中，鋼筋質量巨大，為了在得到全部鋼筋數目的同時，可W快速確定 不合乎鋼筋建筑規(guī)范區(qū)間段，W及排除由于距離造成的離攝像頭較遠的鋼筋因重疊而檢測 誤差較大，在拍攝建筑現(xiàn)場視頻的時候，會在一定距離范圍內設定米標，W方便進一步確定 感興趣捜索區(qū)域，進而統(tǒng)計相應區(qū)域內的鋼筋數目與減小檢測誤差。
[0091] 通過模板匹配技術，將米標用紅色矩形框標記，匹配結果W矩形區(qū)域的中屯、點坐 標輸出，根據所求得的中屯、點坐標，可W設置感興趣區(qū)(ROI)，統(tǒng)計相應區(qū)域的鋼筋數目。
[0092] 步驟五、哈夫變換直線檢測；
[0093] 經過步驟一到步驟四處理過的圖像，包含了絕大多數的鋼筋輪廓信息，由于現(xiàn)場 的鋼筋多為直線形狀，可W使用哈夫變換直線檢測的方法來檢測出圖像中的直線根數。
[0094] 哈夫變換利用圖像全局特性，將邊緣像素連接起來，組成區(qū)域封閉邊界，從而求得 邊界曲線方程。在預先知道區(qū)域形狀的條件下，利用哈夫變換可W方便地得到邊界曲線。哈 夫變換還可W用于尋找某一范圍內目標最多的直線，它的基本思想是點一線的對偶性。它 的主要優(yōu)點是受噪聲和曲線間斷的影響比較小。
[00M]實際應用中的做法是，使用極坐標空間的直線表達式，圖像空間上的一個點(x，y) 就對應參數空間(P，0)上的一條曲線，參數空間曲線有一個相交的點，就對應圖像空間有一 條直線。
[0096] P = XCOS 目+ysin 目(1)
[0097] 其中P是原點到直線L在參數空間(P，0)中的距離，0是X軸與直線L的法線間的夾角 且目E [0,180° ]，PE [-R，R]，R是原點到直線L的距離的最大可能值。
[0098] 在具體計算時需要在參數空間（p，0)里建立一個二維累加數組。設運個數組為A (P，0 )，[ Pmin，Pmax巧日[0min，0max ]分別為P，0的范圍，即預期的參數取值范圍。開始時，置數 組A為零，然后對每一個圖像空間中的給定點，讓0取遍0區(qū)間上所有可能的值，并根據直線 公式算出對應的P，再根據P和0的值(設都已經取整)對A累加：
[0099] A(p,0)=A(p,0)+l (2)
[0100] 對圖像遍歷后，A(P，0)的值就是在點(P，0)處共線點的個數。同時(P，0)值也給出 了直線方程的參數，運樣就得到了點所在的線。
[0101 ]本發(fā)明通過哈夫變換檢測直線的算法具體過程如下：
[0102] a.初始化變換域(r，0)空間的數組；
[0103] 其中r表示圖像對角線方向上的像素數，0方向上角度初始化數目為90。
[0104] b.順序捜索圖像中所有的物體點，累加計算A(P，0);
[0105] 遍歷待處理圖像中的每個物理點，按照公式（I)的圖像空間到參數空間的變換規(guī) 則進行換算，根據公式(2)對變換域的數組A(p，0)進行累加計算，并保存對應的(p，0)。
[0106] C.求出變換域的值大于一定闊值的點并記錄；
[0107] 化U曲直線檢測將很多并不相關(處于一條直線上）的點，錯誤的組合到了一起，即 除了鋼筋所在直線之外，有許多冗余標記干擾。因此，我們對一條直線上的最小點數進行限 審IJ，也即限制直線最小長度Lmin,如果直線長度小于Lmin,則拋棄，不予標化否則，標記當前 直線并輸出。我們還對間距小于某一闊值D的直線簇進行歸一化處理，如果直線間間距小于 D，就將運一簇直線視為同一條鋼筋直線;否則，視為下一條鋼筋。
[010引d.根據選定的點在原空間內標記出鋼筋直線；
[0109] 經過上述步驟的篩選，已經可W確定符合要求的鋼筋的位置信息，根據每條直線 的參數信息，在原圖中即可標記出所有的鋼筋位置；
[0110] e.計算米標內鋼筋數目和整個過程中的鋼筋數目。
[0111] 根據上述哈夫直線檢測的方法，能夠計算得出整個視頻中的鋼筋總數。根據模板 匹配得到的感興趣捜索區(qū)域坐標，能夠計算出米標內的鋼筋數目。根據建筑要求，每10米內 的一號圓鋼014數量至少應為160根，每10米內的二號圓鋼08數量至少應為160根，每10米 內的S號圓鋼010數量至少應為80根，每10米內的四號圓鋼06數量至少應為53根，W1號圓 鋼為例，如果計算結果大于規(guī)定值，則顯示為數量符合要求，反之則指示燈顯紅色不合格， 并語音報警，即要求鋼筋數量的合格率應達到100%。
[0112] 鋼筋間距檢測模塊，詳細步驟見圖4,同樣對每一帖圖片通過中值濾波進行濾波和 增強，進而通過闊值分割將其轉化為二值圖像，再使用Canny算子實施邊緣提取，進而對提 取到的邊緣進行逐行掃描，將滿足一定數量點數的直線與間距小于某一闊值的直線簇歸一 化為同一條鋼筋，分別獲取每根鋼筋的邊緣交匯點，根據獲得的邊緣交匯點，利用最小二乘 法擬合出每根鋼筋的直線，最后計算每根鋼筋之間的距離。
[0113] 鋼筋間距檢測屬于多距離測量，即測量多條平行線間的多個距離。距離測量的關 鍵是對定位距離的直線的擬合，得到擬合直線方程，最后根據數學方法計算得到兩條直線 之間的距離。針對多距離測量可采用哈夫變換法和最小二乘擬合法，由于哈夫變換擬合多 條直線速度較慢，實時性差，因此此處采用最小二乘法進行擬合。
[0114] 最小二乘法考慮到直線函數y = ax+b，其中a和b是待定常數。記￡i = yi-(axi+b)，它 反映計算值y與實際值yi的偏差。當然要求偏差越小越好，但由于Ei可正可負，所W使用偏差 的平方反映估計值和實際值間的差異，用Sllj詩度量總偏差。當偏差平方和最小時，則保證 距離每個偏差都不會很大。運時估計的直線方程應與實際很接近。于是直線擬合的問題可 歸結為確定y = ax+b中的常數a和b，使量小。
[0115] 由極值原理可知，函數取最小值時，其導數為零，即：

[0116] (3)
[0117] (4)
[011引解此聯(lián)立方程得：
[0119] 投）
[0120] 狗
[0121] 使用最小二乘法，可W方便快速地求解直線的方程。但是由于定位距離的兩條鋼 筋可能不完全平行，因此一般采用一條直線上多點到另一條直線的距離的平均值來近似計 算。電力管溝鋼筋間距要求所檢測階段的一號圓鋼014鋼筋，相鄰鋼筋間距誤差小于1cm，平 均合格的間距大于等于90%。若相鄰鋼筋間距誤差小于1cm，則檢測本段合格，進而若本檢 測階段所有鋼筋的合格率達到90%，則本階段合格，否則發(fā)出語音報警。
[0122] 鋼筋直徑檢測模塊，亦屬于多距離測量，詳細步驟見圖5,同樣需要讀取視頻后設 定矩形檢測區(qū)域，預處理和邊緣提取過程與所述鋼筋間距檢測模塊相同，進而設定鋼筋直 徑闊值，對提取到的邊緣進行逐行掃描，滿足闊值的邊緣點判定為鋼筋的直徑邊緣，進一步 采用最小二乘法擬合出每根鋼筋的雙邊界，進而計算每根鋼筋的直徑。運是粗略計算，為提 高直徑測量精度，可通過多次擬合雙邊界與多次計算雙邊界間的距離等方法，求得雙邊界 間的平均距離作為所求直徑。電力管溝鋼筋直徑檢測要求所測一號圓鋼014鋼筋的每根直 徑偏差不得大于0.4mm，所有鋼筋的合格率大于等于90%。若鋼筋直徑誤差小于0.4mm，則本 鋼筋合格，進而若本階段所有鋼筋的合格率達到90%，則本檢測階段合格，如果所測得的直 徑偏差大于0.4mm，則判定為瘦身鋼筋，質檢不合格，并語音報警。
[0123] 本發(fā)明研發(fā)的基于自主研發(fā)視頻采集設備的電力管廊鋼筋質量檢測裝置，只允許 具有特定用戶名的相關工作人員才能登錄，在自主研發(fā)的視頻采集設備成功采樣視頻數據 后，存儲在電力管廊鋼筋質量檢測軟件中，在系統(tǒng)中選擇所需檢測的視頻，根據鋼筋安全規(guī) 范的要求判定鋼筋質量，判斷和顯示鋼筋檢測數目、間距W及直徑的檢測結果。當鋼筋的數 量、間距和直徑中有一項不合格，則開發(fā)商和質檢機構需責令該層施工人員不得進行誘灌 水泥，立即返工重新進行綁扎。針對實際建筑現(xiàn)場環(huán)境中的鋼筋網檢測試驗后發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明 的檢測方案具有較好的普適性W及準確率，具有極大的應用前景。
【主權項】
1. 一種基于機器視覺的電力管廊鋼筋網質量檢測方法，其特征在于，包括以下過程： A、 圖像采集:移動相機，垂直采集電力管廊鋼筋綁扎視頻； B、 鋼筋數量檢測； 通過圖像拼接將采集到的視頻轉換成圖像，具體地，將視頻每一幀最后一行的像素與 最后一幀的整張圖像拼接為圖像;對上述圖像進行預處理和邊緣檢測，通過模板匹配設置 感興趣區(qū)域，統(tǒng)計米標內的鋼筋數量;然后通過哈夫變換直線檢測，計算出標定區(qū)域內的鋼 筋數目和整個視頻中的鋼筋數目；最終根據建筑施工鋼筋規(guī)范判定數量是否合格； C、 鋼筋間距檢測； 讀取鋼筋綁扎視頻后設定矩形檢測區(qū)域，對每一幀圖片進行濾波和增強，通過閾值分 割將其轉化為二值圖像并提取邊緣，對提取到的邊緣進行逐行掃描，認為滿足多個點數的 直線為同一根鋼筋，且將間距小于閾值的直線簇歸一化為同一條鋼筋，獲取每根鋼筋與區(qū) 域的邊緣交匯點，根據獲得的邊緣交匯點，利用最小二乘法擬合出每根鋼筋的直線，根據其 中一條定位鋼筋上多點到另一條定位鋼筋距離的平均值作為每根鋼筋間距并判定是否合 格； D、 鋼筋直徑檢測； 讀取鋼筋綁扎視頻后設定矩形檢測區(qū)域，進行預處理和邊緣提取，然后設定鋼筋直徑 閾值，對提取到的邊緣進行逐行掃描，滿足閾值的邊緣點判定為鋼筋的直徑邊緣，之后采用 最小二乘法擬合出每根鋼筋的雙邊界，進而計算出每根鋼筋的直徑并判定是否合格。2. 根據權利要求1所述的基于機器視覺的電力管廊鋼筋網質量檢測方法，其特征在于： 所述的過程B中建筑施工鋼筋規(guī)范判定數量合格的合格率為100%，若不合格則進行報警。3. 根據權利要求1所述的基于機器視覺的電力管廊鋼筋網質量檢測方法，其特征在于： 所述的過程C中對于014圓鋼若相鄰鋼筋間距誤差小于lcm則判定本段合格，并且若本檢測 階段所有鋼筋的合格率達到90%，則判定該建筑階段合格，否則進行報警。4. 根據權利要求1所述的基于機器視覺的電力管廊鋼筋網質量檢測方法，其特征在于： 所述的過程D中對于014圓鋼若鋼筋直徑誤差小于0.4mm則判定本鋼筋合格，并且若本檢測 階段所有鋼筋的合格率達到90%，則判定本檢測階段合格，否則進行報警。5. 根據權利要求1所述的基于機器視覺的電力管廊鋼筋網質量檢測方法，其特征在于， 所述的過程B通過圖像拼接將采集到的視頻轉換成圖像的具體步驟如下： 假設輸入的所述視頻共有η幀，每一幀共有i X j個像素點； 1) 記錄第一幀圖像的最后一行的像素值心山 2) 記錄第二幀圖像的最后一行的像素值02i，求得0?? +02?; 3) 依次記錄至第η-1幀圖像的最后一行的像素值0 |，求得ΣΓ1%; 4) 將最后一幀的整張圖像保存并拼接到前述的求和中，即求得ΣΓ1 0i + 0η; 其中，0i為每一幀圖像的最后一行像素值，0W為第k幀的最后一行像素值，k為正整數， 0n為最后一幀的所有像素值;拼接圖像的時間間隔為5s。6. 根據權利要求1所述的基于機器視覺的電力管廊鋼筋網質量檢測方法，其特征在于： 所述的閾值分割首先將彩色圖像灰度化，然后利用灰度提取工具確定鋼筋灰度范圍，經過 多次實際驗證確定閾值分割的閾值，通過該閾值對拼接后的圖像分割，從背景中提取鋼筋 圖像； 所述的濾波為中值濾波，具體為計算指定區(qū)域范圍內的所有原圖灰度值，并按照從大 到小的次序排列，選擇以上統(tǒng)計數的中位數，并將中位數的灰度值賦值給指定區(qū)域的二維 中心;通過中值濾波濾除椒鹽噪聲得到平滑圖像，將平滑后的圖像通過Canny算子提取圖像 邊緣。7. 根據權利要求1所述的基于機器視覺的電力管廊鋼筋網質量檢測方法，其特征在于： 所述的過程B米標采用矩形框進行標記，匹配結果以矩形區(qū)域的中心點坐標輸出，根據所求 得的中心點坐標，設置感興趣區(qū)域，統(tǒng)計該區(qū)域的鋼筋數目。8. 根據權利要求1所述的基于機器視覺的電力管廊鋼筋網質量檢測方法，其特征在于， 所述的過程B哈夫變換直線檢測使用極坐標空間的直線表達式，圖像空間上的一個點(x，y) 對應參數空間(Ρ，θ)上的一條曲線，參數空間曲線有一個相交的點，即對應圖像空間有一條 直線； P = xcos9+ysin9 (1) 其中P是原點到直線L在參數空間（ρ，Θ)中的距離，Θ是X軸與直線L法線間的夾角且θε [0,180° ]，PG [-R，R]，R是原點到直線L的距離的最大可能值； 在具體計算時需要在參數空間(P，Θ)里建立一個二維累加數組，設這個數組為Α(Ρ，Θ)， [Pmin，Pnmx]和[9min，0max]分別為ρ，Θ的范圍，g卩預期的參數取值范圍；開始時，置數組A為零， 然后對每一個圖像空間中的給定點，讓Θ取遍Θ區(qū)間上所有可能的值，并根據直線公式算出 對應的P，再根據P和Θ的值對A累加，P和Θ的值設都已經取整： Α(Ρ，Θ)=Α(Ρ，Θ)+1 (2) 對圖像遍歷后，Α(ρ，Θ)的值即在點（ρ，θ)處共線點的個數，同時(ρ，θ)值也給出了直線 方程的參數，這樣即得到了點所在的線； 通過哈夫變換檢測直線的算法具體過程如下： a. 初始化變換域(r，Θ)空間的數組； 其中r表示圖像對角線方向上的像素數，Θ方向上角度初始化數目為90; b. 順序搜索圖像中所有的物體點，累加計算Α(Ρ，Θ); 遍歷待處理圖像中的每個物理點，按照公式（1)的圖像空間到參數空間的變換規(guī)則進 行換算，根據公式(2)對變換域的數組Α(ρ，Θ)進行累加計算，并保存對應的(ρ，θ); c. 求出變換域的值大于設定閾值的點并記錄； 對一條直線上的最小點數進行限制，也即限制直線最小長度Lmin，如果直線長度小于 L_，則拋棄，不予標記；否則，標記當前直線并進行輸出；同時，如果直線間間距小于D，就將 這一簇直線視為同一條鋼筋直線;否則，視為下一條鋼筋； d. 根據選定的點在原空間內標記出鋼筋直線； 經過上述步驟的篩選，確定出符合要求的鋼筋的位置信息，根據每條直線的參數信息， 在原圖中標記出所有的鋼筋位置； e. 計算米標內鋼筋數目和整個過程中的鋼筋數目。9. 根據權利要求1所述的基于機器視覺的電力管廊鋼筋網質量檢測方法，其特征在于， 所述的利用最小二乘法擬合的具體步驟為： 直線函數y = ax+b中的a和b是待定常數，記為￡i = yi-(axi+b)，它反映計算值y與實際值 yi的偏差，使用偏差的平方來反映估計值和實際值間的差異，用Σ丨〖來度量總偏差，歸結 為確定y = ax+b中的常數a和b，以彳i 2為最??； (3) 由極值原理知，函數取最小值時，其導數為零，即：(4) 解此聯(lián)立方程得：(5； .(.6)〇. 10 · 一種實人，XCdfc」VLACnTUMW'」m力官廊鋼痛網質檢測方法的檢測 裝置，其特征在于:包括設置在雙管導軌(3)上的滑塊（1)，滑塊（1)上通過云臺（4)安裝攝像 機(6)，所述的云臺（4)能夠通過轉動調整攝像機(6)的拍攝角度，云臺（4)的轉動范圍為-90°~+30°，并且云臺（4)上設有用于驅動其沿雙管導軌（3)進行滑動的步進電機(5);所述 的雙管導軌（3)兩端分別通過可伸縮三角支架(2)進行支撐，并且可伸縮三角支架(2)上安 裝有水平儀(7)，攝像機(6)通過調整拍攝角度垂直采集電力管廊鋼筋綁扎視頻。
【文檔編號】G06Q50/08GK105956942SQ201610317303
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】孫霞, 吳寧海, 史椸
【申請人】陜西瑞海電力工程有限公司