[发明专利]一种基于亚像素的裂缝宽度检测方法

说明书

本发明涉及一种基于亚像素的裂缝宽度检测方法，包括如下步骤，1.CCD成像时的灰度值与光强关系是非线性的，这会影响亚像素的裂缝宽度检测的精度。本发明通过差分法，有效测量出摄像头的非线性曲线，并拟合出补偿公式，实现了摄像头成像灰度的非线性补偿。2.CCD成像的点扩散函数对亚像素裂缝宽度测量精度起关键作用，而实际的摄像头成像的点扩散函数并非通常所提的高斯函数。本发明根据摄像头成像的空间不变性，利用传递函数特性，通过边缘检测方法获取摄像头的实际点扩散函数，并以此推导出亚像素裂缝宽度检测的计算方法，保证了亚像素裂缝宽度检测的精度要求。

技术领域

在建筑物工程评价中裂缝宽度是一个重要指标。基于图像的裂缝检测能够实现快速高效的实时检测，其中基于亚像素的裂缝宽度检测是实现高精度检测的关键。本发明针对亚像素裂缝宽度检测中的两个关键因素，提出对应的解决方法。

背景技术

1.CCD成像时的灰度值与光强的关系

CCD数码相机光强响应特性是研究的重点之一。通常对于具有低动态响应范围的CCD数码相机，由于CCD器件在它的工作范围内的线性光电响应特性，由此整个CCD数码相机系统也具有线性光强响应特性。数码相机的很多数据处理过程都基于此，如颜色矫正、图像修复、色度分析等。然而，目前新型的具有高动态响应的CCD数码相机，由于受输出的数字信号的动态范围限制，相机内部的校正电路必然对光强信号进行非线性压缩，这样导致CCD数码相机具有强烈的非线性光强响应特性。

数码相机的光学系统将物体的影像聚焦成像在感光元件CCD上，CCD阵列中每一个像素点就是一个光传感器，通过光电转换，产生模拟电信号；模拟电信号通过模数转换器(ADC)被转换为数字信号，再经过数字信号处理器(DSP)进行处理，最终物体的影像信息以JPG、TIFF、TGA、BMP等数字图像格式存储输出。通常面阵CCD彩色数码相机的存储精度多为24位(红、绿、蓝每通道各8位，数值范围为0～255)，即24位的色彩深度。通过图像分析软件，可以获得数字图像上的任一像素点的色彩信息(红、绿、蓝三通道信息)。在亚像素裂缝宽度计算时需要通过亚像素裂缝的光强信息计算其宽度值，而光强信息直接从图像的灰度值获得，因此裂缝宽度计算时需要将彩色图像转换成灰度图像。

由于CCD成像时的色彩信息相对光强信息是非线性的，这种非线性对亚像素裂缝宽度的计算必然在精度上带来影响。因此如果要获得亚像素裂缝的高精度宽度值，就一定是有必要进行图像灰度信息的线性化处理。通常，要获得CCD成像灰度值与光强的非线性对应关系，需要建设一套标准的光源系统，以标准光对应CCD成像灰度的采集，提取非线性曲线。这样做不但成本高，难度大，而且光源的精度直接影响非线性曲线的精度，同时，实验过程的不当还很容易引入其它误差。

本发明采用一种简单有效的方法，不需要标准光源，只要保证每次拍摄时光照条件相同(可以在一个很短的时间段内一次拍摄完成，以保证光照一致)，通过调节光圈，就能够获取CCD成像相对光强的灰度非线性特性曲线，并且不容易引入其它误差干扰。

2.CCD成像的点扩散函数特性

任何物平面都可以看作是无数个小面元的组合，而每一个小面元都可以看成是一个加权的δ函数。对于一个透镜或一个成像系统，如果能清楚地了解物平面上任一小面元的点振动通过成像系统后，在像平面上所造成的光振动分布情况，通过线性叠加(这种叠加过程就是成像过程也称为卷积过程)，原则上便能求得任何物面光场分布通过成像系统后所形成的像面光场分布，进而求得像面的强度分布。当面元的光振动为单位脉冲即δ(x)、δ(y)时，将面元称为点光源。成像系统对点光源的响应称为点扩散函数(PSF)，用h(x,y)表示。