[发明专利]一种隧道衬砌裂缝病害长度计算方法

权利要求书

1.一种隧道衬砌裂缝病害长度计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将裂缝原图经语义分割模型处理后得到裂缝分割掩码，对裂缝分割掩码进行二值化处理，再基于形态学闭合操作依次进行膨胀与腐蚀处理，以修复裂缝分割结果中的微小断裂；

2)通过形态学连通域算法区分各个裂缝分割掩码的连通域，基于端点搜寻算法搜索各连通域的端点；端点搜寻算法包括以下步骤：

第一步，基于连通域掩码信息提取定位框，沿定位框的四个顶点出发，分别沿x方向、y方向搜寻w/2，h/2距离，w为定位框的宽度，h为定位框的高度，搜索接触到定位框的掩码像素点，即触界点，并将搜寻到的触界点作为端点，若存在多个相邻触界点，则选择居中点作为端点；

第二步，若从同一个顶点出发搜索出两个端点(x₁,y₁)、(x₂,y₂)，计算两点间直线距离，同时使用Astar寻路算法计算两点间最短路径距离，对最终触界点的保留规则如下所示：

L_Astar为两个端点(x₁,y₁)、(x₂,y₂)之间的最短距离；

3)区分交叉裂缝与规则裂缝，基于astar算法细化提取裂缝骨架：

对于每个连通域搜索所得的连通域端点进行分类处理，将仅含两个端点的掩码连通域判定为规则裂缝，直接基于astar寻路算法提取规则裂缝的骨架；

对含有三个端点的掩码连通域，进一步判别裂缝类型，具体判定规则如下：分别利用astar寻路算法搜索三个端点两两之间的的最短路径，并根据路径长短排序并记为L_max、L_mid、L_min，利用三条路径长度L_max、L_mid、L_min间关系制定裂缝形态判定规则，如公式所示，若L_max近似等于L_mid与L_min之和，则判定为规则裂缝，取最长路径L_max为裂缝骨架；反之则判定为交叉裂缝；

交叉裂缝处理流程如下：确定交叉裂缝的交叉点，若路径L_max、L_mid、L_min有共同交点，则该共同交点即为交叉点，若三条路径无共同交点，则进行交叉点搜索，通过遍历最短路径L_min，以遍历点为圆心，裂缝连通域宽度为半径确定搜索范围，若搜索范围内同时存在其余两条路径上的点，则以该遍历点为交叉点；裂缝连通域宽度的计算公式如下：

其中，P_i表示像素点i是否属于当前连通阈，属于则为1，否则为0；

基于以上算法获得交叉点后，采用astar寻路算法分别搜索三个端点与交叉点间的最短路径，获得交叉裂缝的骨架；

上述细化提取出的裂缝骨架为1个像素点宽的折线；

4)基于各细化后裂缝骨架端点进行聚类计算，整合属于同一条裂缝的裂缝骨架；所述的聚类计算步骤如下：

①遍历各端点，从所有端点中找出与其距离最短且小于第一判定距离的端点，形成配对端点；第一判定距离为设定值；

②识别各组配对端点为普通端点还是为交错端点；

③若配对的两个端点为普通端点，则对这两个普通端点用直线连接，从而将这两个普通端点所属的两条裂缝骨架整合为一条裂缝骨架；

若配对的两个端点为交错端点，则根据第二判定距离进行进一步判断，第二判定距离为设定值，若两交错端点的距离小于第二判定距离，则将这两个交错端点所属的两条裂缝骨架判定为属同一条裂缝区域的骨架，但不对这两个交错端点实施连接操作；

若两交错端点的距离大于第二判定距离，则判定这两个交错端点所属的两条裂缝骨架分别为两条不同裂缝区域的骨架，不进行裂缝骨架整合；

5)计算裂缝骨架的长度，计算骨架上相邻像素点的距离，骨架上横向相邻像素点的距离为1，骨架上竖向相邻像素点的距离为1，骨架上斜向相邻像素点的距离为1.4，将骨架上所有像素点间距进行累加，则为裂缝骨架的长度。

2.根据权利要求1所述的隧道衬砌裂缝病害长度计算方法，其特征在于：所述步骤②中识别各组配对端点为普通端点还是为交错端点，识别方法如下：

假设配对组端点为po1、po2，各自所属的裂缝骨架为L1、L2，其中L1骨架长度大于L2，基于裂缝骨架L1提取边界框，并根据边界框坐标确定判值方向，若边界框宽大于高则以x方向为判值方向，反之则以y方向为判值方向；若判值方向为x，则沿骨架L1以po1为起点取L1上n个点的x坐标，形成列表1，同时沿骨架L2以po2为起点取L1上n个点的x坐标，形成列表2，若两个列表存在相同元素，则两条裂缝存在交错区域，配对组端点为交错端点，反之则为普通端点；判值方向为y时，则依照上诉判定规则在裂缝骨架上取y坐标进行判别。