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基于图像处理的拉索钢丝蚀坑形貌自动测量方法及腐蚀演化规律研究
| 论文题名： | 基于图像处理的拉索钢丝蚀坑形貌自动测量方法及腐蚀演化规律研究 |
| 关键词： | 桥梁工程;拉索钢丝;蚀坑形貌;图像处理;腐蚀规律 |
| 摘要： | 我国大部分国土面积均属于酸雨影响区，酸雨会显著加速桥梁拉索的锈蚀损伤，影响桥梁的安全服役寿命。为了避免由于拉索钢丝腐蚀疲劳断裂造成严重的安全事故和重大经济损失，对桥梁拉索钢丝锈蚀状况进行定期检测，并系统研究拉索钢丝的腐蚀发展规律对工程实践而言具有重大意义。 传统的拉索钢丝锈蚀状况的人工检测存在耗时较长、蚀坑测量困难、测量准确度较难保障等问题，本文基于数字图像处理技术，通过对拉索钢丝腐蚀形貌的数字照片的图像处理，提出了一种提取蚀坑形貌并测量蚀坑参数的自动化处理方法，进而利用该方法对拉索钢丝的人工加速腐蚀的发展规律进行了研究，为拉索钢丝腐蚀研究提供了有效的测试工具和可供参考的数据资料。 本文主要研究内容及成果如下: (1)对实验室腐蚀的拉索钢丝进行拍照处理，对腐蚀照片依次进行灰度处理、图像去噪、图像锐化、模糊增强、二值化等处理，进一步进行形态学处理，并考虑钢丝曲面影响，提出了一种拉索钢丝腐蚀形貌自动测量方法，可以实现了蚀坑长轴长度、长度、宽度、腐蚀面积和蚀坑间距等参数的自动测量。对自动测量结果与人工测量结果进行了比较及统计学分析，显示自动测量方法测得的精度及效率均较人工方法有显著提高，自动测量方法有效满足工程测试精度要求。 (2)针对图像去噪问题，分析了不同滤波窗口尺寸的影响，发现滤波窗口尺寸越小，处理后的图像越清晰;拉索钢丝腐蚀照片去噪3×3窗口较合适;对比不同的空间滤波方法，发现滤波效果由好到坏排序依次为中值滤波、均值滤波、维纳滤波;对比不同的频域方法，结果显示小波滤波的效果最好;研究结果表明拉索钢丝腐蚀图像去噪中值滤波与小波相结合的方法效果最优。 (3)采用自动测量方法对不同腐蚀时间的人工加速腐蚀试验的钢丝腐蚀形貌进行提取，研究了蚀坑密度、蚀坑间距、蚀坑尺寸及腐蚀面积比等参数随时间的变化关系。通过对蚀坑尺寸的分布统计和对其分布规律的函数拟合，表明蚀坑长度和宽度按照对数正态分布分布，蚀坑长轴长度符合威布尔分布，蚀坑变化规律可以由形状参数和位置参数反映。 (4)通对对腐蚀灰度图片的研究，发现灰度直方图峰宽与腐蚀速率具有良好的线性关系，可用峰宽大小反映腐蚀速率的快慢;峰宽与腐蚀面积比呈负相关，灰度直方图峰宽反映了腐蚀程度。基于分形理论对腐蚀参数的研究结果表明:蚀坑尺寸具有良好的分形特征。腐蚀速率与分形维数没有明显的关系。分形维数与腐蚀面积比的变化关系为指数变化，分形维数和拉索钢丝腐蚀进程演变规律一致，可用来表征腐蚀程度。 |
| 作者： | 王磊 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 许红胜 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长沙理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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