激光与光电子学进展, 2020, 57 (22): 221023, 网络出版: 2020-11-09   

融合深度学习聚类分割和形态学的混凝土表面裂缝量化识别 下载: 1183次

Quantitative Identification of Concrete Surface Cracks Based on Deep Learning Clustering Segmentation and Morphology
作者单位
1 武汉理工大学安全与应急管理学院, 湖北 武汉 430079
2 重庆市计量质量检测研究院, 重庆 404100
图 & 表

图 1. 裂缝识别网络(CIN)结构示意图

Fig. 1. Schematic of Crack Identification Net (CIN)

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图 2. 识别流程图

Fig. 2. Flowchart of identification

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图 3. 裂缝与非裂缝图像。(a)裂缝图像;(b)非裂缝图像

Fig. 3. Example of crack and non-crack images. (a) Crack images; (b) non-crack images

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图 4. 第4组模型的训练以及验证结果。(a)训练结果;(b)验证结果

Fig. 4. Training and validation results for group 4th model. (a) Training results; (b) validation results

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图 5. 5种不同组合的训练与验证正确率

Fig. 5. Accuracy rate of training and validation for 5 different groups

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图 6. 裂缝识别效果。(a)原始图像;(b)裂缝分类与识别结果

Fig. 6. Example of identification results. (a) Original image; (b) crack classification and identification result

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图 7. 利用本文算法和传统方法获得的分割效果。(a)原图像;(b)改进Otsu算法;(C)改进Canny算法;(d)改进中值滤波算法;(e)本文算法

Fig. 7. Segmentation results obtained by the proposed algorithm and traditional methods. (a) Original image; (b) improved Otsu algorithm; (c) improved Canny algorithm; (d) improved median filter algorithm; (e) our algorithm

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图 8. 各算法的评价指标对比

Fig. 8. Comparison of evaluation indicators of each algorithm

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图 9. 利用本文算法和聚类方法获得的分割效果。(a)原图像;(b) K-means算法;(c) Meansshift算法;(d) Fuzzy C-means算法;(e)本文算法

Fig. 9. Segmentation results obtained by the proposed algorithm and clustering methods. (a) Original image; (b) K-means algorithm; (c) mean shift algorithm; (d) fuzzy C-means algorithm; (e) our algorithm

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图 10. 各算法的评价指标对比

Fig. 10. Comparison of evaluation indicators of each algorithm

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图 11. 裂缝标识示例。(a)原图像;(b)神经网络识别;(c)分割;(d)标识

Fig. 11. Identification of cracks with different thicknesses. (a) Original image; (b) identification of neural network; (c) segmentation; (d) mark

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图 12. 裂缝标识示例图。(a)裂缝1;(b)裂缝2

Fig. 12. Example of crack marking. (a) Crack 1; (b) crack 2

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图 13. 用于量化计算的裂缝原始图像

Fig. 13. Original crack images for quantitative calculation

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表 1裂缝1和2的像素尺寸

Table1. Pixel sizes of crack 1 and crack 2

Crack numberSegmentationnumberWidth /pixelLength /pixelAveragewidth /pixelOveralllength /pixelArea /pixel2Occupationration /%
14107
2463
3497
Crack 1451524.63119359940.76
56163
66286
75258
8367
15913
Crack 2261064.75138462131.47
34240
44125

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表 2裂缝1和2的实际尺寸

Table2. Actual size of cracks 1 and crack 2

Crack numberQuantitative calculationCrack gauge measurement
Averagewidth /mmOveralllength /mmArea /mm2Averagewidth /mmOveralllength /mmArea /mm2
Crack 10.97250.53264.331.00251.20261.52
Crack 21.00290.64273.990.98288.42270.26

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表 3统计结果对比

Table3. Comparison of statistical results

Group numberAverage width /mmOverall length /mmArea /mm2
QuantitativecalculationCrack gaugemeasurementErrorQuantitativecalculationCrack gaugemeasurementErrorQuantitativecalculationCrack gaugemeasurementError
10.981.000.02253.11257.334.22250.52254.333.81
20.90.920.02232.45236.624.17211.20215.694.49
31.121.080.04289.27280.948.33320.98318.412.57
41.051.020.03271.19265.445.75281.74277.744
50.971.000.03250.53256.286.75248.82253.284.46
61.021.000.02263.44259.603.84266.70260.246.46
70.950.980.03245.36250.425.06240.12247.417.29
80.950.970.02246.72251.534.81244.54248.784.24
90.991.020.03265.7263.442.26265.88267.231.35
101.21.160.04309.93304.605.33364.81355.609.21

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表 4统计结果精度

Table4. Accuracy of statistical results

Group numberAccuracy of average width /mmAccuracy of overall length /mmAccuracy of area /mm2
198.0098.3698.50
297.8398.2497.92
396.3097.0399.19
497.0697.8398.56
597.0097.3798.24
698.0098.5297.52
796.9497.9897.05
897.9498.0998.30
997.0699.1499.49
1096.5598.2597.41

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杨杰文, 章光, 陈西江, 班亚. 融合深度学习聚类分割和形态学的混凝土表面裂缝量化识别[J]. 激光与光电子学进展, 2020, 57(22): 221023. Jiewen Yang, Guang Zhang, Xijiang Chen, Ya Ban. Quantitative Identification of Concrete Surface Cracks Based on Deep Learning Clustering Segmentation and Morphology[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2020, 57(22): 221023.

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