CHƯƠNG 5: XỮ LÝ ẢNH NỨT MẶT ĐƯỜNG
5.2. Phương pháp xử lý ảnh nứt đơn
5.2.5. Tính chiều dài và bề rộng vết nứt
Trong một số trường hợp, sau khi nhị phân hóa ảnh để tách vết nứt, một số vết nứt sẽ bị đứt quảng do nhiều nguyên nhân (chất lƣợng ảnh không tốt, khe nứt nhỏ,…). Việc tính chiều dài và chiều rộng sẽ đƣợc thực hiện trên từng vết nứt nhỏ.
Các vết nứt nhỏ đƣợc tách ra dựa vào thuật toán ở mục 5.2.4 với hệ số chấp nhận .
Hình 5.9: Hình ảnh các vết nứt nhỏ được tách ra từ vùng ảnh được trích xuất.
Thuật toán đề xuất để tính chiều dài và bề rộng vết nứt sẽ phụ thuộc vào vết nứt đó là vết nứt ngang hay vết nứt dọc. Để xác định đƣợc vết nứt ngang hay dọc, ta dựa vào kích thước ảnh sau khi được trích xuất vùng nứt. Giả sử, là ảnh sau khi trích xuất vùng nứt có kích thước .
(5-6)
5.2.5.1. Tính chiều dài vết nứt
Việc tính chiều dài của vết nứt đƣợc thực hiện bằng cách chia nhỏ đoạn nứt.
Với vết nứt ngang, ta sẽ chia vết nứt theo chiều dọc và ngƣợc lại với vết nứt dọc.
Vết nứt chia nhỏ sao cho mỗi phần nhỏ có chiều dài tính bằng đơn vị điểm ảnh nhỏ hơn một ngưỡng cho trước. Theo tỉ lệ giữa ảnh và vết nứt trong tự nhiên, một centimet trong đời thực sẽ bằng 16 điểm ảnh trong bộ ảnh đang thực nghiệm có kích thước . Do đó, ta sẽ chọn sao cho chia vết nứt đủ nhỏ để giảm sai số khi tính toán.
Hình 5.10: Chia nhỏ vết nứt ngang.
Sau khi vết nứt đƣợc chia thành từng phần nhỏ, ta sẽ tìm trung điểm của hai đoạn thẳng ở hai đầu đoạn cắt. Giả sử ta có đoạn thẳng với
nhƣ ở hình trên. Trung điểm sẽ đƣợc tính bằng:
(5-7) Sau khi có đƣợc tập các trung điểm này, ta có thể xấp xỉ chiều dài của đoạn nứt thứ bằng khoảng cách của các đường nối tâm.
(5-8) (5-9) Tương tự với vết nứt theo chiều dọc, ta cũng chia vết nứt theo chiều ngang và tính các đoạn nối trung điểm.
Hình 5.11: Hình ảnh các vết nứt dọc từ vùng ảnh được trích xuất được chia nhỏ ra Với vết nứt dọc nhƣ hình trên, trung điểm sẽ đƣợc tính bằng:
(5-10) Và độ dài vết nứt thứ đƣợc xấp xỉ:
(5-11) (5-12)
Sau khi tính đƣợc chiều dài của các vết nứt con trong hình, tổng chiều dài của các đoạn nứt con chính là chiều dài của vết nứt.
(5-13) Tỉ lệ giữa kích thước thực với ảnh là: .
Nên kích thước thật của vết nứt là
(5-14)
Hình 5.12: Hình ảnh các vết nứt ngang và dọc.
Trong một số trường hợp, nhiễu vẫn còn xuất hiện trong ảnh sau khi đã trích xuất vùng nứt. Nhiễu này sẽ ảnh hưởng việc xác định đường nối tâm của vết nứt.
Phương pháp tính chiều dài của chúng ta sẽ bỏ qua các nhiễu khi các đường chia vết nứt không đi qua nhiễu. Đây có thể là một trong những điểm mạnh của phương pháp.
Hình 5.13: Hình ảnh nhiễu không gây ảnh hưởng đến quá việc tìm đường nối tâm.
Hình 5.14: Hình ảnh nhiễu gây ảnh hưởng đến quá việc tìm đường nối tâm.
Trong một số trường hợp, khi đường chia vết nứt đi qua nhiễu sẽ làm ảnh hưởng đến việc xác định đường nối tâm. Do đó sẽ ảnh hưởng đến kết quả bài toán.
Trong trường hợp này, chúng ta thiết lập một thông số ngưỡng chiều dài nhằm loại bỏ đi các nhiễu. Thông số này đƣợc thiết lập sao cho không làm mất đi thông tin của vết nứt.
(5-15)
Hình 5.15: Ảnh hưởng nhiễu bị loại bỏ.
5.2.5.2. Tính bề rộng của vết nứt
Việc tính chiều rộng một cách chính xác của vết nứt là một vấn đề vô cùng khó khăn. Phương pháp ta đề xuất tính một cách xấp xỉ và không thật sự chính xác.
Tương tự như việc tính chiều dài vết nứt ở mục 5.2.5.1, ta sẽ tính bề rộng của các vết nứt con và sau đó đánh giá vết nứt trong hình bằng trung bình các giá trị bề rộng của các vết nứt.
(5-16) Việc còn lại là tính các giá trị . Tương tự như tính chiều dài vết nứt, chúng ta sẽ tính sẽ tính bề rộng vết nứt tại một số vị trí cách đều nhau của vết nứt con. Lợi dụng các điểm chia khi tính chiều dài vết nứt, chúng ta sẽ tính bề rộng vết nứt tại các điểm chia nhỏ này. Cụ thể, ta sẽ tính bề rộng tại các điểm .
Để tính bề rộng tại vị trí , ta cần phải biết hướng của vết nứt tại điểm đó. Bề rộng của vết nứt tại vị trí sẽ là tổng các điểm ảnh có phương vuông góc với hướng của vết nứt. Việc xác định hướng của vết nứt là một điều không dễ dàng. Tuy nhiên, chúng ta có thể ƣớc lƣợng bề rộng của vết nứt bằng cách tính chiều rộng tại vị trí theo 5 hướng trên hệ trục tọa độ có tâm là .
Hình 5.16: Phương pháp tính bề rộng tại một điểm.
Tại vị trí , ta có được các giá trị bề rộng theo 5 hướng
. Ta ƣớc lƣợng bề rộng vết nứt tại một điểm là giá trị nhỏ nhất trong 5 giá trị theo 5 hướng tại điểm đó. Bởi vì sự sai lệch về góc càng lớn thì dẫn đến sự sai khác về bề rộng càng cao.
Từ đó ta có:
(5-17) (5-18)
Do đó, kích thước bề rộng vết nứt thực là
(5-19)
Ảnh ban đầu Ảnh xám
Nhị phân hóa Lọc nhiễu
Trích xuất vùng nứt
Xác định đường nối tâm
Hình 5.17: Mô tả từng bước thuật toán xử lý ảnh nứt ngang.
Ảnh xám
Nhị phân hóa Lọc nhiễu
Ảnh ban đầu
Trích xuất
vùng nứt Xác định đường nối tâm
Hình 5.18:Mô tả từng bước thuật toán xử lý ảnh nứt dọc.
5.2.5.3. Thực nghiệm và kết quả tính toán nứt đơn
Trong thuật toán xử lí vết nứt đơn, ta thực hiện việc thiết lập 7 thông số đầu để đưa về các trường hợp giải quyết bài toán vết nứt đơn. Các thông số này bao gồm:
Ba thông số trong thuật toán phân ngƣỡng nhị phân là và . Thông số để loại bỏ nhiễu trong bước khử nhiễu là .
Thông số chấp nhận các vùng nứt bị đứt là . Hệ số để chia vết nứt thành những đoạn nhỏ .
Hệ số loại một số nhiễu khi xác định đường nối tâm của vùng nứt . Các thông số này đƣợc thiết lập dựa trên thực nghiệm. Tuy nhiên, các hệ số vẫn chƣa thật sự chính xác đối với tất cả các ảnh vết nứt đơn. Theo thực nghiệm trên bộ dữ liệu gồm 10 ảnh nứt đơn, ta thiết lập các hệ số:
Bảng 5-3: Bảng kết quả tính toán mẫu thử nứt đơn STT
Tính toán
(mm) Thực tế (mm) Sai số (%) Dài Rộng Dài Rộng Dài Rộng 1 540.12 8.46 585.62 8.60 7.77% 1.63%
2 514.02 8.43 550.70 8.40 6.66% 0.36%
3 516.98 7.75 543.95 7.63 4.96% 1.57%
4 495.56 3.75 470.52 3.86 5.32% 2.85%
5 605.24 18.06 640.56 18.12 5.51% 0.50%
6 472.89 14.93 508.22 14.69 6.95% 1.63%
7 553.44 2.00 602.60 2.12 8.16% 5.66%
8 514.55 4.93 553.41 4.85 7.02% 1.65%
9 443.34 2.45 510.43 2.51 13.14% 2.39%
10 401.36 2.06 360.09 2.05 11.46% 0.49%
Trung Bình 7.59% 2.12%
(1)
- Chiều dài: thực tế là 585,62; ƣớc lƣợng là 540,12; sai số 7,77%.
- Bề rộng: thực tế là 8,6; ƣớc lƣợng là 8,46; sai số 1,63%.
(2)
- Chiều dài: thực tế là 550,7; ƣớc lƣợng là 514.02; sai số 6.66%.
- Bề rộng: thực tế là 8,4; ƣớc lƣợng là 8,43; sai số 0,36%.
(4)
- Chiều dài: thực tế là 470,5; ƣớc lƣợng là 495.56; sai số 5.32%.
- Bề rộng: thực tế là 3,86; ƣớc lƣợng là 3,75; sai số 2,85%.
Hình 5.19: một số hình ảnh kết quả.
Nhận xét:
Sai số chiều dài của chương trình và thực tế nằm trong khoản 5-8%, một số bức ảnh sai số 11-13%. Nguyên nhân trong quá trình lọc nhiễu làm mất đi thông tin vết nứt. Chiều dài chương trình tính chưa đi sát với thực tế, bỏ qua những đoạn gấp khúc do sự phân chia vết nứt theo những vị trí cố định, không tự động tìm đƣợc vị trí chuyển hướng vết nứt.
Sai số bề rộng chương trình và thực tế tương đối tốt, tương đồng với nhau.
Nằm trong khoản sai số 0.3-3%. Sai số lớn do vết nứt bé, cộng với quá trình lọc nhiễu bị mất thông tin.