基于嵌入式的裂紋實(shí)時(shí)測量系統的設計

引 言

在建筑業(yè)中，評價(jià)墻體裂紋，地面裂紋是評價(jià)房屋質(zhì)量的一項重要指標。一個(gè)嵌入式系統裝置一般都由嵌入式計算機系統和執行裝置組成，嵌入式計算機系統是整個(gè)嵌入式系統的核心，由硬件層、中間層、系統軟件層和應用軟件層組成。執行裝置也稱(chēng)為被控對象，它可以接受嵌入式計算機系統發(fā)出的控制命令，執行所規定的操作或任務(wù)。執行裝置可以很簡(jiǎn)單，如手機上的一個(gè)微小型的電機，當手機處于震動(dòng)接收狀態(tài)時(shí)打開(kāi)；也可以很復雜，如SONY 智能機器狗，上面集成了多個(gè)微小型控制電和多種傳感器，從而可以執行各種復雜的動(dòng)作和感受各種狀態(tài)信息。嵌入式系統硬件層的核心是嵌入式微處理器，嵌入式微處理器與通用CPU最大的不同在于嵌入式微處理器大多工作在為特定用戶(hù)群所專(zhuān)用設計的系統中，它將通用CPU許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內部，從而有利于嵌入式系統在設計時(shí)趨于小型化，同時(shí)還具有很高的效率和可靠性。

本研究將問(wèn)題劃分為以下兩個(gè)部分：

（1）裂紋寬度測量算法；

（2）將以上所開(kāi)發(fā)軟件移植到ARM開(kāi)發(fā)板，并優(yōu)化算法提高軟件運行速度。

1 裂紋寬度測量算法

計算裂縫寬度關(guān)鍵是要利用圖像分割技術(shù)得到裂縫的真正邊緣。雖然已有文獻介紹了多種分割方法，但是未見(jiàn)有針對裂縫測試儀采集到的裂縫圖像進(jìn)行處理的方法。

1.1 圖像獲取

圖像獲取過(guò)程如圖1所示：被檢測的裂縫通過(guò)光學(xué)系統在CMOS圖像傳感器上成像，然后通過(guò)USB接口將裂縫圖像輸出到ARM上進(jìn)行處理。ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設計了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費/教育類(lèi)多媒體、DSP和移動(dòng)式應用等。

圖像獲取

裂縫圖像如圖2所示。裂縫寬度分布范圍較廣，自幾十至幾百像素不等，但遠遠小于圖像的寬度值。裂縫周?chē)胁糠衷肼?，有的圖像含有大量污染區域，這成為裂縫位置鎖定的難點(diǎn)。

裂縫圖像

OTSU圖像分割結果

1.2 OTSU圖像分割

通過(guò)與已有圖像分割方法如：直方圖法、OTSU法、區域分割法等進(jìn)行比較發(fā)現，OTSU在最后的效果上占有明顯的優(yōu)勢。

圖像分割的結果如圖3所示。觀(guān)察結果，很容易發(fā)現圖像的邊緣很大區域被錯分為與裂縫一樣。于是直接計算裂縫寬度時(shí)會(huì )導致將錯分的區域計算成裂縫。因此除了計算裂縫寬度外，對候選裂縫集合進(jìn)行有效剔除是另一個(gè)重要任務(wù)。

Sobel邊緣檢測算子

分割完圖像后，計算所有可能成為裂縫的區域的寬度。采用從圖像給定行的起始位置開(kāi)始計算裂縫寬度，當發(fā)現像素灰度由0變?yōu)?55，記為一個(gè)裂縫的左邊緣起始位置；當查找到像素灰度由255變?yōu)?，記為一個(gè)裂縫的右邊緣結束位置。通過(guò)這種方法可以獲取給定行的所有可能的裂縫寬度。但是在具體試驗中發(fā)現，計算對單行的裂縫進(jìn)行寬度測量還是存在比較大的誤差。于是采用求取給定行上下5行共10行的平均值的方法。