吉林大学学报(工学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (6): 2063-2068.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20240556

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基于合成孔径超声成像的桥梁钢结构腐蚀点检测算法

石峰(),钮鹏   

  1. 沈阳大学 建筑工程学院,沈阳 110044
  • 收稿日期:2024-05-20 出版日期:2025-06-01 发布日期:2025-07-23
  • 作者简介:石峰(1984-),男,讲师,博士.研究方向:路基工程和冻土工程.E-mail:shifutian1198@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51978416);辽宁省自然科学基金面上项目(2022-MS-424)

Algorithm for detecting corrosion points in bridge steel structures based on synthetic aperture ultrasonic imaging

Feng SHI(),Peng NIU   

  1. College of Civil Engineering and Architecture,Shenyang University,Shenyang 110044,China
  • Received:2024-05-20 Online:2025-06-01 Published:2025-07-23

摘要:

针对桥梁钢结构表面的纹理、凹凸等组织排列特征具有非线性,增加了腐蚀点检测难度的问题,基于合成孔径超声成像技术设计了一种腐蚀点检测算法。首先,采用多阵元合成孔径聚焦技术获取桥梁钢结构超声影像,通过聚焦超声波能量提高超声影像的分辨率和清晰度,使得腐蚀点更容易被识别和定位。其次,利用灰度共生矩阵技术捕捉图像中像素之间的空间关系,提取桥梁表面钢结构组织的排列特征。最后,使用Fisher判别准则剔除对检测贡献度偏低或冗余的特征,将筛选后特征输入神经网络,利用神经网络的非线性映射能力精准检测腐蚀点。实验结果表明,应用本文算法可以清晰地观察到腐蚀点的位置和直径,检测到的腐蚀点直径、倾斜角度、深度与实际值基本一致,说明本文算法具有有效性。

关键词: 腐蚀点检测, 筛选特征, 合成孔径超声成像, 神经网络, 桥梁钢结构, 回波信号

Abstract:

to address the problem of non-linear organization arrangement characteristics such as texture and unevenness on the surface of bridge steel structures, which increase the difficulty of corrosion point detection, a corrosion point detection algorithm based on synthetic aperture ultrasonic imaging technology was designed. Firstly, the multi element synthetic aperture focusing technology was adopted to obtain ultrasonic images of bridge steel structures. By focusing ultrasonic energy, the resolution and clarity of the ultrasonic images were improved, making it easier to identify and locate corrosion points. Secondly, using gray level co-occurrence matrix technology to capture the spatial relationships between pixels in the image, the arrangement features of the steel structure organization on the surface of the bridge were extracted. Finally, the Fisher discriminant criterion was used to remove features with low or redundant contribution to the detection, and the filtered features were input into the neural network to accurately detect corrosion points using the non-linear mapping ability of the neural network. The experimental results show that after applying the algorithm, the position and diameter distance of the corrosion points can be clearly observed. The diameter, inclination angle, and depth of the corrosion points detected by the algorithm are basically consistent with the actual values, indicating the effectiveness of the algorithm.

Key words: corrosion point detection, screening feature, synthetic aperture ultrasound imaging, neural networks, bridge steel structure, echo signal

中图分类号: 

  • TG171

图1

合成孔径超声成像实际应用场景"

图2

合成孔径超声成像结果"

图3

合成孔径超声成像侧视图"

图4

腐蚀点轮廓曲线检测图"

表1

检测结果与腐蚀点真实数据比较"

参数腐蚀点1腐蚀点2
腐蚀点直径/mm倾斜角度/(°)深度/mm腐蚀点直径/mm倾斜角度/(°)深度/mm
实际数据5.209.2020.07.608.5040.00
本文算法5.289.3120.27.668.5540.10
超声导波传播检测5.969.3621.37.628.8542.62
同步提取变换检测6.0111.2522.17.668.9448.55
合成孔径聚焦成像检测5.5710.9420.77.899.0139.47
自发漏磁效应检测5.558.5418.18.008.0740.95
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