随着核电产业的逐步壮大,核电站的安全问题受到了国内外越来越广泛的关注。作为最外层保护屏障,核安全壳的安全性能极为重要。安全壳打压试验是检查核安全壳结构强度和抗压情况的主要途径,而安全壳外观缺陷检测是其中一项重要的工作。通过对打压前后和不同压力平台下的缺陷进行检查、量测、对比和分析,可以为安全壳强度评估提供重要参考。安全壳表面缺陷检测从人工向智能逐步发展,尽管目前已有多种遥测方法可以获取安全壳表面影像,但影像中的缺陷,尤其是裂缝缺陷,往往还需人工判别、提取和量测。尽管裂缝检测算法较多,但大多是针对路面裂缝而言。由于安全壳表面影像对比度低、背景复杂、裂缝极其细小、连续性差,传统的方法无法获得好的检测结果。本文在安全壳表面高分辨率影像采集系统的基础上,针对采集的影像特点研究了安全壳表面裂缝检测的关键技术,首次实现了安全壳表面裂缝缺陷的自动检测。主要研究内容包括以下几个方面:(1)从系统框架、采集环境、作业流程、硬件设备与软件模块等方面介绍了核安全壳外观缺陷检测系统。针对影像来源和影像特征为后续裂缝检测奠定了研究基础。(2)提出了一种安全壳表面贫纹理影像的快速拼接方法。该算法针对安全壳表面纹理特征不明显的重叠影像,利用影像采集时固定的距离参数和近似条件,对相邻影像间利用SURF算子进行特征匹配,通过缩放将影像归算到同一比例尺,然后根据重叠度进行等尺寸裁剪,有效实现了安全壳表面全景影像拼接,有利于后续裂缝提取、量测和缺陷浏览。(3)针对安全壳表面裂缝尺寸细小、连续性差、宽窄不一、对比度低等特点,提出了一种自适应宽度模板二值化算法。根据裂缝在形态和灰度上的特征,从局部灰度极小值点开始向两边搜索最合理的裂缝宽度,获得裂缝的骨架信息。同时,针对传统迭代算法全局阈值的局限性,提出了改进的分块迭代算法。提出的二值化算法均能保留细小裂缝的全部特征,但背景噪声较多。(4)针对二值图上背景噪声过多的问题,提出了基于形态学的去噪算法。将自适应宽度模板和改进的分块迭代法二值化结果做“与”运算,保留相同的裂缝信息,消除不同的噪声信息;然后结合裂缝形态特征,用纵向膨胀卷积核增强裂缝形态,并综合考虑长度、面积和形心比等多项特征进行目标点过滤,实现了背景噪声的有效去除。(5)为进一步增强裂缝形态,实现裂缝目标提取,研究了张量投票的相关算法,利用目标点的趋势信息实现目标增强和提取。为提高算法效果和效率,提出了线性显著度增强的二次张量投票,将第一次投票得到的结果作为权值进行二次投票;提出了分区域张量投票,对可能包含裂缝的图像区域进行筛选;提出了嵌入初始信息的张量投票,将预先获取的初始方向和显著度信息嵌入新的投票场;提出了基于膨胀过滤的张量投票,先去噪再投票。改进的方法在一定程度上减少了投票次数、提高了算法效率、增强了裂缝线性形态。(6)利用张量投票概率图上目标点的显著度和方向趋势信息,实现了裂缝目标的提取。首先对概率图上灰度最大的区域进行裂缝种子点采样;然后对种子点进行构图、计算最小生成树,并通过进一步枝叶修剪和片段连接获得裂缝中心线;最后将裂缝中心线反投定位到原始影像中,根据灰度梯度进行裂缝点加密,以获得真实的裂缝信息。(7)对提取结果中存在的其它非裂缝线性目标,利用直线拟合和灰度变化进行排除,以识别真正的裂缝;针对横跨多幅图像的同一裂缝目标,提出了基于编码规则的裂缝整理方案,进一步实现了裂缝长度和宽度信息的量测。(8)针对安全壳表面裂缝检测相关算法的研究,利用实际采集的影像数据进行了实验。从整体效果、局部性能和方法对比对实验结果进行了定性和定量的分析,验证了裂缝检测算法的有效性。