A systematic approach to pixel-level crack detection and localization with a feature fusion attention network and 3D reconstruction

特征(语言学) 人工智能 计算机科学 棱锥(几何) 水准点(测量) 分割 交叉口(航空) 特征提取 像素 模式识别(心理学) 一般化 计算机视觉 工程类 地质学 数学 哲学 航空航天工程 数学分析 几何学 语言学 大地测量学
作者
Qiqi Zeng,Gao Fan,Dayang Wang,Weijun Tao,Airong Liu
出处
期刊:Engineering Structures [Elsevier BV]
卷期号:300: 117219-117219 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.engstruct.2023.117219
摘要

Automated detection and localization of surface cracks by using deep learning and computer vision (CV) techniques are conducive to efficient structural condition assessment. However, insufficient feature resolution in deep architecture networks leads to misclassification and inaccurate segmentation of cracks. Furthermore, accurately localizing cracks within the overall structure is crucial for understanding the extent of damage to structural safety and durability. To address these challenges, this paper proposes a systematic approach for pixel-level surface crack detection and localization. The approach is based on a novel Feature Pyramid and Attention Feature Fusion Network (FPAFFN) and 3D reconstruction techniques. Two attention mechanisms named Attention Refinement Module (ARM) and Feature Fusion Module (FFM) are embedded in FPAFFN to strengthen the extraction and fusion of semantic and detailed information. With the cracks annotated images produced by FPAFFN, COLMAP and an open Multi-View Stereo are adapted to reconstruct the 3D model of the cracked structural components. Experimental studies on benchmark datasets CRACK500 and Cracktree200 and manually captured images validate the effectiveness of FPAFFN. The ARM and FFM embedded in FPAFFN enhance the feature learning efficiency and lead to a 3 % rise in the mean intersection ratio (mIoU). FPAFFN demonstrates remarkable generalization capability in detecting images with disturbances and outperforming other well-known crack detection methods in delineating crack edges and details. A subsequent experimental study on a damaged concrete slab shows that the proposed approach is capable of systematically detecting and localizing cracks. Therefore, it is promising to apply the proposed approach to practical structural inspection.
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