AUSCULTACIÓN DE PAVIMENTOS MEDIANTE INTERPRETACIÓN DE IMÁGENES LAURA ANDREA BERRIO CORREA ANDRÉS CAMILO USSA CAYCEDO UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA EN MECATRÓNICA BOGOTÁ, D.C. 2012 AUSCULTACIÓN DE PAVIMENTOS MEDIANTE INTERPRETACIÓN DE IMÁGENES LAURA ANDREA BERRIO CORREA ANDRÉS CAMILO USSA CAYCEDO Trabajo de Grado para optar el título de Ingeniero en Mecatrónica Director Ing. Nelson Fernando Velasco Toledo Codirector Ph.D. Oscar Javier Reyes Ortiz UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA EN MECATRÓNICA BOGOTÁ, D.C. 2012 NOTA DE ACEPTACIÓN _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ ____________________________________ Firma del presidente del jurado ____________________________________ Firma del jurado ____________________________________ Firma del Jurado Bogotá D. C. 6 de Noviembre de 2012 DEDICATORIA A mis padres quienes sembraron las semillas del esfuerzo y la dedicación para poder escalar cada peldaño en el sendero que lleva a la búsqueda del conocimiento, que me enseñaron a no rendirme, a alcanzar mis sueños y porque siempre confiaron en mí. A mis hermanos que me apoyaron y motivaron para lograr mis metas, gracias por sus palabras de aliento, motivación y de superación. Laura Andrea Berrio Correa A mis padres que siempre me han apoyado a lo largo de mi vida, siempre inculcando el interés por aprender cosas nuevas, por la perseverancia, el esfuerzo y la dedicación. A mis hermanos que con su alegría y apoyo siempre me animaron e hicieron los momentos más gratificantes. Andrés Camilo Ussa Caycedo AGRADECIMIENTOS Los Autores expresan sus agradecimientos a: DIOS quien guió con sabiduría cada proceso a lo largo de esta etapa, quien permitió la realización de este proyecto al mostrar el camino hacia la superación y la realización. Sus padres quienes con su apoyo incondicional dieron las bases para construir la ruta que les permitió llegar a la finalización de este ciclo con éxito. Al Ingeniero Nelson Fernando Velasco y al Ingeniero Oscar Javier Reyes los cuales transmitieron sus conocimientos con amor y paciencia, siempre tendiendo su mano para cualquier eventualidad demostrando que a pesar de las dificultades hay una luz de esperanza al final, reflejado por el esfuerzo y la dedicación, gracias a ellos este proyecto se pudo culminar satisfactoriamente. CONTENIDO pág. 1. INTRODUCCIÓN 12 2. FALLAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS 21 2.1 DETERIORO EN LAS JUNTAS 21 2.1.1 Separación de juntas longitudinales 21 2.1.2 Deficiencia del sellado 22 2.1.3 Juntas Saltadas 23 2.2 GRIETAS 24 2.2.1 Grietas de esquina 24 2.2.2 Grietas longitudinales 25 2.2.3 Grietas transversales 27 3 ANÁLISIS DE IMÁGENES PARA DETECCIÓN DE FALLAS 30 3.1 ETAPA DE PREPROCESAMIENTO 30 3.2 ETAPA DE DETECCIÓN 38 3.3 ETAPA DE MEDICIÓN 48 4 DESARROLLO DEL APLICATIVO 51 5 EXPERIMENTOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 58 5.1 CAPTURA DE IMÁGENES 58 5.2 PROCESO DE AUSCULTACIÓN EN IMÁGENES DE PAVIMENTO RÍGIDOS 62 5.2.1 Etapa de preprocesamiento 63 5.2.2 Etapa de detección 68 5.2.3 Etapa de medición 76 5.2.4 Etapa de clasificación 77 5.3 MEDICIÓN DE LA PRECISIÓN 79 5.4 MEDICIÓN DEL TIEMPO COMPUTACIONAL 88 6 CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS 90 BIBLIOGRAFÍA 92 LISTA DE FIGURAS pág. Figura 1. Bosquejo general del sistema 14 Figura 2. Vista en perfil: Detalle de separación de juntas longitudinales. 21 Figura 3. Medición de Saltaduras en juntas y grietas. 23 Figura 4. Corte transversal de una losa, mostrando el ancho de la grieta. 24 Figura 5. Vista en planta grieta de esquina. 24 Figura 6. Características de las grietas longitudinales. 26 Figura 7. Vista en planta de las grietas transversales. 27 Figura 8. Etapa de preprocesamiento. 30 Figura 9. Transformación logarítmica 32 Figura 10. Ejemplo de transformación logarítmica con . 33 Figura 11. Saturación. 38 Figura 12. Etapa de detección: Método de alta precisión. 39 Figura 13. Etapa de detección: Método de baja precisión. 39 Figura 14. Ejemplos de elementos estructurales. 41 Figura 15. Alfabeto de Golay: Secuencia de elementos estructurales rotados usados para adelgazamiento. X toma un valor irrelevante. 43 Figura 16. Tensor Barra y Tensor Bola 44 Figura 17. (a) Campo de votación de un “tensor barra” y (b) Campo de votación de un “tensor bola”. 45 Figura 18. Clasificación inicial de una imagen binaria 47 Figura 19. Clasificación final 47 Figura 20. Relaciones entre el punto inicial y final. 49 Figura 21. Método de medición de ancho: Escaneo. 50 Figura 22. Método de medición de ancho: Conteo. 50 Figura 23. Diagrama de funciones del aplicativo 52 Figura 24. Sección 1 y 2 de la interfaz de usuario. 53 Figura 25. Sección 3 de la interfaz de usuario. 54 Figura 26. Diagrama de campo de visión y distancia focal 59 Figura 27. Modificación del trípode WEIFENG WT3520. 60 Figura 28. Image Registration. 61 Figura 29. Projective Transform. 62 Figura 30. Imagen de entrada. 63 Figura 31. Conversión a escala de grises. 63 Figura 32. Transformada Logarítmica. 64 Figura 33. Filtro del color amarillo. 65 Figura 34. Imagen de 100 x 75 pixeles. 66 Figura 35. (a) Escaneo Vertical y (b) Escaneo Horizontal. 66 Figura 36. Imagen resultante de la suma del escaneo vertical y horizontal. 67 Figura 37. Normalización y saturación. 68 Figura 38. Imagen Binaria. 69 Figura 39. Operación de apertura. 69 Figura 40. (a) Imagen de la zona de la grieta y (b) Imagen de la zona de la junta.70 Figura 41. (a) Esqueleto de la grieta y (b) puntos finales de los fragmentos discontinuos de la grieta. 71 Figura 42. (a) Campos de votación del tensor voting y (b) Líneas generadas por el tensor voting. 72 Figura 43. Suma resultado Tensor voting y Operaciones Morfológicas. 73 Figura 44. Operación de dilatación. 73 Figura 45. Imagen con la zona de la Grieta. 74 Figura 46. (a) Imagen de la zona de la grieta e (b) imagen de la zona de juntas. 74 Figura 47. Objeto detectado como falla. 75 Figura 48. Umbralización (a) y operaciones morfológicas (b). 76 Figura 49. (a) Imagen N° 12 de la muestra con deterioro y (b) realce del deterioro de la imagen 49a. 83 Figura 50. Deterioro con arena en su interior. 83 Figura 51. a. Medición de la longitud: Real, alta precisión, baja precisión y b. porcentaje de error longitud. 84 Figura 52. (a) Medición del ancho promedio: real, alta precisión baja precisión y (b) porcentaje de error ancho promedio. 85 Figura 53. (a) Medición ancho máximo: real, alta precisión, baja precisión y (b) porcentaje de error ancho máximo. 86 LISTA DE FOTOGRAFÍAS pág. Fotografía 1. Juntas Saltadas. 23 Fotografía 2. Grieta de esquina 25 Fotografía 3. Grieta longitudinal 26 Fotografía 4. Grieta transversal. 28 LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 1. Relación entre la clasificación inicial y final 47 Tabla 2. Tabla de Diagnóstico. 79 Tabla 3. Análisis estadístico: método de alta precisión 81 Tabla 4. Análisis estadístico: método de baja precisión 81 Tabla 5. Tiempo de cómputo (a) Método de alta precisión y (b) método de baja precisión. 88