3D Point Cloud from Close-Range Photogrammetry for Defect Characterisation of Rubberised Concrete

निर्माण सामग्री की दुनिया में, इंजीनियर लगातार कंक्रीट को अधिक लचीला और टिकाऊ बनाने के तरीके खोज रहे हैं। एक आशाजनक दृष्टिकोण में पुराने टायरों से निकले पुनर्चक्रित (recycled) रबर को कंक्रीट में मिलाना शामिल है। यह एक ऐसा मिश्रित पदार्थ बनाता है जो पारंपरिक कंक्रीट की तुलना में आसानी से टूटे बिना मुड़ और खिंच सकता है, जो कचरे का पुन: उपयोग करने के साथ-साथ संरचनाओं की सुरक्षा में सुधार करने का एक तरीका प्रदान करता है। हालाँकि, यह लचीलापन अपने साथ एक अनूठी चुनौती लेकर आता है: जब इन रबरयुक्त कंक्रीट बीमों पर दबाव डाला जाता है, तो वे सरल, सीधी रेखाओं में नहीं टूटते। इसके बजाय, दरारें मुड़ती हैं, घूमती हैं और सामग्री के माध्यम से एक जटिल, टेढ़े-मेढ़े पथ का अनुसरण करती हैं, जिससे एक खुरदरी और असमान सतह बनती है जिसे मापना कठिन होता है। ये दरारें कैसे बनती हैं और बढ़ती हैं, इसे ठीक से समझना बेहतर मिश्रणों को डिजाइन करने के लिए आवश्यक है, लेकिन इन सूक्ष्म, घुमावदार फ्रैक्चरों को देखना और मापना प्रयोगशालाओं में काम करने वाले वैज्ञानिकों के लिए लंबे समय से एक कठिन कार्य रहा है।

द दशकों से, शोधकर्ता संरचनाओं की सतहों का मानचित्रण करने के लिए उच्च-तकनीकी लेजर स्कैनर पर निर्भर रहे हैं। ये उपकरण, जिन्हें टेरेस्ट्रियल लेजर स्कैनर कहा जाता है, एक वस्तु पर प्रकाश की किरण दागकर और उसके वापस टकराने में लगने वाले समय को मापकर काम करते हैं। हालांकि ये मशीनें बड़े भवनों या पुलों के मानचित्रण के लिए उत्कृष्ट हैं, लेकिन प्रयोगशाला सेटिंग में पाए जाने वाले सूक्ष्म विवरणों के लिए वे संघर्ष करती हैं। लेजर बीम स्वयं अक्सर माइक्रो-क्रैक (सूक्ष्म दरार) के संकीर्ण अंतराल में फिट होने के लिए बहुत चौड़ी होती है। जब बीम एक खुरदरी सतह से टकराती है जिसमें एक छोटा सा शून्य (void) होता है, तो प्रकाश बस उस अंतर को पाट देता है, छूटे हुए विवरण को भर देता है और दरार को वास्तव में जितना है उससे छोटा या चिकना बना देता है। यह एक पतली हेयरलाइन दरार की गहराई को एक ऐसे रूलर से मापने की कोशिश करने जैसा है जो खुद दरार से अधिक मोटा है; उपकरण भौतिक रूप से तल तक नहीं पहुँच सकता, जिससे क्षति का वास्तविक आकार छिपा रह जाता है।

इस समस्या को हल करने के लिए, न्यू साउथ वेल्स विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक अलग प्रकार की तकनीक की ओर रुख किया: क्लोज-रेंज फोटोग्रामेट्री (close-range photogrammetry)। लेजर का उपयोग करने के बजाय, यह विधि विभिन्न कोणों से किसी वस्तु की सैकड़ों ओवरलैपिंग तस्वीरें लेने के लिए मानक डिजिटल कैमरों का उपयोग करती है। प्रत्येक फोटो में वस्तु के दिखने में मामूली बदलावों का विश्लेषण करके, परिष्कृत सॉफ्टवेयर सतह का एक अत्यधिक विस्तृत त्रि-आयामी (3D) मॉडल पुनर्निर्मित कर सकता है। शोधकर्ताओं ने इस तकनीक को उन रबरयुक्त कंक्रीट बीमों पर लागू किया जिनका परीक्षण विफलता (failure) की स्थिति तक किया गया था। उन्होंने एक उच्च-स्तरीय पेशेवर कैमरे और एक आधुनिक स्मार्टफोन का उपयोग करके चित्र कैप्चर किए, और फिर उन तस्वीरों को सॉफ्टवेयर में डाला जो उन्हें लाखों बिंदुओं के एक घने क्लाउड (dense cloud) में जोड़ देता है, जिससे दरार वाली सतह का एक डिजिटल जुड़वां (digital twin) बन जाता है।

परिणामों ने दिखाया कि यह कैमरा-आधारित दृष्टिकोण उन विवरणों को देख सकता है जिन्हें लेजर स्कैनर मिस कर देते हैं। एक बड़े सेंसर से लैस पेशेवर कैमरे ने एक ऐसा मॉडल तैयार किया जिसका रेजोल्यूशन एक मिलीमीटर से भी छोटे फीचर्स को पहचानने के लिए पर्याप्त बारीक था। जब शोधकर्ताओं ने अपने डिजिटल मॉडल में एक विशिष्ट दरार को मापा, तो इसकी चौड़ाई लगभग 2.3 मिलीमीटर निकली, जो कैलिपर से लिए गए भौतिक माप से लगभग पूरी तरह मेल खाती थी। इसके विपरीत, स्मार्टफोन कैमरा, हालांकि उपयोगी था, ने थोड़ा अधिक 'नॉइज़' (noise) और कम सटीकता वाला मॉडल बनाया, जिससे पता चलता है कि इतने सूक्ष्म विवरणों को पकड़ने के लिए कैमरा सेंसर की गुणवत्ता महत्वपूर्ण होती है। अध्ययन ने पुष्टि की कि रबरयुक्त कंक्रीट की विशिष्ट सब-मिलीमीटर दरारों के लिए, एक उच्च-रेजोल्यूशन कैमरा मानक लेजर स्कैनर की तुलना में कहीं अधिक प्रभावी उपकरण है।

केवल दरारों को देखने के अलावा, टीम ने उन्हें शेष सतह से अलग करने का एक तरीका विकसित किया। चूंकि दरारें अक्सर आसपास के कंक्रीट की तुलना में गहरी होती हैं, इसलिए सॉफ्टवेयर रंग की जानकारी का उपयोग करके क्षतिग्रस्त क्षेत्रों को हाइलाइट कर सकता था। इन टोनल अंतरों पर जोर देने वाले प्रारूप में 3D डेटा को परिवर्तित करके, वे बैकग्राउंड नॉइज़ से वास्तविक फ्रैक्चर बिंदुओं को अलग करने में सक्षम थे। इसने उन्हें दरार के पथ का एक साफ, संरचित मानचित्र बनाने की अनुमति दी, जिससे जटिल, घुमावदार ज्यामिति का पता चला जिसे पारंपरिक द्वि-आयामी (2D) चित्र अक्सर पकड़ने में विफल रहते हैं। विवरण का यह स्तर महत्वपूर्ण है क्योंकि दरार का आकार इंजीनियरों को बताता है कि सामग्री तनाव के तहत कैसे व्यवहार कर रही है, जो मिश्रण डिजाइन को बेहतर बनाने के लिए एक महत्वपूर्ण जानकारी है।

शोधकर्ताओं ने इस विधि का उपयोग परीक्षण के दौरान कंक्रीट कितना हिला, इसे मापने के लिए भी किया। परीक्षण से पहले के बीम के 3D मॉडल की तुलना टूटने के बाद के मॉडल से करके, वे पूरी सतह पर विस्थापन (displacement) की सटीक मात्रा की गणना कर सके। डेटा ने दिखाया कि मुख्य दरार के आसपास का क्षेत्र औसतन 2.2 मिलीमीटर हिला, जिसमें कुछ हिस्से 2.9 मिलीमीटर तक शिफ्ट हुए। केवल एक बिंदु पर ही नहीं, बल्कि पूरी सतह पर होने वाली गति को ट्रैक करने की यह क्षमता, उन्हें सामग्री के विकृत होने (deform) का बहुत समृद्ध चित्र प्रदान करती है। यह साबित करता है कि यह फोटोग्रामेट्रिक वर्कफ़्लो न केवल सूक्ष्म दोषों को खोजने में सक्षम है, बल्कि क्षति को उच्च सटीकता के साथ मापने में भी सक्षम है।

यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि क्लोज-रेंज फोटोग्रामेट्री प्रयोगशाला परीक्षणों के लिए महंगे लेजर सिस्टम के एक लचीले और सुलभ विकल्प के रूप में कार्य करती है। यह शोधकर्ताओं को लेजर बीम की भौतिक सीमाओं के बिना रबरयुक्त कंक्रीट में दरारों की वास्तविक, टेढ़ी-मेढ़ी प्रकृति को कैप्चर करने की अनुमति देता है। उच्च-रेजोल्यूशन वाले 3D मॉडल उत्पन्न करने का एक विश्वसनीय तरीका स्थापित करके, यह कार्य भविष्य के स्वचालित सिस्टम के लिए आधार तैयार करता है जो सामग्री के प्रदर्शन का अधिक गहराई से विश्लेषण कर सकें। शोधकर्ता इस कार्य को हर दरार की लंबाई, चौड़ाई और गहराई को स्वचालित रूप से मापने के लिए पूर्णतः स्वचालित उपकरण विकसित करके और वीडियो-आधारित तकनीकों का उपयोग करके यह देखने के लिए कि ये दरारें समय के साथ कैसे बढ़ती हैं, विस्तारित करने की योजना बना रहे हैं। फिलहाल, अध्ययन पुष्टि करता है कि सही कैमरे और व्यवस्थित दृष्टिकोण के साथ, वैज्ञानिक अंततः इस छिपी हुई जटिलता को देख सकते हैं कि कैसे टिकाऊ निर्माण सामग्रियां विफल होती हैं, जिससे भविष्य में सुरक्षित और अधिक टिकाऊ संरचनाएं बन सकेंगी।