I n t e r n at i on al  Jou r n al  of  R o b ot i c s  an d  A u t o m at i on  ( I JR A )   V o l.   7 ,  No .   4 De c   20 1 8 , p p 2 83 ~ 2 96   I SSN :   2089 - 4856,   D O I :  10. 11 591/ i j ra . v 7 i 4 . pp 2 83 - 2 96          283       Jou r n al  h om e p age ht t p: / / i ae s c or e . c om / j our nal s / i nde x . php/ I J R A / i nde x   H iera rchi ca l I ns p ect io n Sy s t e m   Us i ng  Vis ua a nd M f l P ro be  Ro bo t s       U vai s  Q i d w ai 1 M uha mm a d A k ba r 2 M uha m m a d M a qbo o l 3 M o ha mm e d J a ha ns ha h i 4   1, 2, 3 D ep ear t m en t  o f  C o m p u t er  S ci en ce &   E ng i ne e r i ng ,   Q a ta r  U n iv e r s ity Q at ar   4 D ep ar t m en t  o f  E l ect r i cal  E n g i n eer i n g ,   P ur due  U n i v e r s i t y US       A rt i cl e I n f o     AB S T RAC T     A r tic le  h is to r y :   R ecei v ed   Oc t   22 ,  201 8   Re v i s e d   No v   16 ,  201 8   A ccep t ed   No v   30 ,  201 8       S t r uc t ur a l  H e a l t h M oni t or i ng  ( S H M )  r e pr e s e nt s   a cr i t i cal  ap p u r t en an ce t o   m o d er n  en g i n eer i n g  t h at  a m al g a m at es  t h e s k i l l s   a nd t e c hni q ue s  f r om  va r i ous   di s c i pl i ne s  of  e ng i ne e r i ng  a nd c om put a t i o na l  s c i e nc e .  M o de r n c i v i l   a r c h ite c tu r e s ,  in v o lv in g  h ig h - r i se   bui l d i ng s ,  c om pl e x  s t r uc t ur a l  de s i g ns ,  a nd   in n o v a tiv e  s ha pe s ,  on  o ne  ha n d r e pr e s e nt  t he   ur ba n  de v e l opm e nt ,   but  a t  t he   s a me  t i me  i s  a   c ha l l e ng e  f r o m  s us t a i na bi l i t y  pe r s pe c t i v e .  I n or de r  t o e ns ur e   t he  t e na bi l i t y  of  s uc h s t r uc t ur e s ,  a dv a nc e d S H M  pr oc e dur e s  n e e d t o be   de v e l ope d.  T he   pr e s e nt e d w or k  i n t hi s  pa pe r   i s  an  ef f o r t  o n  t h es e l i n es .  T h w e ar  an d  t ear  i n  t h b u i l d i n g s  r el at ed  t o  w eat h er ,  as   w el l  as   ot he r  na t ur a l   di s a s t e r s ,  ne e ds  t o be   m oni t or e d r e g ul a r l y  a nd s y s t e m a t i c a l l y  i n or de r  t o   pr e v e nt  a ny  s e r i ous  s t r uc t ur a l   d a m a ge .  I n c ur r e nt   S H M  p r act i ces ,   h u m an   e x p er t s  ar e d ep l o y ed  at  v ar i o u s  s t r u ct u r al l y  cr i t i cal  p l aces  o n  t h es e b u i l d i n g s   t o pe r f or m  s pe c i f i c   m e a s ur e m e nt s   a nd a na l y z e  t he m  t o de c i de  on t he   s t r uc t ur a l  he a l t h c o ndi t i o n.  T hi s  s i m pl e  a ppr oa c h i s  be c om i ng  m or e  a nd m or e   co m p l i cat ed  as   w el l  as   pe r i l ous  f o r  t he  hum a n pe r s onne l  i nv ol v e d,  due  t o t he   m o d er n  ar ch i t ect u r e t h at   i n v o l v es  g r eat er  h ei g h t s ,  an d  co m p l ex  s t r u ct u r es .   Th e   pr op os e d s y s t e m  ut i l i z e s  f l y i ng  a nd c r a w l i ng / r ov i ng  r obot s  f or  t hi s   pur pos e .  T he  f l y i ng  r obot s ,  f i r s t ,  s c a n t he  s ur f a c e  of  t he  bui l di n g t o   a n he i g ht  ne e de d ,  a n d t he n t he  c us t om - d es i g n ed  al g o r i t h m s  an al y z e t h e i m ag es   f r o m  t he s e  s c a ns  i n or de r  t di s c e r n t he  pos s i b l e   d ef ect s / an o m al i es  i n  t h s t r uc t ur e .  U s i ng  t he s e  de f e c t  poi nt e r s ,  t he  c us t om - de s i g ne d r ov e r  r obot  o n   t op of  t he  s t r uc t ur e  l o w e r s   a  r obot i c   pr obe  t ha t  s c a ns  onl y  t hos e  a r e a s   f or   s u b s t an t i at i n g  t h e an o m al i es  an d  t h e d eg r ee o f  d ef e ct s  p r es en t .   Ke y wo rd :   C o m p u te r  v is io n   M ag n e t i c f l u x   l eak a g e ( M F L )   P r o gr e s s i ve  i m a ge   s t i t c hi ng   S tr u c t u r a l in s p e c tio n   U n m an n ed - a e r ia l v e h ic le   ( UA V)   C opy r i g ht   ©  201 8   I ns t i t ut e  o f  A d v anc e d E ngi ne e r i ng  an Sc i e nc e   A l l  ri g h t s re se rv e d .   Co rre sp o n d i n g  Au t h o r :   U v a is  Q id w a i ,   De p ear t me n t   o f  C o m p u t er  S ci en ce &  E n g i n eer i n g ,   Q at ar  U n i v er s i t y ,   P .  O .   B ox  271 3,  D oh a ,  Q a t a r .   E m a il:  uq i d w a i @ q u. e d u. q a       1.   I NT RO D UCT I O N   M ode r n  u r ba n  s ky l i n e  i s   m a r k e d by  s t r e a k s  of  s ky - s cr ap p er s   w i t h   m o r e an d   m o r e co m p l ex  d es i g n s   t h an   b e f o r e.  T h es m ar v el s   o f  ci v i l  an d  s t r u ct u r al  en g i n eer i n g  ar e an  i n t eg r al  co m p o n e n t   o f  t h e d ev el o p m e n t   a nd  p r o gr e s s  i n a  c o u nt r y .  H o w e ve r ,  t he  s i ze a n d   l o cat i o n s   o f   m aj o r i t y  o f  s u ch  s t r u ct u r es  ar e ex p o s ed  t o  t h e   n at u r al  e l e m e n t s  an d ,  co n s eq u en t l y ,   h av t o  f ace  v ar i o u s   f o r m s  o f   n at u r al   d i s a s t e r s ,   su c h  a s s t o r m s,   s t r o n g   w i n d s ,   ear t h q u a k es ,   e t c.   T h s t r en g t h   o f  s u ch  s t r u ct u r es   ca n   w ea k en   o v er  t h y ear s   d u e   t o   w ear   an d  t ear ;   h e n c e ,  a  c o n s ta n h e a lt h   m o n ito r in g  s y s te m   is  e s s e n tia l   f o r  th e   s u s ta i n a b ilit y  a n d  s a f e   o p e r a tio n  o f  t h e s e   s tr u c t u r e s .  W ith   t h e r i s e i n   n a t u r al  d i s as t er s ,  as  r ep o r t ed   b y   t h e s p eci al  co m m i s s i o n  o n  d i s as t er  an d  r eco v er y   und e r  U N I S D R  [ 1] ,  i n c l u di ng 6, 45 7   w eat h er  r el at ed  i n ci d en t s  d u r i n g  1 9 9 5 - 201 5.   T h e s e  n um be r s  a r e  r i s i ng  d u r i n g  r ecen t   y ear s  a n d  h a s  cr eat ed  ev en   m o r u r g e n t  n eed   f o r  b e tte r  s y s te m s   f o r  s tr u c tu r a l h e a lt h   m o n ito r in g   ( S H M)  [ 2 ] .  S H M  i s  n o t  a n e w  ar ea o f  e x p er t i s e an d   m an y  c ur r e nt  s t a nd a r d s   ou t l i n e  a  num be r  of  pr oc e du r e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 89 - 4856   I J RA V o l.   7 , N o 4 D ecem b er   201 8 :   2 83     2 96   284   f o r   c o nd uc t i n s uc h   i n s p e c t i o ns  o c o m p l e x   c i vi l   a nd   m e c ha ni c a l   s t r uc t ur e s ,   s uc h  a s   A S T M  2 9 83 - 14  [ 3] .   H o w e v er ,  al m o s t  al l  o f  t h e s t an d ar d s ,  l ai d  o u t  i n  cu r r e n t  p r act i ce,  ei t h er  r eq u i r e a co m p l ex  p ar ap h er n a lia  o f   s e ns or y  n ode s   e m b ed d ed  i n   t h e s t r u ct u r e [ 4 - 7] ,  or   m a nu a l  i ns pe c t i on   m e t h ods  r e qu i r i ng   hum a n e x pe r t s  t o g o   t o h a z a r dou s  a n d da n g e r ous  l oc a t i on s   an d  h ei g h t s  t o  p er f o r m  t h e s t r u c t u r al   h eal t h  i n s p ect i o n .  I n  cas e o f   e m be dde d s e n s or s ,   t h e   m o s t  c om m o n  a ppr o ach  i s  t h u s e o f   accel er o m e t er s ,   w h i c h  ar e c o n n ect ed  t o   v ar i o u s   c r itic a l j o in ts  i n  t h e  s tr u c tu r e .   T h e s e  s e n s o r s  p r o v id e  th e   v ib r a tio n a l a c ti v it y  d a ta ,   w hi c h   w a s  f o u n d t o be  v e r a f f e c tiv e   w it h  e a r th q u a k e s ,  a n d  o th e r  tr e m o r s  a n d  c o n v u ls io n s  r e la te d  to  th e   c o n s tr u c tio n  a c tiv itie s .   H o w ev er ,   th e s e  s y s te m s   w e r e  n o t f o u n d  to  b e  v e r y  u s e f u l i n  d e te c tin g  s lo w  d e g r a d a tio n  in  th e  s tr u c tu r e  d u e  to  f a c to r s   s uc h a s   w eat h er - r e la te d  s tr e s s e s ,  h u m id it y  a n d  te m p e r a tu r e - b as ed  s t r u ct u r al  d eca y ,  et c.  [ 8 ,  9 ] .   W ith   r e s p e c to   t h e x t er n al   i n s p ect i o n   s y s t e m s ,   t h M a g n et i F l u x   L ea k ag ( M F L )   a n d   A co u s t i c   E m i s s i o n   s ys t e m s   ha ve   b e e n   i n   p r act i ce  f o r   d ecad es ,   b o t h   f o r   m et a l l i a s   w el l   as   co n cr et s t r u c t u r es   [ 1 0 ] .   M o s t  o f  t he   m o d e r n s t r uc t ur e s  ha ve  p r e d o m i na nt l y   m e ta llic  in f r a s tr u c t u r w i t h  co n cr et e  a n d  g l as s  co v er i n g s .   T h i s  i n s t i g at e s  a n at u r al  r eas o n  f o r  u s i n g  t h e MF L  b as ed  i n s p ect i o n   s ys t e m s .  I n s uc h i n s p e c t i o n s y s t e m s ,  a   s tr o n g   m a g n e tic   f ie ld  is  p a s s e d  th r o u g h  t h e   m e ta l lic  s u r f a c e  b e in g  in s p e c te d  a n d  its  s tr e n g th   i s   m eas u r ed  i n   t he   v ic i n it y  o f  th i s  f ie ld - c o nc e nt r a t i o n.  W he n t he r e  a r e  no  de f e c t s ,  t he   m a gne t i c  c i r c ui t  r e m a i ns  ho m o ge no u s   a nd   m o s t  o f  t h f l u x   i s  co n t ai n ed  i n s i d e t h m et al .   H o w e v e r ,   w h en  t h er e i s  a  d ef ect ,   t h e   f l u x  t en d s  t o   l eak   o u t o f  th e  s a m p le  a n d  is   m e a s u r e d pr opo r t i o na l l y  b y  t he   i nd uc t i ve  s e ns i n g e l e m e nt s  [ 1 0 ,   1 1 ] .   T he s e  a r e   us ua l l y d e p l o y e d   m a nua l l y i n c a s e  o f   e xt e r na l   s tr u c t u r a l in s p e c tio n s ,  o r  th r o u g h   s p e c ia liz e d  to o ls   f o r   i ns p e c t i o f r o m  i ns i d e ,  s uc h a s  P I G  ( p i p e l i ne  i ns p e c t i o n  ga u ge )  f o r   i n s pe c t i ng  pe t r ol e um  p ip e lin e s .  H o w e v e r ,   w h e n t he  s t r uc t ur e   i s   ve r y   hi g h,  a nd  o f  c o m p l e ge o m e t r y ,  t he   us ua l   m e t ho d  i s  t o  p o s i t i o n   a  hum a n  i ns pe c t or   t o  t he  l o c a t i o n u s i ng t e t he r e d  ha r ne s s e s  o r  ho i s t i n g c r a ne s .   A n o t h er  r ecen t  ap p r o ach  f o r  ex t er n al   s t r u c t u r al   m o n i t o r i n g  u t i l i ze s   D i gi t a l  I m a gi n g i w h i c h a   n u m b er  o f   f i x ed  ca m er as  t a k e   hi g h d e f i ni t i o n i m a ge s  o f  t he  s t r uc t ur e   f r o m  va r i o us  a n gl e s .  T he s e  i m a ge s  a r e   t h e n  c o m bi n e d ( or  s t i t c h e d)  t og e t h e r  t o pr ov i de  a   co m p l et e p i ct u r e o f  t h e s t r u ct u r e’ s  s u r f ace.  U p o n  f u r t h er   a na l ys i s ,  t he   v ar i at i o n s  i n  b u i l d i n g  a n g l e s ,  d ef ect ed  s u r f aces ,  cr ack s ,   co r r o s i o n ,  m i s s i n g  ar t i f act s ,  et c.  can  b d et ect ed   t h r o u g h   h i s t o r i cal  co m p ar i s o n   o f   s u c h   t e m p o r al   i m ag e  s et s .   S u c h   V i s i o n   B as e d   In s p e c t i o n   (V B I)   s ys t e m s  a r e  ga i ni ng p o p ul a r i t y  [ 1 2 ,   1 3 ] ,  ho w e ve r ,  t he i r  p er f o r m an ce i s  h i g h l y  d ep en d e n t  o n  t h e i m ag e cap t u r e   s y s t e m ,  i t s  l oc a t i ons ,  a n i l l um i n a t i on c on di t i ons  du r i ng  t he  i ns pe c t i on .   Z h u e t  a l .  [ 14]  r e por t  on e  s u c h   w or k ,   w h er e s i m i l ar  i m a g es   of  a  br i dg e   w e r e  pr oc e s s e w i t h  t he  H ou g h  t r a ns f or m s  a n d r e s ul t i ng   a d d itio n a l o r   m i s s i n g  ed g e s   w er e r ev er s m ap p ed   o n t o  t h e   r e c e n t im a g e s  to  lo c a te  th e   d e f e c ts .  D u e  to  th e   li m ita tio n   o f   H o u g h  t r an s f o r m ,  t ex t u r ed  s u r f aces   w er n o t  an al y zed  v er y   accu r at el y ,   b u t  t h e r es u l t s   w er e v er y  e n co u r ag i n g   f o r  t h e p l ai n  co l o r ed  s u r f ace s .  I n  o r d er  t o  o v er co m e t h es e l i m i t at i o n s ,  s e v er al  r es ear ch es   at t e m p t ed  a v ar i et y   o f  t ech n i q u e s  i n cl u d i n g  aer i al  i m ag i n g  b y  E l l e n b er g  et  al .  [ 1 5 ] ,  as  w el l  a s  t h u s e o f  s ca l e i n v ar i a n t  f ea t u r es   fo r   de f e c t  de t e c t i on  us i ng  S U R F  a n d S I F T  a l g or i t hm s  [ 16] .   I n  a   li m ite d  z o n e  o f  a p p lic a tio n s ,  th e  V B I   ap p r o ach es  ar e v er y  p r o m i s i n g   a n d  f u r t h er  ef f o r t s  ar b ei n g   m ad e t o  i m p r o v e a n d  s t an d ar d i ze s u ch   m e t h odol og i e s .   T h is  le a d s  to  tw o  in te r e s tin g  o b s e r v a tio n s :   ( 1 )   V B I  ap p r o ach es  co v er  a l ar g er  ar ea  f o r  i n s p ect i o n  i n  a   sh o r t ti m e ,  b u t c a n n o t p r o v id e  a  d e f in itiv e  d e f e c t c la s s i f ic a ti o n  th a t   can  b e au t h e n t i cal l y  u s ed  f o r  m ai n t en a n ce   pl a n n i ng  [ 17,  18,  a n d 1 9] .   ( 2 )   T h e MF L  s y s t e m  p r o v i d es  a ccu r at el y - l o cal i zed  i n f o r m at i o n  ab o u t  t h e d ef ect s   b u t  can n o t  b e u s ed  o n  l ar g er  s u r f ace s  d u e t o   t i m e a n d  p er s o n n el  r el at ed  co n s t r ai n t s  [ 1 0 ] .   A t  th e  s a m e  ti m e ,  it  is  a ls o  o b s e r v e d  f r o m   th e   tr e n d s  i n  a p p lic a tio n s  t h a t,  t h e  u s e   o f  r o b o tic   i ns p e c t i o n i s   ga i ni ng a   l o t  o f  i nt e r e s t   i n  t h e s c i en t i f i c co m m u n i t y   i n  r ece n t   y ear s .  R o b o t i p r o b es  can  b e s af er   a n d  lo w e r  c o s s o lu t io n s  to  t h e  lo c a liz e d  a s   w e ll a s  b ir d s   e y e  vi e w   i ns p e c t i o n s  o f  c o m p l e x s t r uc t ur e s .  I n t hi s   p ap er ,  V B I  an d  M F L  b as ed  i n s p ect i o n s  ar e p er f o r m ed   t h r o u g h  a  s et  o f   co o r d i n at ed  r o b o t s  i n  a  h i er ar ch i ca l   m a nn e r   w i t h  V B I  pe r f or m e d  f i r s t  t h r o u gh  U A V s  f ol l o w e d by  t e t h e r e d r obot i c  pr ob e s  t o pe r f or m   t he   in s p e c tio n  o f  th e  d e te c te d  s u s p ic io u s   lo c a tio n s  f r o m   t h e   V B I  s y s te m .  U A V s  p r o v id e   a p l et h o r a o f  s u r f ace   i m a g es  o b t ai n ed   t hr o ug f l yi n f r o m  p r e d e f i ne d  s t a r t i n g p o i nt s  a r o und   t he  s t r uc t ur e .  T he s e  i m a ge s  a r e  t he s t i t c h ed  t o g et h er   u s i n g  a cu s t o m i zed   al g o r i t h m  a n d  ar e t h e n  co m p ar ed   w i t h  t h e p r ev i o u s  s can s   t o  l o cat e t h e   d ef ect s .  T h e M F L  i n s pe c t i on   i s  don e  by  a  s e t  of   m odu l a r   r obot s .  O n e  of  t h e m  i s  on  t h e  r oof  of  t h e  s t r u c t u r e   a n d  p e r f o r m s  a ll  th e  c a lc u la ti o n s  r e la te d  to  th e  p o s itio n in g   a n d  lo c a liz in g  o n  t h e   r oof  i n  pa r a lle l to  th e  d e f e c t   lo c a tio n  a s  id e n t if ie d  b y   th e   V B I  s y s te m .  T h is  r o b o w i l l  t h e n l o w e r  a  t e t h e r e d pr obe  r obot  t o pe r f or m   t he   lo c a l in s p e c tio n .       2.   EX P ER IM EN TA L S E TU P   A n  e x p er i m e n t al   s et u p   w as  d ev el o p ed ,  at  l ab  s cal e,  i n  o r d er  t o  i n t e g r at e t h e V B I  a n d  r o b o t i c M F L   s ub - s ys t e m s  t o   w o r k t o ge t he r   an d  p er f o r m  t h e n ece s s ar y  i n s p ect i o n s .   T h i s  s e t u w a s  c om pos e d of  t h e   f ol l o w i ng  c o m pon e n t s :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J RA   I SSN :   2089 - 4856       H i e r ar c hi c al  I ns pe c t i on Sy s t e m  U s i ng V i s ual  and M f l  P r obe  R obot s   ( U v ai s  Q i dw ai )   285   2 .1 .   U A V  S p e c if ic a t io n   F or  t h e  V B I  s y s t e m ,   t h e  i m a g e s  c a n be  obt a i n e d b y  a ny   m e a ns  pos s i bl e  a s  l ong a s  t h e  i m a g e s  a r e   o b ta in e d   w ith  f i x e d  i n itia l   r e f e r e n c e  pos i t i on s  f or  a ppr opr i a t e  r e g i s t r a t i on of   s u cce s s i v e i m a g es .  H e n ce,   i m a g es  ca n  b e o b t ai n ed   f r o m   s t at i c ca m er as  l o cat ed   a t p r e - de f i n e d pl a c e s  [ 14] ,  or  t h e y  c a n  be   m o v a bl e  [ 15] .   S i n ce t h e t ar g et  o f  t h i s   w o r k  i s  r el at ed  t o  a p er p en d i cu l ar  i m ag s can  o f   t h e s t r u ct u r e i n   o r d er  t o  d ev el o p  t h b e st  su r f a ce s can ,  t h e ca m er a s   m u s t  b e as  p er p en d i cu l ar  t o  t h e s u r f ace as  p o s s i b l e.  H en ce,  a   co m m er ci al l y   a va i l a b l e  U A V ,  P ha nt o m  P r o I I I  U A V  [ 2 0 ]  a s  s ho w n i F i g ur e  1 ,  ha s  b e e n u s e d  f o r  p r o vi d i ng t he  V B I   c om pon e n t   o f  th e  s y s te m   w it h  its  s ta b iliz e d  4 K  c a m e r a .           Fi g u re  1 .  P h a n t o m  P ro  III U A V  u s e d  i n  t h i s   w o r k  f o r V B I p a rt       T he  hi g h - r es o l u t i o n  i m a g e s  f r o m  t h e U A V  p r o v i d e a co ar s m ap  o f  p o s s i b l e ch a n g es  t h at  h a v e   ha p p e ne d  d ur i ng t he  c ur r e nt  a nd   p r ev i o u s  s ca n s .  T h e V B I  s y s t e m  g e n er at es  a co o r d i n at e s et  f o r  each  d ef ec lo c a tio n ,  c o m p r is i n g  o f  ( lo n g i tu d e  { L } ,  la tit u d e  { D } ,   a n d  h ei g h t   f r o m  t h e b as e o f  t h e s t r u ct u r e { H }) .  T h i s   i n f o r m at i o n  i s  p as s ed  o n  t o  t h e M F L  i n s p ect i o n  s y s t e m  o n ce  t h e v i s u a l  s can s   ar e f i n i s h ed .     2 .2 .   H a l l  E f f ect  B a s ed  V eri f i ca t i o n   I n t he  N o nd e s t r uc t i ve  T e s t i n g  ( N D T )  i nd us t r y,  t w o   m a g ne t i c  t e c h ni q ue s  a r e   ve r y c o m m o nl y u s e d   f o r  s p eci al i zed  t es t i n g .  T h e   m o s t  es t ab l i s h ed   m et h o d  i s  k n o w n  as  M a g n et i c P en et r an t   I n s p ect i o n  ( MP I ) .  I n   t h i s   m et h o d ,  t h e s u r f ace t o  b e i n s p ect ed  i s   f i r s t   p ai n t ed  w i t h  a m ag n et i i n k   t h at  s p r ead s  ev en l y  o n  t h w h o l e   a r e a .  T he n,   ha nd - h el d  el ect r o m ag n et i c p o l es  ( cal l ed   y o k e)  ar e p l aced   a r o und  t he  s p e c i f i c  l o c a t i o n o n t he   s u r f ace an d  a s t r o n g   A l t er n at i n g  Ma g n et i f i el d  i s   g en er at ed  t h r o u g h  t h e m .  D u e t o  t h e v i b r at i o n al   ef f ect  o f  t h e   f ie ld ,  t h ed d y   cu r r e n t s   ar e p r o d u ced  o n   t h e s u r f ace  ca u s i n g  t h m a g n et i p ar t i cl t o   a l i g n   w i t h   t h f i el d .   H o we v e r ,  i f   t h s u r f ace  h as  a n y  cr ack  o r  d i s co n t i n u i t y ,  t h e n  t h es e  p ar t i cl es   w o u l d  co n ce n t r at e i n  t h at  d ef ect   r e g io n  d u e  to   m u tu a ll y  a ttr a c t iv e   m a g n e tic   di pol e s  pr odu c e d i n  t h e  i nk  [ 21] .   T h i s  c on c e nt r a t i on  a ppe a r s  i n  a   d ar k er  co l o r  an d  r ev eal s  t h e cr ack  l o cat i o n .  H o w e v er ,   p e r f o r m i ng t hi s  t e s t  o n a  h uge  s t r uc t ur e  i s  no t  p r a c t i c a l .   T h e o t h er  co m m o n l y   u s ed  t ec h n i q u e i s  cal l ed   M ag n et i c  F l u x   L ea k ag e   ( M F L )  b as ed   d e f e c t  s c a nni n g,  a nd  i s   o n e o f  t h m o s t  co m m o n l y  u s ed  ap p r o ach es  f o r  i n s p ect i n g  t h m et a l l i c s t r u ct u r e s   w i t h  l ar g er   s t r uc t ur e s  s uc h   as  p i p es  o r  t an k s  [ 1 1 ] .  U s u a l l y ,  t h es e  d ev i ce s  ar u s ed   w i t h   f l o w i n g   f o r m   f act o r s .  T h i s   m ea n s  t h at  t h e   in s p e c tio n   h ar d w ar m o v e s  i n  th e  s tr u c t u r e  e ith e r   w ith  t h e  f lu id  ( f o r  p ip e lin e  in s p e c ti o n )  o r  w it h  r o b o tic   s can n er s  ( f o r  t an k s ) .  T h e s i ze an d   s y s t e m  r eq u i r e m e n t s   f o r  s u ch  d ev i ces  r en d er  t h e m  i m p r act i cal  f o r   m o s t  o f   th e  s tr u c tu r a h e a lt h   m o n ito r in g  a p p lic a tio n s  b e in g   f o cu s ed  i n t hi s   w o r k.  T he  s t r uc t u r a l  i ns p e c t i o n ( S I )   ar ch i t ect u r e p r es en t ed  i n   t h i s  p ap er  al s o  i n cl u d es   t h e i n - hou s e  de s i g n of  a n   a lte r n a tiv e  s o lu tio n ; a  r o b o tic   M F L   s c a n n i n g  s y s te m   w h ic h   is  s m a ll,  f le x ib le ,  r e m o te l y  c o n tr o lle d  a n d  e n a b le s  th e  i n s p e c tio n  o f   d if f ic u lt o r   i n acces s i b l e s t r u c t u r es .   O t h er  t h a n  t h e U A V ,  t h e l o cal i zed  an d   m o r e d et ai l ed  i n s p ect i o n   w as  d o n e t h r o u g h  cu s t o m - d e s i gne d   r ov e r  r obot s  c o m pr i s i ng of   t w o  t e t h er ed  r o b o t i m o d u l es   as  s h o w n  i n   F i g u r e 2 .  T h es e   w er n a m ed  as  F i r s t   R obot i c  M odu l e   ( F R M )  a n S e c on d R obot i c   M odu l e   ( S R M )  f o r  t h e  s a k o f   s i m p l i ci t y .  F R i s   t h m ai n   l o cal i zat i o n  r o b o t  w h i ch   w a s  p l aced  i n  t h e b eg i n n i n g  o f  t h e ex p er i m en t  at  t h e   r oof  of  t h e  bu i l di ng .  T h e  F R M   i s  r es p o n s i b l f o r  as s i s t i n g  t h e S R M i n  p er f o r m i n g  t h e act u al  i n s p ect i o f u nc t i o n t hr o u gh a l l  t he   n ece s s ar y   co m p u t at i o n al  t as k s  e n ab l i n g   t h e S R M t o  r each  t h e co r r ect  h ei g h t  o n  t h v er t i cal  s u r f ace  o f  t h e b u i l d i n g  an d   p e rf o rm  t h e   i n s p ect i o n .  I n  ad d i t i o n ,  F R M  al s o  acq u i r e s  t h e co l l ect ed  d at f r o m   S R M   an d  co m m u n i cat es   b et w ee n   V B I  b as e co m p u t er  an d  S R M .   T h e  S R M  i s  t he  de s i g n e d r obot i c  pr obe  t o  pe r f or m  t h e  M F L   m e a s ur e m e nt s  t hr o ug h c us t o m - d e s i g n ed  s e n s o r  h ead  a n d  t et h er ed   pos i t i on  c on t r ol  t h r oug h   F R M .  T h e  S R M   ha s  o n - b o ar d  d at a ac q u i s i t i o n  h ar d w ar e t h at   h o s t s  t h e M F L  s ca n n i n g  s e n s o r s  c o m p r i si n g   of  N e od y m i um   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 89 - 4856   I J RA V o l.   7 , N o 4 D ecem b er   201 8 :   2 83     2 96   286   m ag n et s ,  H al l - ef f ect   s en s o r s ,  an d  s i g n al  co n d i t i o n i n g  el e ct r o n i cs .  T h e p er m a n en t   m a g n et s  p r o d u ce v er y   s t r o ng   m a g n e tic  f ie ld  to  g e n e r a te  th e  n e c e s s a r y   m a g n e tic  c ir c u it  f o r  th e  s e n s o r  o p e r a tio n .  A t t h e  s a m e  ti m e ,   th e   m a g n e tic  p u l al s o  k eep s   u n i f o r m  co n t act  d i s t a n ce an d  a t t r act i o n  f o r ce b et w een  S R M  a n d  t h e s t r u ct u r e.           F i g u r e 2 .  T h e m o d u l ar  r o b o t s  f o r  MF L  a n d  t h ei r  d ep l o y m en t  s cen ar i o  ( a)  F R M an d  ( b )  S R M an d   A c t u a l  r obot i c  pr obe  pos i t i on i n g   s c e n a r i o       F i g ur e  2  s ho w s   t he  t w o   r o b o t s  i n  t h e M F L  i n s p ect i o n  s y s t e m .  T h e F R M,  F i g u r e 2 ( a) ,   h as  b ee n   de s i gn e us i ng   s e v e r a l   o f f   t he   s he l f   c o m p o ne nt   m o d ul e s ,   a nd   i s   s t r o n e no ug t o   p o s i t i o t he   S R M   i i t s   r e q u ir e d  in s p e c tio n  lo c a tio n  a n d ,  a t th e  s a m e  ti m e ,   s us t a i n   ot h e r  e nv i r onm e nt a l  e f f e c ts  li k e   w i n d s ,  a lti tu d e ,   e tc .  T h e  F R M  h a s  p r e c is io n   m o tio n  c o n tr o l,  G P S  c o o r d in a te s - b as ed   l o cal i zat i o n ,   o b s t acl e av o i d an ce   s t r at eg i e s ,  a n d   co n t r o l   f o r   co r r ect   h ei g h t   s el ect i o n   f o r   t h S R M   p r o b r o b o t .   T h m ai n   co m p u t i n g   hu b f or   F R M   is  b u ilt a r o u n d  t h e   A r d u i n o pl a t f or m ,  M e g a  2560 M i c r oc on t r ol l e r ,   w h i c h i s  s t r ong  e n oug h f or   F R M - S RM  a n d  F RM V B I   s y s te m   c o m m u n ic a tio n  a s   w e ll a s   f o r  lo c a liz a tio n  c o m p u ta tio n s .  T h e  S R M  i s  a ls o   c us t o m - de s i gn e u s i ng  V E X   R obot i c  k i t   [ 22] ,  w i t h   pos s i bi l i t y   o f  s i z e  m odi f i c a t i on  i or de r  t o  r eci p r o cat e t h ar ea t o  b e i n s p ect ed  an d  t o  b e  ab l e t o  m o v e o n  a v ar i et y  o f   s t r u ct u r al  s ect i o n s  o f  t h e t ar g et  s t r u ct u r e.  F i g u r e   2 ( b )  s ho w s  t he  he a r t  o f  t he  s e ns i n g s ys t e m ;  t he  r e c t a n gu l a r  N e o d ym i u m  p e r m a ne nt   m a g n e t s  a l o ng  w i t h t he   M F L   s en s o r  t h at  ar p l aced  at  t h e b as e o f  t h e r o b o t .  A ct u al   f l u x   s en s i n g  i s  d o n e u s i n g  t h e S S 4 9 5 A 2  H al l ef f ect   s en s o r s .  T h e s i g n al s   f r o m  t h e s en s o r s   w er e r ecei v ed   w i r el es s l y  a n d  t h en  r eco r d ed  i n  t h F R M  s t o r ag e   i n t er f ace t o  a t ab l et   P C .  A s   s ho w n  i n  F i gu r e  3,  t h e  P C  pr ov i de d a   g r ap h i cal  u s er  i n t er f ace ( G U I )  i n  L ab V I E W   e nvi r o n m e nt   f o r  e a s y   m o ni t o r i ng a nd   acces s .           F i g u r e 3 .  L ab V I E W  g r ap h i cal   i n t er f ace  f o r  r eal  t i m e M F L   S c an  ( a)  f r o n t  p an el  as   s een  b y  t h e u s er ,   an d  ( b )  act u al  p r o g r am m i n g  b l o ck s  f o r  t h e i n t er f ace     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J RA   I SSN :   2089 - 4856       H i e r ar c hi c al  I ns pe c t i on Sy s t e m  U s i ng V i s ual  and M f l  P r obe  R obot s   ( U v ai s  Q i dw ai )   287   T h e s et  o f   co o r d i n at es ,  r ep r es en t i n g  p o s s i b l e d ef ec t  l o cat i o n s  o n  t h e s u r f ace o f  t h s t r u ct u r e t h at   w er g en er at ed  b y  t h V B I   s y s t e m   w e r e  pr ov i de d t o F R M  l oc a t e d on  t h e  r oof t op of  t h e  s t r u c t u r e  i n  or de r  t o   co o r d i n at t h m o t i o n   t r aj ect o r i es   f o r   t h S R M,   b as ed   o n   t h c or r e s pon di ng   l ong i t u de   a n l a t i t u de   v a l u e s .   O n ce r each ed  at  t h e  s h i f t ed  l o n g i t u d e a n d  l at i t u d e l o cat i o n  d u t o  t h e   b u i l d i n g   s t r u c t u re  (F i g u re  2 (c )),  a   m odi f i e w i n c h   m ot or  l o w e r s  t h e  r obot i c  pr obe  ( S R M )   on  t h e  s u r f a c e  of  t h e   s t r u c t ur e  t o a   h e i gh t   th a co r r e s pon ds  t o M - H ,   w h er e   M i s   t h e  h ei g h t  o f  t h s t r u c t u r e.  O n ce,  t h e p r o b e h a s  r each e d  n ear  t h e s u s p ect ed   d e f e c t  l o c a t i o n,  t he   s e n s o r  r o bo t  us i ng t he  c us t o m - d es i g n ed  M F L   s en s i n g   h ead  p er f o r m s  t h e n ece s s ar y   s can  i n   th e  v ic in i t y  o f  th e  ta r g e t lo c a ti o n .     2. 3 .   T e s t i ng  C o ndi t i o n a nd St r uc t ur e  U s e d   T h e  s e le c tio n  o f  s tr u c tu r e  a n d  th e  te s ti n g  c o n d itio n s  is  o n e   o f  th e  c r itic a l ta s k s  in  t h e  d e s ig n  o f  th i s   S I  s y s te m ,   s in c e  it  m u s t   e m u l at e t h e   m ai n  ch a l l en g e s  o f  t h e r eal   w o r l d  s t r u ct u r es   t o   as  g r eat er   d eg r ee a s   pos s i bl e .  A   te s t s tr u c t u r e  w a s  b u ilt f o r   p e r f o r m i n g   v a r io u s  i n itia l te s ts  in  t h e  la b o r a to r y .  T h e  s tr u c tu r e  c o n s i s t s   o f  f o u r   h o m o g e n o u s   m et al l i c c u b es  p l aced  s eq u en t i al l y  o n  t o p  o f  each   o t he r ,  a s  s ho w n i n F i gur e  4 .           F i g u r e 4 .  S t r u ct u r e ( a)  C u b i cal  b l o ck  an d  ( b )   f in a l d e s ig n       T h e r eas o n  o f  s el ect i n g  s u c h  a  s t r u ct u r e i s  t o  en s u r e t h at  t h co n cl u s i o n s  o b t ai n ed  f r o m  t h i s  r es ear ch   a ddr e s s   m os t  of  t h e  t y pi c a l   c i v i l   s t r u c t u r e  pr obl e m s   w i t h out  be i ng  l oa de d do w n   w i t h ot he r  u n c e r t a i n t i e s  or   s cal i n g  f ac t o r s .  S ev er al   ex p er i m en t s   w er e i n  t h i s   e nvi r o n m e nt  i n s uc h a   m a nne r  t ha t  t he  p a r a m e t e r s   m o d i f i e d   by  t h e  e nv i r onm e n t ,  e . g . ,   w i nd,  c a m e r a  dr i f t s  or  z oom i ng  i s s u e s  e t c .   can  b e av o i d ed  at  f i r s t  an d  t h e n  ad d ed  i n   a  c o n tr o lle d  m a n n e r  to  te s t th e  li m it s  o f  o p e r a tio n  o f  th e   s y s t e m.     2. 4 .   S a m p l e D ef ect s   T h e p r i m ar y  ai m  o f  t h i s  r es ear ch  i s  t o  an al y ze t h m ec h an i ca l  d ef ect s ,  s u ch  a s  t h e  s t r u ct u r al   d i s p l ace m e n t s ,  cr ack s ,  an d   v o i d s .   T h es e k i n d s  o f  d e f ect s  ar m ai n l y  cau s ed  i n   s t r u ct u r es   b y   t h e ear t h q u a k es ,   s t or m s  a n s t r ong   w i n ds .  H o w ev er ,  t h e s e d e f ect s  ar e   a l s o  t he   m a j o r  s i g ns  o f  t he  s t r uc t ur a l - d eg r ad at i o n  cau s ed   by  t h e  pa s s a g e  o f  t i m e  a n d ot h e r  e nv i r onm e n t a l  c on di t i ons .  U s u a l l y ,  a   s u b s u r f ace d ef ect  i s   m a n i f es t ed  o n e   w a y o r  t he  o t he r   o n t he  s ur f a c e   d ue   t o  t he  i nt e r - r el at ed  ef f ect s ;   s u ch  as   s u r f ace  cr ack s   d u t o   s ub - s u r f ace   s t r es s e s ,  co l o r  ch an g e s  d u e t o   co r r o s i v e act i v i t y   u n d er n eat h  t h e s u r f ace,  e t c.   A   g o o d  ex a m p l e f o r  s u ch  d ef ect s   can  b e   o b s er v ed  i n  t h e s t r u ct u r es  n ear  s ea o r  i n  ar eas  w h e r e t h er e i s  s i g n i f i ca n t   m o i s t u r e i n  ai r  f o r  m os t  of   t i m e   t hr o ug ho ut   t he   y e a r .  S u c h   s tr u c t u r e s   w ill b a d l y  s u f f e r  w ith   t h e  c o r r o s io n ,   w h ic h   u lti m a te l y  r e s u lts  i n   f or m i n g pr og r e s s i n g c r a c k s  or  e r os i on s  a n d c a n  be   d et ect ed  u s i n g  t h e p r o p o s ed  m et h o d .  T h e s a m p l e d ef ect s   u s ed  i n  t h e  l ab  ex p er i m en t s ,  r ep o r t e d  i n t hi s   w o r k,  ha ve  b e e n i nd uc e d   a r ti f ic ia l l y  in  t h e   m e ta llic  s tr u c t u r e  s o   t h at  t h e ch a n g e s  i n  t h e s t r u ct u r e can  b e eas i l y   v i s u al i zed  u s i n g  t h e p r o p o s ed  i n s p ect i o n   s y s t e m .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 89 - 4856   I J RA V o l.   7 , N o 4 D ecem b er   201 8 :   2 83     2 96   288   3.   P RO P O S E D AP P RO ACH   T he  d e p l o ym e nt  o f  M F L  a nd   V B I  s ub s ys t e m s  i n t he  a b o ve - m e n tio n e d  h i er ar ch i cal  ap p r o ach  en ab l ed   th e   w h o le  S H M  s y s te m  to   f un c t i on  i n  a ppr opr i a t e  pe r i od.   T h e  c oa r s e - le v e m o n ito r in g   w a s   d o n e   f ir s w i th   V B I ,  f o l l o w ed  b y   t h d et ai l e d   an d   m o r l o cal i zed   M F L   i n s pe c t i on .   T h i s   pr ov i de d a  good  m a t c h   of   l a r g e r   co v er ag e ar ea a n d   b et t er  d ef ect  d et ect i o n .  T h e o v er al l  i n s p ect i o n  p r o ces s   a nd  t he  d e p l o ym e nt   s c e na r i o  i s   de pi c t e d i n  F i gu r e  5 [ 23] .           F i g u r e 5 .  O v er al l  I n s p ect i o n  ap p r o ach  ( a)  F l o w  ch ar t  a n d  ( b )  D ep l o y m e n t  s ce n ar i o  [ 2 3 ]       3 .1   V i su a l  In s p e c t i o n   T he  vi s ua l  i ns p e c t i o e n t ai l s  acq u i r i n g  t w o  d at ab as es  o f  t h e s u r f ace i m a g es  t h r o u g h  t h e U A V - b a se d   v er t i cal  s ca n s  o f  t h e   s t r u ct u r e.   T h e f i r s t  d at ab as e r ep r es en t s  i m a g es  o f  t h e s t r u ct u r e s u r f ace t a k en   u n d er   no r m a l ,  no - de f e c t  c on di t i ons .   T h i s   m a r ks  t h e   R e f er en ce i m a g es  t o  b e co m p a r ed  w i t h   a s u cces s i v s ca n  w i t h   d ef ect s  i n d u ced  o n  t h e s u r f ac e o f  t h e s t r u ct u r e.  I m ag e s  i n  t h e f i r s t   d at ab as e ar e n a m ed  a s  I m a g es - w i t hO ut - C r ack s  ( I o C ) .  S i m i l ar l y ,  t h e i m ag e s  i n  t h e s eco n d  d at ab as w er e n a m ed  I m a g es - W it h - Cr a c k s  ( I w C)   si n c e   t h e y   w er e acq u i r e d  af t er  i n d u ci n g  d e f ect s ,   s u c h  a s  i m i t at ed  cr ack s ,  et c.  I n  o r d er  t o   m a k e t h e i m a g e s   a c q u is itio n   m o r e s i m i l ar  t o  t h e act u al  i m ag e s ca n n i n g  p r o ces s ,  t h e t w o  d at ab as es   w er e a cq u i r ed  i n  s l i g h t l y   d if f e r e n t ill u m i n a tio n  c o n d itio n s .     F o r  b o th  t h e  a b o v e  a c q u is itio ns ,   t he  d r o ne   w a s   m a d e  t o   f l y  ve r t i c a l l up w a r d s  o nl f r o m  t he  s a m e   f i x e d l oc a t i on i f r on t  o f  t h e   s t r uc t ur e .   D ur i n g t he   f l i g ht ,  t he  U A V  c a m e r a   ke p t  t a ki n hi g h q ua l i t y i m a ge s  a t   f i x ed  d i s p l ace m en t s .  T h e f l i g h t   w as   k ep t  as  v er t i cal   a s p o s si b l e  s u c h  t h a t  t h e G P S  co o r d i n at es  o f  t h e U A V  at   va r i o us  i m a gi n s t o p s  r e m a i n e d  t he   s a m e  a s   t ha t  o f  t he  t a ke - of f  c oor di n a t e s   ( on l y   L ong i t ude  a n L a t i t u de  a r e   co n s i d er ed ) .   T h e s a m v er t i cal  s t r i p - s ca n  can  b e co n t i n u ed  u n t i l  t h w h o l s t r u ct u r e i s  co m p l et el y   s c a nne d .   O n ce i m a g es   w er e acq u i r ed ,  an  i m ag e  s t i t c h i n g  ( I S )  al g o r i t h m   w a s  ap p l i ed  o n  each  i n d i v i d u al  s et  o f   i m a g e s   in  th e  v e r tic a s c a n s .   T h I S   i s   co m p r i s ed   o f   a  s eq u en ce  o f   h i er ar ch i cal  o p er at i o n s   ap p l i ed   o n   t h e   co n s ecu t i v e / ad j acen t  i m a g es  o f  a p ar t i cu l ar  i m a g e s et .   I t h e  a l g or i t hm i c   s e t t i ng ,  on e  of  t he  t w o i m a g e s  be i n s t i t c h ed  t o g et h er   w as  n a m ed ,   r ef er en ce i m a g e ( R I ) ,  a n d  t h e  ad j acen t  i m a g e   w a s  n a m e d ,   c u rre n t  i m a g e  (C I).   T h e r es u l t a n t   s t i t c h ed  i m ag e  c o n s eq u e n t l y  b eca m e R I   f o r  t h e n e x t  co n s ecu t i v e  ad j acen t  i m ag e  an d   th e s am e   p r o ced u r es  co n t i n u e s  u n t i l  al l  i m a g es  i n  t h e v er t i ca l  s t r i p  ar e co m p l et ed .  T h e p r o ces s   w as  t h e n  r ep eat ed   ho r i z o nt a l l y i n   o r d e r   to   s titc h  th e   v e r tic a l i m a g e s   w ith   th e i r   h o r iz o n ta n e ig h b o r s  u n ti a   c o m p le te   s u r f a c e   i m a g e  is  o b ta in e d .  T h e  s titc h e d  im a ge s   w e r e  t he n s a ve d  i n t he  d a t a b a s e   w i t h t he i r  c o r r e s po nd i n g G P S  va l ue s   o b ta in e d   th r o u g h   t h e   U A V   d u r in g   its   f li g h t.   D u e   to   its   v e r tic a l   f l i gh t   o nl y ,   t he   va r i a t i o ns   i l o n gi t ud e   a nd   l at i t u d e ar e   m i n i m al  an d  av e r ag e G P S  co o r d i n at es  ar u s ed  as  r ep r es en t a t i v e   o f  t he   c o m p le te l y  s ti tc h e d   i m a g e.  M o r e i m p o r t a n t l y ,  t h act u al   s t r u ct u r al   h ei g h t  ( M )  i s   m ap p ed  o n t o  t h e i m a g e a s   w el l .  T h i s  i s  d o n e i n   o r d er  t o  l o cat e an y   s p eci f i s e ct i o n  o n  t h e i m a g e o n t o  t h e act u al  s t r u ct u r e.   A lt h o u g h ,  I S  is  a   f a ir l y  s ta n d a r d  o p e r a tio n   i n  i m ag e p r o ces s i n g  co m m u n i t y ,  t h e p r es en t ed   al g o r i t h m   h as  t ac k l ed  a  m o r e   c h al l e n g i n g  p r o b l e m   w h er e t h e i m ag e s   o f  t h e  s a m s t r u ct u r e ar n o t  r eg i s t er ed  d u e  t o  t h e   c a m e r a   m o ve m e nt  ( b e i n g o U A V ) .  T he   al g o r i t h m  h a s  i n t e g r at ed  t w o   m ai n  t ec h n i q u es ;   S p eed ed  U p   Ro b u st   F e a t u r e s  ( S U R F )  [ 17] ,  a n d R A N do m  S A m pl e   C on s e n s us   ( R A N S A C )  [ 2 4 ] .  T h e  a lg o r ith m  s ta r ts  to  s titc h  th e   i m a g e s   a f te r  lo c a tin g  t h e  P o in ts   o f  I n te r e s t ( P O I )  in   b o th   R I  a n d  C I  b a s e d   o n   s c a le  a n d   r o ta tio n - in v a r ia n S U R F   f eat u r e s .  T h e s i ze  o f  t h e f eat u r v e c to r  ( F V )   s iz e   w a s  s e to  6 4 ,   w h ic h   w a s   th e  lo w e r  a v a ila b le   li m it i n   t h S U R F   f u n ct i o n .  T h e co m m o n  P O I s  b et w een  R I  a n d   C I   w er t h e n  d et er m i n ed  b y  co m p u t i n g  a  d i s t a n ce  m a t ri x   (D M f o r   each   F V   o f   R I   w i t h   al l   p o s s i b l F V s   o f   C I .   T h d i s t an ce   l es s   t h a n   t h d ef i ne d   t hr e s ho l d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J RA   I SSN :   2089 - 4856       H i e r ar c hi c al  I ns pe c t i on Sy s t e m  U s i ng V i s ual  and M f l  P r obe  R obot s   ( U v ai s  Q i dw ai )   289   va l ue  ( T H V )  i n t he  r e s ul t a nt   m a t r i w a s   u s e d f or   de t e r m i n i ng  t h e   F V   of  C I  w hi c h w a s  s i m i l a r   t o t h e   co r r es p o n d i n g   v ect o r  o f   R I .  I n  t h i s   w o r k ,  t h e T H V   w as   s el ect ed  t o  b e   a p er cen t ag e o f  t h e co m p u t ed  d i s t a n ce   w i t h  r e s p ect  t o  t h e  p er f ect   m at ch .   T h e t er m  p er f ect   m at c h   r ef er s  t o  t h e l ea s t   v al u e  a m o n g  al l   t h e co m p u t ed   d i s t an ces   f o r  each  p o s s i b l e p ai r  o f  F V s .   I t  i s  p o s s i b l e t h at  a s i n g l e D M  can  h av m u l t i p l e i n s t a n ces   w h er e t h e co m p u t ed  v al u e i s  l es s  t h a n  t h T H V .   T hus ,   a   s i ngl e   F V   o f   R I   can  h av m o r e   t ha o ne   c o m m o F V s   i C I   a nd / o r   vi c e   ve r s a .   I o r d e r   t a v oi d t h i s  pr obl e m ,  t h e  f or w a r d - b ack w ar d   cr o s s ch ec k i n g  ap p r o ach   w as  u s ed .  I n  t h i s  ap p r o ach ,  af t er   m at c h i n g   F V  o f  R I   w i t h  al l  F V s  o f   C I ,  t h w h o l e p r o ces s   w as  r ep eat e d   i n  r ev er s e d i r ect i o n  b y   m ean s   o f   m a t c hi n g F V  o f   C I   w i t h  al l  F V s  o f   R I .  T h m at ch es   w i t h   t h e l ea s t  d i s t a n ce  w er e s e l ect ed  as  t h e   f i n al  co m m o n   f eat u r e p o i n t s   ( C F P ) .  F o r  t hi s   C F P ,  a n i nd e x - m at r i x  ( I M )   w as  co n s eq u e n t l y   g en er at ed   w h i c h  co n t a i n s   t h e o r i g i n al   i n d i ces   f o r  each  s i m i l ar  F V .   L e t     a nd     b e t h e  ex t r act ed  f eat u r es   w i t h  r es p ect  t o  t h P O I s  o f  R I  a n d   C I ,   r es p ect i v el y .  W h er e,  6 4  r ep r es en t s  t h e   F V  le n g t h ,   w h ile a re  t h e   n u m b e r o f  P O Is   f o R I a n d   C r es p ect i v el y .  T h e D M   g e n er at ed  f o r  t h o f  RI  i s  s h o w n  i n   ( 1 ) ,  wh e r e   r e p r e s e nt s  t he   uni o n   o f  a ll  d is ta n c e s  o f  F V s  o f   C I   w it h  th e     o f R I .   L e t   L min   b e t h d i s t an ce o f  t h e p er f ect   m a t c h t he n t he   p er cen t i l e d i s t a n ce ( P D )   m at r i x  i s   g en er at ed  b y  d i v i d i n g  ea ch  d i s t a n ce  v al u w i t h  t h L mi n ,  a s   s ho w n  i ( 2 ) .   T h er eaf t er ,  t h e s et  o f  d i s t a n ces   w i t h   v al u e s  l es s  t h a n  T H V   w e r e s t o r ed  i n   M in Distance   a s   gi ve n b y   ( 3 ) .       (1 )       (2 )       (3 )     W h er y   r ep r es en t s  t h e p er cen t ag e d i s t a n ces   w i t h   v al u e s  l es s  t h a n  T H V .  L et   P th Q th   and R th   F V s o f   C I ;   w h os e  c or r e s pon di ng   d i s t a nc e s   w i t h t he   a th   F V  of  R I  s a t i s f y  t h e  c on di t i on s   f or   M in Dista nce   s e t ,  t he n t he  F V   of  C I ,   w h i c h  c or r e s pon ds  t o t he   a th   FV  o f   R I ,  can  b e d es cr i b ed  as  a co r r es p o n d en ce s et  as  s h o w n  i n   ( 4 ) .       (4 )     W h er e,  s i m i l ar   f eat u r v ect o r s  ( S F V )  i s  t h e F V s  co m m o n   b et w ee n   R I  an d   C I .   A f t er  co m p u t i n g  S F V   f o r  F R I ,  t h w h o l e p r o ces s   w a s  r ep eat ed  f o r  F C I  s u ch  t h at  each  F V  o f  R I  co r r es p o n d ed  t o  a u n i q u e F V  o f  C I   i n  t h f i n al  C F P .  T h e f i n al  I M b as ed  o n  C F P  i s   s ho w n  i ( 5 ) .       (5 )     I t s h o u ld  b e  n o te d  th a i ndR   an d   i ndC   ar t he  i nd e x va l ue s  o f  C F P  f o r  R I  a nd  C I  r e s p e c t i ve l y .  T he   m at r i x  I M   h ad  a d i m e n s i o n   o k   × 2   w h er k   i s  l e s s  t h a n or  e qu a l  t o t h e   m i ni m um  o f   i  an d j .  T hi s   w a s  d ue  t o   t h e f act  t h at  n o t  al l  ex t r act ed  f eat u r es   w er e   c o m m o n i n b o t i m a ge s .  M o r e o ve r ,  C F P  ha s  a  uni q u e p ai r  o f  F V   s u c h  th a t r e p e titio n  o f  F V   w a s  n o t p e r m itte d  f o r  e ith e r  o f  t h e   i ma g e s .   S i n ce t h e ex t r act ed  f eat u r es  r ep r es en t ed  t h e S U R F  b as ed  P O I s ,  t h er ef o r e,  t h e P O I s  o f  e ach  i m ag e   w i t h  r es p ect  t o  t h C F P   w er e   d et er m i n ed  b y   u s i n g   f eat u r e p o i n t s   i n d i ces  i n  I M.  T h es e p o i n t s   w er e t er m ed  as   M at ch ed  P o i n t s  ( M P )  an d   w er e s h o w n  i n   ( 6 ) .       (6 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 89 - 4856   I J RA V o l.   7 , N o 4 D ecem b er   201 8 :   2 83     2 96   290   T h e   m o s t  c r itic a l p a r t o f  i m a g e   s titc h i n g   w a s  to  a li g n  b o th  i m a g e s  a n d  t h e n   m e r g e   th e m  to g e t h e r .   T h cal cu l at ed  M P s   w er t h e n   u s e f or  or i e n t i ng   C I   w i t r e s pe c t   t R I ,   s i m i l a r   t a  dot  pr odu c t   m e t h od.   H o w e v e r ,  th i s  c o u ld   s till  h a v e  a  n u m b e r  o f  o u tlie r s ,   w h ic h   c ou l d pr odu c e  u nw a n t e d ov e r l a ps  i n  t h e  i m a g e   t r a ns f o r m a t i o n.  T he r e f o r e ,  R A N d o m  S A m p l e  C o ns e ns us  ( R A N S A C )  a l go r i t h m   [2 5 ] w a s   u tiliz e d  i n  o r d e r  to   e xc l ud e   t he   o ut l i e r s   a nd   c o m p ut e   t he   ho m o ge ne i t b e t w e e t he   t w o   i m a ge s   [ 2 6 ,   1 8 ] .   R A N S A C   a l g o r ith m   es t i m at ed  t h e i m ag e t r a n s f o r m at i o n  p ar a m et er s   w h i ch  b es t  s u i t ed  t h e M P s  o f  i m a g es .  T h e P O I s  o b t ai n ed  af t er   pe r f or m i ng   R AN S AC   we r e  t e r m e d  as  i n l i er s .  T h es e p o i n t s   w er e p i v o t al  i n   i m a g e  s t i t c h i n g  b ecau s e t h e y   w er e   u s e d  to  e s ti m a te   th e   t r an s f o r m at i o n  p ar a m et er s ,   w h i ch   w e r e r eq u i r ed  t o  al i g n  b o t h  t h e i m ag e s .  T h er ef o r e,  i t   can  b e co n cl u d ed  t h at  t h e s t i t ch i n g  r es u l t s   de pe n d on  t h e  i nf or m a t i o n  p r o vi d e d  b y  t he  i n l i e r s .  C o ns e q ue nt l y,   g r e a te r  th e  n u m b e r  o f  in l ie r s ,  t h e  p r o b a b ility  to  a c h ie v e  r e lia b le   i m a ge  r e gi s t r a t i o w o ul d  b e  hi g he r .   F u r t h e r m o r e ,  R A N S A C  i s  a n  i te r a tiv e  p r o c e s s  a n d  it  is  g e n e r a ll y   s ta te d  t h a th e  p r o b a b ility   to  g e t t h e   co r r ect  t r an s f o r m a tio n  is   d i r ect l y  r el at ed  t o  t h n u m b er  o f  t r i al s  ( N T s )  [ 2 6 ] .  H o w ev er ,   i n cr eas i n g   t h e  N T s   w i l l   al s o  i n cr eas e t h e o v er al l  co m p u t at i o n a l  t i m e   o f  t h e al g o r i t h m .  M o r eo v er ,  i t  h as  b een  o b s er v ed  i n  t h i s  r es ear c h   t h at  t h e i m p act  o f  N T s  af t er   a cer t ai n  p o i n t   b eco m es  n eg l i g i b l e.   S i m u l at i o n s   w er e p er f o r m ed  o n  a s e l ect ed   p ai r  o f  i m a g es ,   w i t h  T H V  = 4 ,  f i v e t i m e s  f o r  each   v al u e o f  N T s  an d  t h e a v er ag v al u es   o f t h e s e   fi v e   s i m ul a t i o ns ,  c o m p ut e d  b y   ( 7 ) ,   w a s  t ak e n  as   t h f i n al  r ep r es en t at i v e v a l u f o r  t h s cen ar i o  u n d e r  s t ud y .  T he   s t an d ar d   d ev i at i o n   f o r  each  s i m u l at i o n   w a s  al s o  r eco r d ed ,  u s i n g   ( 8 ) ,  in  o r d e r  to  v e r if y  th e   o b ta in e d  r e s u lts .       (7 )       (8 )     w he r e  x s  =  P ar am e t e r  v al ue  at  e ac h s i m ul at i on ;     M e an v al ue s  of  al l  s i m ul at i ons ;   a nd K  =  num be r   of  s i m ul at i on s     I t  wa s   o b s er v ed  t h at  t h e n u m b er  o f  t r i al s  al s o  h as  a l i m i t i n g   ef f ec t  as  s h o w n  i n  F i g .  5 ,   w h i ch  s h o w s   t h a t  t h e  obt a i n e d num be r  o f   i n lie r s  o n  e a c h  s i m u la tio n  r u n  is  s h o w i n g  n e g li g ib le  d e v ia ti o n  a f te r  1 7 0 0  N T s .   F u r t h er m o r e,  i t  h as  al s o  b een  o b s er v ed  f o r  t h e g i v en   da ta  th a t a f te r  1 5 0 0  N T s ,  th e  n u m b e r  o f  in lie r s  s h o w   v er y   s m a l l  d i f f er e n ce o f  5  t o   7  i n l i er s  ab o v e a n d  b el o w   t h e  av er ag n u m b er   o f   i nl i e r s  a s   s ho w n  i n F i gur e  6 .   T h e  n u m b e r  o f  in lie r s ,  a lo n g   w it h  tr a n s f o r m a tio n  d e ta ils  o b ta in e d  a f te r  th e   R A N S A C  o p e r a tio n ,   wa s   u s e d t d et er m i n t h e o r i e n t at i o n  o f   C I   w i t h  r e s p ect  t o  R I .  H e n ce,  C I  can  b e eas i l y  t r a n s f o r m ed  i n   s u c h  a  m a n n er  t h a t   bot h  R I   an d  C I   h av s a m e o r i en t at i o n  a n d   w er e al s o  p o s i t i o n ed   w i t h  r e s p ect  t o  each  o t h er .  T h es e n e w l y   al i g n ed  i m a g es  f o r  R I  an d  C I   w er e   t er m ed  as  al i g n ed  r ef er en ce i m a g e ( A R I )  an d  al i g n ed  cu r r en t  i m ag e   ( A C I ) ,  r es p ect i v el y .           F ig u r e  6 .  A v e r a g e  i n lie r s   f o r  d if f e r e n t N T s  a s  o b ta in e d  th r o u g h   v a r io u s  s i m u la tio n  ite r a tio n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J RA   I SSN :   2089 - 4856       H i e r ar c hi c al  I ns pe c t i on Sy s t e m  U s i ng V i s ual  and M f l  P r obe  R obot s   ( U v ai s  Q i dw ai )   291   I n  o r d er  t o  f u s e t h e i m a g es ,   a r ef er en ce - b as ed - bl e n di ng   a ppr oa c h  w a s  u t iliz e d .  I n   th is  te c h n iq u e ,   on l y  t h os e  por t i on s  of  A C I   w e r e  a dde d t o  A R I   w h e r e  t h e  c or r e s pon di n g  pi x e l  v a l u e s   w e r e  z e r o.   T h i s  i m pl i e s   t ha t  t he  r e s ul t a nt  i m a ge   w o ul d  s ha r e  a   m a j o r  p or t i o n f r o m  R I .  I n a d d i t i o n,  a n e x t e r na l  r e c t a ng ul a r   f r a m e   w a s   a l s o a dde d  f or   s t an d ar d i zat i o n  o f  t h e s t i t ch ed  i m ag e s  f o r  f u r t h er  p r o ces s i n g .  T h e ex t er n al  f r a m w as  d ef i n ed   f r o m t o p - le f t c o r n e r  to  b o tto m - r i gh t  c or n e r  by  t h e  c or r e s pon di ng  c oor di n a t e s  ( 0,  0 )  a n d  ( x mf , y mf ) .  S i m ila r l y ,   t h e  pos i t i on  of   A R I  i n  t h e   f r a m e  c or r e s pon ds  t o ( X lr , Y lr ) a n d  ( X mr , Y mr ) .  I n  t h e s a m m an n er ,  t h e t r an s f o r m e d   i m a g e   A C I  c or r e s pon ds  t o ( X lc , Y lc ) a n d  (X mc , Y mc ) ,  r e s p e c tiv e l y .  I n  a d d itio n ,  le t Z  b e  a   s e t o f  a ll p ix e l s  in   A R I  w hi c ha ve  no n - zer o  v al u es  t h en  t h e i m ag f u s i o n  ( I F )   w as  car r i ed  o u t  u s i n g   ( 9 ) .   F i g u r e 7  s u m m ar i zes   t h e co m p l et e i m a g e - s titc h i n g   a lg o r ith m  a s  a   f lo w c h a r t.       (9 )           F ig u r e  7 .  I m a g e  s t itc h i ng  a l g or i t hm   u s e d i n  t hi s   w or k , o n ce i m ag f u s i o n  i s  co m p l et ed ,  t h e an o m al i e s   w er d et ect ed  u s i n g  ab s o l u t e d i f f er e n ce o f  t h e   c ur r e nt  a nd   r ef er en c e f u s ed  i m a g es       A t  t h i s  p o i n t ,  t h e r el at i v e d ef ect s  can  b e f o u n d  b y  u s i n g  ab s o l u t e d i f f er en ce b et w ee n  A R I  an d  A C I   i m a g es .  T h e p r o b a b l e an o m al y   l oc a t i o n s  t h us  f o u n d,   w e r e  t h r e s h ol de d i n t o a  bi n a r y  i m a ge ,   w h i c h  pr ov i de d   t h l o cat i o n s   o f   t h e s an o m al i es  i n   t h e i m a g e.   M ap p i n g   a c t ua l  he i g ht   o f  t he   s t r uc t ur e   t o   t he   i m a ge  he i g ht   r e s u l t s  i n  a c t u a l  a l t i t u de  c oor di n a t e   f or  t h e  i n s pe c t i on r obot s  i n  or de r  t o de pl oy   t h e M F L  p r o b e at  t h e s e   lo c a tio n s .     3 .2   Th e   M F L In s p e c t i o n  P r o c e ss   T he  G P S  m o d ul e  p r e s e nt  i n t h e  F R M  gu i de s  t h e  r obot  t o i t s  n e w  de s i r e d l oc a t i on  a n d h o w  t o r e a c t he   vi c i ni t y o f  t he  a no m a l i e s   d et ect ed  b y  t h e  V B I  s y s t e m .   T h e t r aj ect o r y  co n t r o l   m o d u l e  o f  t h F R M  co d cal cu l at e s  t h e r es u l t an t  t r aj ect o r y  b as ed  u p o n  t h e   r ecei v ed   G S M co o r d i n at es  f r o m  t h e   V B I  sy s t e m .   A n  o f f s e t   t r an s l at i o n  i s  ad d ed  t o  t h e co o r d i n at es  b ecau s e U A V  co o r d i n at es   w er e   ou t s i de  t h e  bu i l di n g  be i ng  i n s pe c t e d,   w hi l e  t h e  F R M  a n d S R M  r obot s  a r e  on  t h e  r o of t op of  t h e  s a m e  bu i l di ng .  I n  or de r  t o obt a i n  a   co r r ect   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 89 - 4856   I J RA V o l.   7 , N o 4 D ecem b er   201 8 :   2 83     2 96   292   t r a ns l a t i o n t he  d r o ne  s ho ul d   r e m ai n  a t  p ar t i cu l ar  d i s t an ce  f r o m  t h s t r u ct u r e d u r i n g   t h e s can n i n g  p r o ces s   c o m p le te l y .  T h e   r o b o t  t ak es  i t s  d i r ect i o n  b as ed  o n  t h e co m p ar i s o n  r es u l t  b et w ee n  i t s  c u r r en t  G P S  co o r d i n at es   an d  t h e t r an s l at ed  r ecei v ed  G P S   co o r d i n at es .  S i n ce,  t h er e c an  b e s ev er al  t e m p o r ar y  o r  p er m an e n t  o b s t acl es   pr e s e n t  on t h e  r oof  du e   t o i t s   de s i gn .  T h e r e f or e ,  a n   u l t r as o n i c r an g s en s o r   w as  al s o  o n - boa r d F R M  i n  or de r   to  p r o v id e  o b s ta c le  a v o id a n c e   c a p a b ilitie s  to  th e  r o b o t.   A s  F R M  r each ed  t h e e x t en d ed  t ar g et  co o r d i n at es ,  a  m o d if ie d  w i n c h  m o to r  w a s   a c tiv a te d   th a t   l o w er ed  t h S R M   w i t h  a   t et h e r ed / w i r el es s  d at a co n n ec t i o n  t o  r each  t h e r eq u i r ed  l o cat i o n   o f  t h e a n o m a l y .  T h e   S R M ,  a  r obot i c  pr obe  w i t h  c u s t o m - de s i gn e d   M F L   s en s i n g  s y s t e m ,  o b t ai n ed  t h e  M F L   m eas u r e m en t s  o f  t h e   an o m al y  l o ca t i on  t h r oug h  l oc a l i z e d s c a nn i ng  of  t h e  a n o m a l y l oc a t i on   gi ve n b y   t he  V B I  s ys t e m .  T he  s c a w a s   d o n e o n  a s q u ar e ar ea o f  t y p i cal l y  1 0 0 c m  ×  1 0 0 cm   w i t h   cen t er  o n  t h e cal c u l at ed  a n o m al y   lo c a tio n .  T h e   r ead i n g s   w er e s e n t  t o  t h L ab V I E W  i n t er f ace p r es en t  i n  t h e B a s e  C o m p ut e r  S ys t e m   f o r  s t o r a ge  a nd  f ur t he r   p r o c e s s i ng.   T h e p r o ced u r e o f  F R M - S R M co o r d i n at i o n   w a s  r ep eat ed  as  m a n y  t i m e s  as  t h e a n o m al i es   id e n ti f ie d  b y  th e  V B I  s u b  s y s t e m  e a r lie r .     3. 2. 1.  S e n s or  C al i b r at i on   I n d e s i g ni ng t he  r o b o t i c  M F L   s c a n ni ng p r o b e ,  t he   f i r s t  c h al l en g w a s  t o  s el ect  t h e t y p e o f   m ag n et  t o   b e  us e d  a l o ng   w i t h i t s   ap p r o p r i at e p l acem e n t   s o  t h a t   t h e p er f o r m an ce  r e m ai n  co m p ar ab l w i t h  t h e   co m m er ci al l y   av ai l ab l e h a n d - h e ld  M F L   in s p e c tio n   s ys t e m s .  I n c o m m o N o nd e s t r uc t i ve  T e s t i ng  ( N D T )   p r act i ce,  an   el ect r o m a g n et i c   y o k e i s  u s ed   w i t h  a  m ag n et i c p en et r an t  p ai n t   f o r   i ns pe c t i on  pu r pos e .  T h e   m ag n et i f i el d  p r o d u ced  b y   t h y o k e i s  p o w er f u l  en o u g h  t o  co v er  a r el at i v el y  l ar g ar ea;  h o w e v er ,  t h e   o p er at i o n al  p o w er  r eq u i r e m en t  al o n g   w i t h  t h w ei g h t  o f  t h y o k m a ke s  i t  i m p r a c t i c a l  f o r  s c a n ni ng  hi gh - r is e   b ui l d i n gs .  T he   pr opos e r ob ot i c  s c a nn e r  c a n   f i l l  t h i s   v oi d f or  s u c h  a ppl i c a t i on s .   I n  t h i s   w or k ,  a  n um be r  of  n e ody m i um  pe r m a n e n t   m a gn e t s  ( N P M )  w i t h  t h e   s i z e  of  2. 5 ×  1. 2 ×  0. 5   cm 3   w er e u s ed .   T h es e m ag n et s   ar e s t r o ng  e n o ug h  t o be   u s e d  f or  i ns pe c t i on .  H o w e v e r ,  t h e   m a gn e t i c  f i e l d of  a   s i n g l e N P w a s  n o t  co m p ar ab l w i t h  t h m ag n et i c   y o k e .   T h er ef o r e,  i t   w as  i n ev i t ab l e t o  d et er m i n e t h e   ap p r o p r i at e n u m b er  o f  p er m a n en t   m ag n et s  ( P M) ,  an d  t h ei r  d i s t an ce   f r o m  t h e   s t r uc t ur e  s u r f ace  s u ch  t h a t  t h pe r f or m a n c e  of  N P M  a ppr oa c h e s  t h e  s t a n da r m a gn e t i c   yok e  f i e l d s t r e n gt h .  I t  s h ou l be  n ot e d,  t h a t   t he   d i s t an ce b et w ee n  t h N P M s  an d  s t r u ct u r e r e m a i n s  f i x ed  i . e.  2  cm   t o  e n s u r e t h at   t h e r o b o t   w i l l  r e m ai n   i n   u n i f o r m  c o n ta c w it h   th e  s tr u c t u r e i n  al l  ex p er i m en t s .  T h e p er f o r m a n ce  w i t h  d i f f er en t   n u m b er  o f  N P w a s   co m p ar ed   w i t h  t h e s t an d ar d  el ect r o m ag n et i c   y o k e  u s i ng  M P I  a ppr oa c h .  F or  t h i s  pu r pos e ,  a  s t a n da r d w e l de d   ir o n - s t eel  d ef ect  p l at w a s  u s ed   w i t h  a k n o w n  s m al l  cr ac k  o n  t h e   p er i p h er y  o f   t h e   w e ld .  T h e  in itia l te s t in g   w a s  pe r f or m e d u s i n g  t h e  s t a nda r d e l e c t r om a gn e t i c   y ol k  by   s pr a y i ng   m a gn e t i c  i nk  on   s a m p l e p l at e s u ch  t h at   t h e p ar t i cl es   w er e accu m u l at e d  o n  t h e cr ack  p o s i t i o n  a s  can  b e s een  i n  F i g u r e 8 ( a) .  A f t er   an al y z i n g  t h e cr ack   i n w e l d  us i n g  el ect r o m ag n et ,   a p ai r  o f  N P w er e p l aced  ar o u n d  t h e cr ack  an d  t h s a m e  p ai n t   w a s   u t i l i zed .  I n   a d d itio n ,  th e   m a g n e tic   f l u x   w as  p r o g r es s i v el y   i n cr eas ed  b y  ad d i n g   m o r e N P M p ai r s  u n t i l  t h e cr ack  b eca m e   v i s i b l t o  t h e s a m e d e g r ee as  i n  cas e o f  t h e   e le c tr o m a g n e t ic  in s p e c tio n .  T h is  le d  to  th e  u s e  o f  a  s ta c k  o f   m i n i m u m  o f  5  N P M p ai r s  can  p r o v i d e t h e s a m e i m p act  a s  t h at  o f  t h e   e l ect r o m a g n et   y o k e a n d  can  b e o b s er v ed   i n  F i g u re  8 (b ).           F i g u r e 8 .  T h e cr ack  v i s u al i zat i o n  u s i n g  ( a)  E l ect r o m a g n et i Y o k e an d   ( b )   w it h  a  s e t o f  N P M       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.