[发明专利]一种基于移动设备的粗骨料质量图像处理及分析方法

说明书

本发明公开了一种基于移动设备的粗骨料质量图像处理及分析方法，具体包括图像拍摄以及图像处理；图像拍摄具体操作方法是需要将骨料颗粒置于平板状的托板上，托板的表面涂布有正方形状的黑色区域，拍摄时拍摄区域应在黑色区域之外，同时又在托板范围之内；图像处理具体包括透视变换、像素与mm的转换、图像分割、骨料指标计算，本发明可以随身携带，可以非常方便的用于户外检测；本发明成本低，拍照、图像处理使用已经普及的智能手机，托板可以自行加工；本发明可以基于二维图像信息，对骨料级配及密实度进行计算，计算数据完全来源于图像，不需要额外检测其他数据。

技术领域

本发明涉及混凝土生产领域，尤其是涉及一种基于移动设备的粗骨料质量图像处理及分析方法。

背景技术

骨料是混凝土中用量最大的一宗原材料，其性能对混凝土有重要影响。骨料级配、粒形、密实度是影响混凝土经济性能、工作性能、力学性能、耐久性能的重要指标。上述指标相关规范和标准给出了相关的检测方法和评定标准，但对于粒形，仅以骨料整体的针、片状颗粒含量来进行评定，而骨料实际上是由多种粒级的颗粒组成的，不同粒级的针、片状颗粒含量对混凝土性能的影响程度并不相同，以骨料整体的针、片状颗粒含量并不能准确的反映骨料的粒形好坏。

近些年有不少研究人员使用图像分析的方法对混凝土骨料质量进行检测。一般步骤为：首先使用标定板对固定位置和角度(一般相对骨料放置平面为垂直角度，以获得正投影)的相机进行标定，以获得相机模型，根据相机模型可以计算像素与毫米等现实尺寸的转换比例；之后使用阈值分割等方法提取骨料边缘数据，利用骨料边缘数据合像素转换比例，计算骨料颗粒的几何信息；最后根据骨料颗粒的几何信息计算骨料的各项指标。

这些方法能够系统、详细的计算骨料粒形信息，但普遍存在以下问题。相机在标定过程及拍摄过程中需要保持角度和位置固定，因此一般需要一套固定相机的台架，这就造成了设备体积庞大、不便携带的问题。同时这类方案一般需要一或多台工业相机、计算处理系统(如计算机)、辅助设备(光源、相机台架等等)，成本相对较高。

该发明旨为提供一种低成本、便携的骨料检测方法，同时提供了骨料级配、密实度的计算方法。

发明内容

1、一种基于移动设备的粗骨料质量图像处理及分析方法，具体包括图像拍摄以及图像处理；

图像拍摄具体操作方法是需要将骨料颗粒置于平板状的托板上，托板的表面涂布有正方形状的黑色区域，拍摄时拍摄区域应在黑色区域之外，同时又在托板范围之内；

图像处理具体包括透视变换、像素与mm的转换、图像分割、骨料指标计算；

透视变换：其本质是将图像投影到一个新的平面，其通用变换公式如式(1)所示：

式中x′、y′、z′为转换后的像素坐标，x、y、z为转换前的像素坐标，A为转换矩阵。

透视变换的步骤包括提取图片中黑色区域的四个角点、根据四个角点坐标创建透视矩阵以及透视变换；经透视变换后，可将其他角度、位置拍摄的图片转换为俯视角度的图片，无需相机固定设备便可获取固定角度及位置的图片；

像素与mm的转换：图片经透视变转为俯视视角下的图片后，根据转换后的图像像素尺寸与托板的物理尺寸计算出像素与mm的转换关系；假定托板黑色区域为边长为len(单位为mm)的正方形，透视变换后的图像高及宽均为len′个像素长，则像素长与mm之间的转换关系如式(2)所示：

像素大小与mm²之间的转换关系如式(3)所示：

图像分割：使用阈值分割方法提取骨料边缘，获得骨料边缘的一系列坐标数据；根据这些数据及像素与mm的转换关系，可以根据图形中骨料颗粒像素大小来计算其实际尺寸；