[发明专利]一种混凝土内部金属纤维识别方法、系统及装置

说明书

本发明提供了一种混凝土内部金属纤维识别方法、系统及装置，涉及混凝土材料和图像识别技术领域，方法主要包括：制备含有切割面的检测样品；基于检测样品的切割面，通过相机及平行光源，拍摄得到用于金属纤维识别的断面图像；对断面图像进行预处理、二值化及形态学运算；再进行图像分割及边界拟合，得到纤维断面的边界椭圆；筛选有效边界椭圆；检查识别效果并迭代进行识别；基于边界椭圆，计算得到纤维分布特征数据并外发。本方案操作简单、硬件成本低且识别效果可靠，提升了混凝土纤维特征分析的准确性，有助于提高后续相关科学研究的工作效率。

技术领域

本发明涉及混凝土材料和图像识别技术领域，尤其是涉及一种混凝土内部金属纤维识别方法、系统及装置。

背景技术

超高性能混凝土，是基于致密堆积理论，通过分散的细颗粒填充粗颗粒间的空隙来实现体系的致密堆积，从而使这种材料具有了优异的抗渗性和耐久性，其抗碳化、抗离子渗透和抗冻性能相较于普通混凝土有大幅提升。而金属纤维增强混凝土，作为一种超高性能混凝土，由于在基体内增加了金属纤维，例如钢纤维，从而进一步提升了强度及抗裂性能。

金属纤维增强混凝土内部的金属纤维分布特征决定了其力学性能和开裂行为。在纤维规格相同的前提下，基体内部纤维离散均匀且纤维取向平行于拉伸荷载方向的混凝土往往具有更好的综合性能。在恶劣服役条件下，虽然在一定范围内增大金属纤维的用量可以改善金属纤维增强混凝土的力学和抗裂性能，但也导致材料成本及施工难度大幅增加。所以，在纤维用量不变的前提下，通过改善金属纤维分布来提升混凝土综合性能的方法是更加经济、高效的。而如何准确、便捷地获取金属纤维分布特征已成为解决此类问题的先决条件。

目前，获取混凝土内部金属纤维分布特征的方法有很多，比如计算机断层扫描、磁性探针扫描和图像处理等。其中，计算机断层扫描技术因成本高昂很难大规模应用；磁性探针扫描则无法直接获得材料内部纤维分布的详细特征；图像处理技术虽然成本较低，原理可行，但其操作过程相对繁琐，耦合各步骤误差累计的影响，使其结果的准确度偏低。具体来讲，图像处理技术很难获得样品截面可用的高对比度图像，如图1所示，正常室外环境光下拍摄的试样截面无法区分混凝土基体和金属纤维，且即便涂布混凝土染色剂后仍无法对二者进行较好区分；此外，常见的聚类图像识别算法很难同时对纤维的团聚断面和狭长断面进行准确区分，如图2所示，存在着将团聚断面误判为狭长断面，或将狭长断面误判为团聚断面的失真情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混凝土内部金属纤维识别方法、系统及装置，以解决现有技术中存在的至少一种上述技术问题。

第一方面，为解决上述技术问题，本发明提供一种混凝土内部金属纤维识别方法，包括如下步骤：

步骤1、制备含有切割面的检测样品；

步骤2、基于检测样品的切割面，通过相机及平行光源，拍摄得到用于金属纤维识别的断面图像；

步骤3、对所述断面图像进行畸变校正，得到畸变校正图像；对所述畸变校正图像进行降噪滤波，得到降噪滤波图像；对所述降噪滤波图像进行灰度化处理，得到断面灰度图像，所述断面灰度图像与检测样品原始切割面的几何比例一致，例如长宽比例一致，这样可以修正因拍摄角度和镜头畸变等原因导致的图像几何失真，并便于后序处理；

步骤4、基于所述断面灰度图像，通过临界灰度阈值进行二值化处理，得到断面二值图像，所述临界灰度阈值可以通过反复调试识别效果后进行确定，所述断面二值图像中混凝土基体部分为黑色，其余部分为白色；对所述断面二值图像，通过形态学运算，得到断面修补图像，以便初步消除部分截面过小的非零区域并补全纤维断面内部的微小空洞；所述形态学运算，属于现有技术，主要包括腐蚀和膨胀：所述腐蚀用于消除小且无意义的目标物；所述膨胀用于填充目标区域中某些空洞以及消除包含在目标区域中的小颗粒噪声；