混凝土沙石材料孔隙率的检测与研究

摘要

随着社会经济的飞速发展，混凝土在现实生活中的应用越来越普遍，广泛用于道路桥梁建设、建筑物、装修等各领域。这对混凝土的性能指标提出了更高的要求，而影响混凝土的性能有诸多因素，如混凝土的用水量、水灰比、含沙率、水泥品种、骨料条件、外加剂等都会对混凝土的性能有一定的影响。目前，绝大数搅拌站仍然使用落后的设备和方法，在配比过程中完全依赖于经验来实施，无法根据对象需求进行定量的配比控制，这样会造成资源的浪费，混凝土质量不高等一系列问题。 本文针对混凝土的沙石材料在搅拌仓内搅拌均匀后，通过CCD摄像机获取沙石图像，基于MATLAB仿真平台，运用数字图像处理技术，并对沙石图像采用改进的二维Otsu阈值分割与区域生长相结合的算法进行分割，实现混凝土沙石图像中孔隙的分割和统计孔隙率等功能。本文完成的主要工作如下： （1）确定混凝土沙石材料孔隙率检测的研究方案，采用数字图像处理技术对混凝土沙石材料中的孔隙进行分析。考虑到现场环境，选取CCD摄像机拍摄采集图像，选取张正友标定法作为图像标定方法。针对图像处理方案进行分析，确定图像预处理以及分割方案。 （2）运用图像处理技术，对采集到的沙石图像进行预处理。首先做灰度图像处理，然后分析并比较均值滤波、中值滤波和梯度倒数加权法等滤波方法的效果，发现中值滤波效果最为理想；再对图像进行均衡化，增强图像对比度；在阈值二值化处理过程中，采用迭代式阈值分割和最大类间方差两种方法，并对比处理效果；最后采取区域填充对二值化后的图像进行优化。 （3）将改进二维Otsu阈值分割算法与区域生长算法结合，对混凝土沙石材料图像进行分割。首先用改进的二维Otsu阈值分割算法对预处理后的图像完成初始分割，然后对二值化图像进行种子点选取，按照生长准则将具有同质性的像素区域集合起来生长出更大的区域，重复迭代上一过程，完成最终分割。 （4）通过摄像机模型，采用张正友标定法获取相机内外参数，然后通过相机坐标系与世界坐标系之间的关系进行换算，得到图像与实际孔隙的比例关系。再根据分割结果求取孔隙率，并对孔隙的特征参数进行分析。 通过对本课题的研究，实现了基于图像处理的改进二维Otsu阈值分割与区域生长相结合的算法对混凝土沙石图像进行分割，能够实时获取沙石图像孔隙率信息。将本课题提出的方法经大量实验修正完善后应用于实际生产中，将会使得混凝土的生产工作效率和性能得到了极大的提高，用户的经济效益和社会效益也相应的提高。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题来源及意义

1.2 课题国内外研究现状与发展趋势

1.2.1 混凝土材料配比国内外研究现状

1.2.2 孔隙率检测国内外研究现状

1.2.3 数字图像处理技术国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 混凝土沙石材料孔隙率研究方案

2.1 混凝土生产系统功能需求分析

2.2 混凝土搅拌站控制系统分析

2.2.1 混凝土搅拌站的组成

2.2.2 混凝土搅拌站的生产工艺流程

2.2.3 混凝土搅拌站控制系统的改进方案

2.3 混凝土沙石材料孔隙率研究总体方案

2.4 混凝土沙石材料图像采集方案

2.5摄像机模型方案

2.5.1 摄像机线性模型与坐标系转换

2.5.2 摄像机非线性模型

2.6图像标定方案选取

2.7 本章小结

第3章 混凝土沙石材料孔隙率检测原理与图像预处理

3.1孔隙率检测原理与方法

3.2孔隙率测量方案选择

3.3 混凝土沙石图像预处理

3.3.1 图像滤波方法选取

3.3.2 混凝土沙石图像增强

3.4 沙石图像二值化

3.5 二值图像处理

3.5.1 形态学处理

3.5.2 区域填充

3.6 本章小结

第4章 基于Otsu与区域生长的图像分割算法研究

4.1 Otsu算法的基本原理

4.1.1 一维Otsu算法

4.1.2二维Otsu算法

4.2 Otsu算法的推广

4.2.1 Otsu算法的多阈值分割推广

4.2.2Otsu算法的二维阈值分割推广

4.3 二维Otsu算法的改进

4.3.1二维直方图的改进

4.3.2二维Otsu阈值法的改进

4.4 基于种子点区域生长的分割算法

4.4.1区域生长算法基本原理

4.4.2区域生长算法设计思路

4.5 改进的二维Otsu和区域生长相结合的算法

4.5.1分割流程

4.5.2仿真结果与分析

4.6 本章小结

第5章 混凝土沙石材料孔隙参数测定及结果分析

5.1 混凝土沙石材料孔隙标定

5.2 混凝土沙石材料孔隙特征提取

5.2.1 链码跟踪法标记

5.2.2 孔隙的特征参数

5.3 混凝土沙石孔隙率结果分析

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 前景展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

作者在攻读硕士学位期间参加的项目