基于图像分析的集料形状特征与分布特征研究

摘要

集料的几何特征可以分为轮廓形状、棱角性和表面纹理三个方面，分别反映了集料的针片度、轮廓棱角的突出程度以及集料表面的粗糙度。传统的集料形状测定实验方法多是间接测量，工作量大，方法繁琐且带有主观性。
　　本文利用数字图像处理技术，选择粗细集料中的常用种类河砂与机制砂、花岗岩与石灰岩，对集料的二维和三维形状特征进行了系统研究与分析。主要包括四个方面的内容:提取和量化粗、细集料的形状特征参数，进行横向与纵向分布分析，并探究了分形与集料形状特征参数的相关性;首次提出了两种用于砂石图像采集的成像装置并提出了一种新型测量砂石细度模数的方法，验证了图像分析的有效性;对集料形状特征参数进行集料力学实验验证;提出一种非CT三维重建技术，并提取集料的三维形状特征参数。
　　实验结果表明:花岗岩在9.5-13.2mm和16.0-19.0mm粒径范围容易存在针状和棱角突出的颗粒，河砂不同粒径间形状参数变化不大。不同集料之间，花岗岩在扁平度、矩形度、形状指数三个参数的均值要小于石灰岩，在评价棱角性的两个参数上大于石灰岩，同时发现花岗岩各参数的离散性小于石灰岩;河砂的形状特征参数均小于人工砂，离散性也都小于人工砂。对集料的各特征参数与分形维数进行线性拟合，发现粗集料中的形状指数、棱角性AC、AP和细集料中的整体轮廓系数和棱角度与分形维数有较好的线性关系，说明这些参数影响着颗粒分形变化。发现粗集料中形状指数、矩形度、扁平度、棱角性AC以及细集料中整体轮廓系数、扁平度、球形度与压碎指标也有较好的相关性。
　　本文设计的两种用于粗、细集料的成像装置可以解决在成像过程中外界因素造成的误差以及砂颗粒拍照难分离的情况。提出的一种用于测定砂石细度模数的方法，实现了砂石的细度模数的精确测定，同时直接得出了更能反映砂子粗细程度的平均最小费雷特直径。首次提出打磨机切片技术获得混凝土的序列图像，借助图像处理技术与Mimics软件对混凝土中的粗集料进行提取，进行三维重建，并提取其三维尺寸建立模型库。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究概况

1．2．1 国内研究概况

1．2．2 国外研究概况

1．3 论文主要内容

第2章 图像处理原理与基础理论

2．1 数字图像处理

2．1．1 概述

2．1．2 分类与特点

2．1．3 数字图像处理的主要方法与主要内容

2．2 分形几何学

2．3 三维重建

2．4 本章小结

第3章 颗粒的采集和处理

3．1 图像采集

3．1．1 设备选取

3．1．2 集料选择

3．1．3 集料图像的采集与失真处理

3．2 图像处理

3．2．1 类型

3．2．2 增强与校正

3．2．3 选择与测量

3．3 本章小结

第4章 集料二维形状分析

4．1 形状参数量化指标

4．2 集料形状参数采集与方法

4．3 集料特征参数统计分析

4．3．1 不同粒径的形状特征分析

4．3．2 不同岩性的形状特征分析

4．4 集料的形状特征参数与分形维数的关系

4．5 本章小结

第5章 图像分析技术应用到细度模数的测量

5．1 图像测量砂石细度模数成像装置的改进

5．1．1 图像分析测量粗集料成像装置

5．1．2 图像分析测量细集料成像装置

5．2 图像测量集料细度模数原理

5．3 图像筛分与传统筛分结果对比

5．4 本章小结

第6章 集料的形状特征与压碎指标的相关性研究

6．1 集料的压碎指标实验

6．1．1 实验方案

6．1．2 集料实验结果

6．1．3 集料形状特征参数量化

6．2 集料形状参数与压碎指标相关性分析

6．3 本章小结

第7章 三维方向对集料特征参数的描述

7．1 实验材料

7．1．1 水泥

7．1．2 粗集料

7．1．3 细集料

7．2 实验方案

7．2．1 试件配合比

7．2．2 打磨机获取集料每层序列图像

7．2．3 三维重建的方法

7．3 三维集料特征参数提取

7．4 三维集料真实性验证

7．5 三维集料模型量化

7．6 本章小结

第8章 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢