CN101776566B - 基于数字图像的集料级配实时检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于数字图像的集料级配实时检测方法，涉及沥青混合料生产质量的检测。该方法主要包括：1)下落状态集料图像的采集；2)对步骤1)采集到的下落状态集料图像进行实时分析、处理；3)获取检测结果。主要解决了现有技术中仅仅对集料级配后的结果进行抽样检测分析，无法在沥青混合料拌合时的集料级配环节进行检测，不能实时对集料级配过程产生影响。本发明具有检测精度高，根据检测结果可更改集料的配比等优点；主要应用于沥青混合料在生产现场进行集料级配实时检测。
Description
技术领域
本发明属于集料生产质量的检测技术领域，具体涉及一种基于数字图像的集料级配实时检测方法，该方法实现了集料在混合前的检测，能够精确的确定集料的组成及其颗粒的大小。
背景技术
目前高速公路路面以沥青路面为主。在沥青路面材料组成中，集料的用料最大，所占成本也最多。集料的形状、棱角性以及纹理等特征对混合料的耐久性、强度以及工作性能有较大影响。对集料特征进行精确、客观、量化的检测和测定以及提高给定结构材料的性能都具有重要的意义。如具有良好棱角以及粗糙纹理的集料更易于互相嵌挤形成骨架结构，提高混合料的力学性能。然而过去对集料的检测大多依靠人工检测方法，对于检测人员的要求较高，且检测结果因检测人员的主观因素差异性较大。
在集料的生产过程中，对集料的级配仅仅是从拌合楼单方面对各个冷料仓供料量进行控制，并没有对集料级配进行快速的检测。这样可能会导致实际的生产级配与设计级配偏离，从而使得混合料的力学性能以及路用性能下降，不能满足设计要求。因此，在混合料的生产过程中，需要对集料级配进行在线检测，从而可以依据设计级配对各料仓的供料进行精确控制，使得生产级配不至于偏离设计级太远。
现有的集料级配检测方法通常包括以下几种：
一、有机溶剂抽提法：检测对象为已经将集料级配混合后的集料，检测过程为分散多步骤式的，通过有机溶剂抽提的方法得出混合料中沥青含量。通过筛分过程得到集料的级配。
该方法的缺点是仅仅对集料级配后的结果(即集料)抽样进行检测，无法在集料拌合时的集料级配环节进行检测，不能实时对集料级配过程产生影响。抽提所用的有机溶剂可能会对人体造成伤害，所用设备体积庞大，费用较高，检测结果受检测者水平影响较大，受检测样品差异影响较大。
二、燃烧法：检测对象为已经将集料级配混合后的集料，检测过程为分散多步骤式的，通过燃烧的方法得出混合料中沥青含量。通过筛分过程得到集料的级配。
该方法的缺点是仅仅对集料级配混合后的结果(即集料)抽样进行检测，无法在集料拌合时的集料级配环节进行检测，不能实时对集料级配过程产生影响。同时燃烧所产生的化学物质可能会危害人体并对环境造成污染。该检测方法选用的设备体积庞大，费用较高；且检测结果不仅受检测者水平影响较大，而且受检测样品差异影响较大。
三、基于数字图像处理的集料级配检测方法：检测对象为成型后的集料路面取芯试件，对试件材料进行数字化成像，通过初步分析，增强处理、颗粒分析等技术得到压实后的混合料集料级配组成。
该方法的缺点是仅仅对成型后的集料路面取芯试件进行检测，无法在集料拌合前的集料级配环节进行检测，不能实时对集料级配过程产生影响。由于检测对象为路面取芯试件，检测结果受检测对象影响较大。
发明内容
本发明提供了一种基于数字图像的集料级配实时检测方法，主要解决了现有的检测方法仅仅是对集料级配后的结果进行抽样检测，且无法对于集料在混合过程中进行检测的技术问题。
本发明针对上述技术问题的技术解决方案如下：
一种基于数字图像的集料级配实时检测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)下落状态集料图像的采集
1.1)数字摄像机的定位
将用于固定数字摄像机的固定架的固定点设置于传送带架上方10～20cm，将数字摄像机设置于下落集料的一侧，且该数字摄像机的镜头距集料下落面30～50cm；
1.2)成像系统的设置
1.2.1)形成照射光源；
1.2.2)光强的均匀化处理；
1.2.3)滤除杂光；
1.3)数字摄像机与计算机的通信；
1.4)应用数字摄像机拍摄冷料仓下方一级传送带上下落到拌合楼传送带之前的处于下落运动状态的集料，完成图像采集；
2)对步骤1)采集到的下落状态集料图像进行实时分析、处理；
3)获取检测结果。
以上所述步骤1.2)的具体实现方法是：
1.2.1)形成照射光源：将固定于第二固定架上的LED面阵光源设置于下落集料相对与数字摄像机的另一侧；所述LED面阵光源距集料下落面30～50cm；
1.2.2)光强的均匀化处理：将匀光板设置于LED面阵光源与集料下落面之间，所述匀光板距离集料下落面5～15cm；
1.2.3)滤除杂光：应用杂光屏蔽罩将固定于固定架上的数字摄像机、步骤1.2.1)中的固定于第二固定架上的LED面阵光源、步骤1.2.2)中的匀光板进行屏蔽，以避免外界光源的干扰；
以上所述步骤1.2)的具体实现方法还可以是：
a)形成照射光源：将红外激光器设置于下落集料与数字摄像机的同侧，且将该红外激光器固定于数字摄像机的固定架上；距离集料下落面30～50cm，并使该红外激光器和线阵数字摄像机保持在同一水平高度，且两者所成直线与集料下落面平行。
b)光强的均匀化处理：在集料下落面相对于线阵数字摄像机的一侧设有漫反射背景板，该漫反射背景板距离集料下落面5～15cm；
c)红外激光器的前端设有带通滤光片；所述带通滤光片对波长800nm至2000nm的入射光通过率为95％，其余波段近似为0。
以上所述步骤1.1)中数字摄像机镜头覆盖的的采集对象为冷料仓下方一级传送带上下落到拌合楼传送带之前的处于下落运动状态的集料，视场宽度为拌合楼传送带的宽度。
以上所述所述步骤1.3)的具体实现方法是：
1.3.1)将数字摄像机通过设有光纤模块的数据线连接至计算机，以实现远程传输；
1.3.2)计算出拍摄视场中集料的最高下落速度；
1.3.3)利用计算机设置数字摄像机的拍摄频率，使该拍摄频率远大于集料的最高下落速度。
以上所述步骤2)中的分析、处理主要包括：对所采集的集料数字图像进行实时压缩，对所采集的图像内每个集料颗粒能够识别、并自动计算出该集料颗粒的粒径大小，统计全部集料颗粒的粒径分布。
以上所述步骤3)中获取的检测结果包括：将分析所得的粒径分布的数据绘制成集料级配的实际曲线，与集料的设计曲线在同一坐标系内进行对比显示、并得出实际级配曲线与设计曲线的误差数据。
本发明的优点在于：
1.精度高：本发明提供的检测方法无需对集料和沥青路面进行抽样检测，可对各档的全部集料级配过程进行检测，检测结果不受检测样品的差异性的影响，因此检测精度较高。
2.根据检测结果可更改集料的配比：本发明提供的检测方法可对各档集料级配过程进行长期检测，及时发现集料级配的变化，从而大大提高了集料的生产质量。
3.检测效率高：本发明提供的检测方法，实时对采集到的各档集料图像进行处理，可以对级配的过程产生影响；同时该检测方法不受日光条件变化的影响，可以全天候进行集料级配的检测，从而大大提高了检测工作效率。
4.实现了集料级配的远程控制：本发明提供的检测方法，可以实现计算机的远程控制，不受数字相机数据传输线有效距离的限制，大大提高了检测者的安全保障。
附图说明
图1为本发明一实施例检测过程示意图；
图2为本发明另一实施例检测过程示意图；
图3为本发明检测结果示意图。
附图标记说明如下：
1-冷料仓，2-固定架，3-第二固定架，4-数字摄像机，5-集料，6-漫反射背景板6，7-一级传送带7，8-拌合楼传送带8，9-光纤模块，10-计算机，11-带通滤光片，12-杂光屏蔽罩，13-LED面阵光源，14-匀光板，15-红外激光器，A-实际级配曲线，B-设计级配曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种基于数字图像的集料级配实时检测方法，该方法主要包括以下步骤：
1)下落状态集料图像的采集
1.1)数字摄像机4的定位
数字摄像机4镜头覆盖的的采集对象为冷料仓1下方一级传送带7上下落到拌合楼传送带8之前的处于下落运动状态的集料，视场宽度为拌合楼传送带的宽度。该数字摄像机4设置于其镜头距集料下落面30～50cm；固定架2固定点位于传送带架上方10～20cm；将固定于固定架2上的数字摄像机4设置于下落集料的一侧。此处数字摄像机4可选用千兆网面阵数字摄像机或线阵摄像机。
1.2)成像系统的设置
当选用千兆网面阵数字摄像机4时，成像系统设置的具体方法是：
1.2.1)形成照射光源：将固定于第二固定架3的LED面阵光源13设置于下落集料相对与面阵数字摄像机4的一侧；其中LED面阵光源13距集料下落面30～50cm；
1.2.2)光强的均匀化处理：将匀光板14设置于LED面阵光源13与集料下落面之间，该匀光板14距离集料下落面5～15cm；
1.2.3)滤除杂光：应用杂光屏蔽罩12将固定于固定架2上的千兆网面阵数字摄像机4、步骤1.2.1)中的固定于第二固定架3上的LED面阵光源13、步骤1.2.2)中的匀光板14进行屏蔽，以避免外界光源的干扰。
当选用线阵数字摄像机4时，成像系统设置的具体方法是：
a)形成照射光源：将红外激光器15设置于下落集料与数字摄像机4的同侧，且将该红外激光器15固定于数字摄像机4的固定架2上；距离集料下落面30～50cm，并将该红外激光器15固定于线阵数字摄像机4的固定架2上，并使该红外激光器15和线阵数字摄像机4保持在同一水平高度，且两者所成直线与集料下落面平行；
b)光强的均匀化处理：在集料下落面相对于线阵数字摄像机4的另一侧设有漫反射背景板6，该漫反射背景板6位于集料下落面5～15cm；
c)滤除杂光：红外激光器15的前端设有滤光片11以实现其余可见光的滤除。
1.3)数字摄像机4与计算机10的通信
1.3.1)将数字摄像机4通过设有光纤模块9的数据线连接至计算机10，以实现远程传输；
1.3.2)计算出拍摄视场中集料的最高下落速度；
1.3.3)利用计算机10设置数字摄像机4的拍摄频率，使该拍摄频率远大于集料的最高下落速度。
1.4)应用数字摄像机4拍摄冷料仓1下方一级传送带7上下落到拌合楼传送带8之前的处于下落运动状态的集料，完成图像采集；
2)对步骤1)所得的集料动态图像进行实时分析、处理：主要包括对于所采集的下落状态集料数字图像的实时压缩、集料颗粒尺寸大小分析以及集料级配组成的自动计算。
3)获取检测结果。
以下将分别以线阵数字摄像机4和面阵数字摄像机4为例并结合附图对本发明的内容进行详细的阐述。
参见图1，基于数字图像的集料级配实时检测方法具体是：
1)动态集料图像的采集：
1.1)将线阵摄像机固定在固定架2上，将该摄像机设置于其镜头距集料下落面50cm；固定架2固定点位于传送带架上方10cm；将固定于固定架2上的数字摄像机4设置于下落集料的一侧。数字摄像机4镜头覆盖的的采集对象为冷料仓1下方一级传送带7上下落到拌合楼传送带8之前的处于下落运动状态的集料，视场宽度为拌合楼传送带的宽度。该线阵数字摄像机4选用ATMELaviiva sm2线阵摄像机；镜头选用computer焦距为16mm C类接口镜头；采集卡选用Matrox solios CameraLink图像采集卡。
1.2)成像系统的设置：
a)形成照射光源：将红外激光器15设置于线阵数字摄像机4的同侧，距离集料下落面50cm，并将该红外激光器15固定于线阵数字摄像机4的固定架2上，并使该红外激光器15和线阵数字摄像机4保持在同一水平高度，且两者所成直线与集料下落面平行。
使图像背景保持均匀性的成像系统，采用808nm近红外激光光源正入射集料下落面，光照覆盖范围为集料下落面的宽度。
b)光强的均匀化处理：在集料下落面相对于线阵数字摄像机4的另一侧设有漫反射背景板6，其位于集料下落面之后10cm。
c)滤除杂光：距离线阵数字摄像机4镜头5mm处设有带通滤光片11以实现其余可见光的滤除；该带通滤光片11的截止波长为685nm，对波长800nm至2000nm的入射光通过率为95％。
1.3)线阵数字摄像机4与计算机10的通信：
1.3.1)将线阵数字摄像机4通过设有光纤模块9的数据线连接至计算机10，以实现远程传输：
连接线阵数字摄像机4的主控计算机10对所获取的下落状态的集料数字图像的远程实时处理，其中数字摄像机4与计算机10的远程连接采用在CameraLink数据传输线中加装光纤模块9来实现。
1.3.2)计算出拍摄视场中集料的最高下落速度；
1.3.3)利用计算机10设置线阵数字摄像机4的拍摄频率，使该拍摄频率远大于集料的最高下落速度。
2)对步骤1)所得的集料动态图像进行实时分析、处理：主要包括对所采集的集料数字图像进行实时压缩，对所采集的图像内每个集料颗粒能够识别、并自动计算出该集料颗粒的粒径大小，统计全部集料颗粒的粒径分布。
3)获取检测结果：将分析所得的粒径分布的数据绘制成集料级配的实际曲线，与集料的设计曲线在同一坐标系内进行对比显示、并得出实际级配曲线A与设计曲线的误差数据。
参见图2，基于数字图像的集料级配实时检测方法具体是：
1)动态集料图像的采集：
1.1)将面阵摄像机固定在固定架2上，将该摄像机设置于其镜头距集料下落面50cm；固定架2固定点位于传送带架上方10cm；将固定于固定架2上的数字摄像机4设置于下落集料的一侧。数字摄像机4镜头覆盖的的采集对象为冷料仓1下方一级传送带7上下落到拌合楼传送带8之前的处于下落运动状态的集料，视场宽度为拌合楼传送带的宽度。该面阵数字摄像机4选用Baslerpia1000～48gm千兆网面阵相机；镜头选用computer焦距为16mm C类接口镜头。
1.2)成像系统的设置：
1.2.1)形成照射光源：将固定于第二固定架3的LED面阵光源13设置于下落集料相对与数字摄像机4的另一侧，且距离集料下落面30cm。
1.2.2)光强的均匀化处理：在LED面阵光源13与集料下落面之间设有匀光板14，该匀光板14距离LED面阵光源1320cm；由LED面阵光源13发出的入射光经匀光板14散射后，得到光强均匀的出射光。
1.2.3)滤除杂光：应用杂光屏蔽罩12将固定于固定架2上的面阵数字摄像机4、步骤1.2.1)中的固定于第二固定架3上的LED面阵光源13、步骤1.2.2)中的匀光板14进行屏蔽，以避免外界光源的干扰。从而保证了面阵数字摄像机4所采集图像灰度值的稳定性。
1.3)面阵数字摄像机4与计算机10的通信：
1.3.1)将面阵数字摄像机4通过设有光纤模块9的数据线连接至计算机10，以实现远程传输。
连接线阵数字摄像机4的主控计算机10对所获取的下落状态的集料数字图像的远程实时处理，其中数字摄像机4与计算机10的远程连接采用在CameraLink数据传输线中加装光纤模块9来实现。
1.3.2)计算出拍摄视场中集料的最高下落速度；
1.3.3)利用计算机10设置面阵数字摄像机4的拍摄频率，使该拍摄频率远大于集料的最高下落速度。
2)对步骤1)所得的集料动态图像进行实时分析、处理：主要包括对所采集的集料数字图像进行实时压缩，对所采集的图像内每个集料颗粒能够识别、并自动计算出该集料颗粒的粒径大小，统计全部集料颗粒的粒径分布。
3)获取检测结果：将分析所得的粒径分布的数据绘制成集料级配的实际曲线，与集料的设计曲线在同一坐标系内进行对比，从而得出实际级配曲线A与设计曲线的误差数据。
参见图3，横坐标为不同档集料的粒径，纵坐标为各档集料的通过百分率，设计级配曲线B为集料级配的理想曲线，实际级配曲线A由对所采集的图像进行分析所得的数据拟合获得，并在同一坐标系里将两者同时显示，使用户可以直接获得实际级配曲线A与设计级配曲线B的偏差程度，得到误差数据。
应用本发明提供的基于数字图像的集料级配实时检测方法，实现了集料在集配在生产现场的检测，该方法检测结果精度高、检测效率高；可根据检测结果更改集料的配比，及时发现集料级配的变化，从而提高了集料的生产质量。此外，本发明实现了集料级配的远程控制，提高了检测者的安全保障。
Claims (6)
1.一种基于数字图像的集料级配实时检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)下落状态集料图像的采集
1.1)数字摄像机(4)的定位
将用于固定数字摄像机(4)的固定架(2)的固定点设置于传送带上方10～20cm，将数字摄像机(4)设置于下落集料的一侧，且该数字摄像机(4)的镜头距集料下落面30～50cm；
1.2)成像系统的设置
1.2.1)形成照射光源：将固定于第二固定架(3)上的LED面阵光源(13)设置于下落集料相对与数字摄像机(4)的另一侧；所述LED面阵光源(13)距集料下落面30～50cm；
1.2.2)光强的均匀化处理：将匀光板(14)设置于LED面阵光源(13)与集料下落面之间，所述匀光板(14)距离集料下落面5～15cm；
1.2.3)滤除杂光：应用杂光屏蔽罩(12)将固定于固定架(2)上的数字摄像机(4)、步骤1.2.1)中的固定于第二固定架(3)上的LED面阵光源(13)、步骤1.2.2)中的匀光板(14)进行屏蔽，以避免外界光源的干扰；
1.3)数字摄像机(4)与计算机(10)的通信；
1.4)应用步骤1.1)中所述的数字摄像机(4)拍摄冷料仓(1)下方一级传送带(7)上下落到拌合楼传送带(8)之前的处于下落状态的集料，完成图像采集；
2)对步骤1)采集到的下落状态集料图像进行实时分析、处理；
3)获取检测结果。
2.一种基于数字图像的集料级配实时检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)下落状态集料图像的采集
1.1)数字摄像机(4)的定位
将用于固定数字摄像机(4)的固定架(2)的固定点设置于传送带上方10～20cm，将数字摄像机(4)设置于下落集料的一侧，且该数字摄像机(4)的镜头距集料下落面30～50cm；
1.2)成像系统的设置
1.2.1)形成照射光源：将红外激光器(15)设置于下落集料与数字摄像机(4)的同侧，且将该红外激光器(15)固定于数字摄像机(4)的固定架(2)上；距离集料下落面30～50cm，并使该红外激光器(15)和数字摄像机(4)保持在同一水平高度，且两者所成直线与集料下落面平行；
1.2.2)光强的均匀化处理：在集料下落面相对于数字摄像机(4)的一侧设有漫反射背景板(6)，该漫反射背景板(6)距离集料下落面5～15cm；
1.2.3)滤除杂光：红外激光器(15)的前端设有带通滤光片(11)；所述带通滤光片(11)对波长800nm至2000nm的入射光通过率为95％，其余波段近似为0；
1.3)数字摄像机(4)与计算机(10)的通信；
1.4)应用步骤1.1)中所述的数字摄像机(4)拍摄冷料仓(1)下方一级传送带(7)上下落到拌合楼传送带(8)之前的处于下落状态的集料，完成图像采集；
2)对步骤1)采集到的下落状态集料图像进行实时分析、处理；
3)获取检测结果。
3.根据权利要求1或2所述的基于数字图像的集料级配实时检测方法，其特征在于：所述步骤1.1)中数字摄像机(4)镜头覆盖的的采集对象为冷料仓(1)下方一级传送带(7)上下落到拌合楼传送带(8)之前的处于下落运动状态的集料，视场宽度为拌合楼传送带的宽度。
4.根据权利要求3所述的基于数字图像的集料级配实时检测方法，其特征在于：所述步骤1.3)的具体实现方法是：
1.3.1)将数字摄像机(4)通过设有光纤模块(9)的数据线连接至计算机(10)，以实现远程传输；
1.3.2)计算出拍摄视场中集料的最高下落速度；
1.3.3)利用计算机(10)设置数字摄像机(4)的拍摄频率，使该拍摄频率远大于集料的最高下落速度。
5.根据权利要求4所述的基于数字图像的集料级配实时检测方法，其特征在于：所述步骤2)中的分析、处理主要包括：对所采集的下落状态集料图像进行实时压缩，对所采集的图像内每个集料颗粒能够识别、并自动计算出该集料颗粒的粒径大小，统计全部集料颗粒的粒径分布。
6.根据权利要求5所述的基于数字图像的集料级配实时检测方法，其特征在于：所述步骤3)中获取的检测结果包括：将分析所得的粒径分布的数据绘制成集料级配的实际曲线，与集料的设计曲线在同一坐标系内进行对比显示、并得出实际级配曲线与设计曲线的误差数据。
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2010
- 2010-03-18 CN CN2010101266201A patent/CN101776566B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101153850A (zh) * | 2006-09-30 | 2008-04-02 | 长安大学 | 一种沥青混合料的检测方法及系统 |
| CN101354241A (zh) * | 2008-07-11 | 2009-01-28 | 长安大学 | 集料数字图像评价系统及评价方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101776566A (zh) | 2010-07-14 |
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