CN104596911A - 一种基于图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法，包括把透水混凝土试件进行横向切割，以暴露出完整和平滑的切割平面为实验面；获取经过砖粉处理的透水混凝土实验面的正面照片；从获取的正面照片中截取出面积最大的形状规则的试件横截面图片，并计算其总像素值；对获得的图片黑白化处理；提取经过黑白处理后的图片的孔隙图像，计算各个孔隙的像素值；计算孔隙总像素值；根据得到的各个孔隙的像素值和孔隙总像素值来计算总孔隙率及内部孔径的分布情况；重复以上步骤，获得同一透水混凝土试件多个切割面上的总孔隙率以及孔径的分布情况，各个面总孔隙率再取平均值，得到透水混凝土试件总孔隙率，获取透水混凝土的孔隙特征。
Description
技术领域
本发明属于土木工程领域，具体涉及一种基于图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法。
背景技术
近年来，国内外对透水混凝土的研究和应用越来越广泛。透水混凝土是由水、水泥和粗骨料组成的，采用粗骨料作为骨架，水泥净浆或加砂浆薄层包裹在粗骨料颗粒的表面，作为骨料颗粒之间的胶结层，骨料颗粒通过硬化的水泥浆薄层胶结而形成多孔的堆积结构。因此混凝土内部存在大量的孔隙，包括连通孔隙、开口但不连通孔隙、内部闭合孔隙，总称为总孔隙率。总孔隙率对透水混凝土的密度和强度等有着直接的影响。内部孔径分布对透水混凝土的透水效果有很大影响。
透水混凝土的总孔隙率和内部孔径分布，这两个参数对于透水混凝土的性能评价都有重要作用。透水性混凝土孔隙率现有测定方法主要分为美国CoreLok真空密度仪和日本《透水性混凝土河川护堤施工守则》测定透水混凝土孔隙率的方法。这两种方法因为无法测定内部闭口孔隙，都把它忽略了，所以都无法测定透水混凝土的总孔隙率(包括连通孔隙、开口但不连通孔隙、内部闭合孔隙三部分)，也无法测定内部孔径分布。总孔隙率能够反映透水混凝土的密度和强度等性质。内部孔径分布能够反映透水混凝土的透水效果，孔径大则透水效果好而且不易堵塞，孔径小则透水效果差而且易堵塞。因此，对于透水混凝土的总孔隙率及内部孔径的测定，目前还没有相关规定和方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种实验操作简单，数据处理方便，而且最终结果稳定可靠的基于图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法，包括以下步骤：
步骤(1)：把透水混凝土试件进行横向切割，以暴露出完整和平滑的切割平面为实验面；
步骤(2)：获取经过砖粉处理的透水混凝土实验面的正面照片；
步骤(3)：从获取的透水混凝土实验面的正面照片中截取出面积最大的形状规则的试件横截面图片，并计算其总像素值；
步骤(4)：对步骤(3)获得的图片进行黑白化处理，使得孔隙成为统一的纯黑色；
步骤(5)：提取步骤(4)中经过黑白处理后的图片的孔隙图像，并且计算孔隙图像中的各个封闭孔隙的像素值及孔隙总像素值；
步骤(6)：根据步骤(5)所得到透水混凝土试件横截面的各个孔隙的像素值和孔隙总像素值来计算总孔隙率及内部孔径的分布情况：
步骤(7)：重复以上步骤，获得同一透水混凝土试件多个切割面上的总孔隙率以及孔径的分布情况，各个面总孔隙率再取平均值，得到透水混凝土试件总孔隙率，获取透水混凝土的孔隙特征。
所述步骤(1)中透水混凝土试件的形状为圆柱体。
所述步骤(2)中砖粉处理透水混凝土实验面的过程为：
为了准确区分实验面的孔隙和混凝土，用砖粉填满实验面的孔隙，除去多余的砖粉，用刷子刷去透水混凝土实验面的表面多余的砖粉，先横向把实验面整个面刷一遍，再纵向刷一遍，最后用棉签擦去混凝土实心切割面沾上的砖粉。
所述步骤(2)中采用像素数百万及以上的普通照相机或手机获取经过砖粉处理的透水混凝土实验面的正面照片。
所述步骤(3)中试件横截面为圆面。
透水混凝土试件横截面的总孔隙率的表达式为：
其中，A表示从获取的透水混凝土实验面的正面照片中截取出面积最大的形状规则的试件横截面图片的总像素值；A1表示孔隙图像中的孔隙总像素值。
透水混凝土试件横截面上的各个封闭孔隙分布情况的表达式为：
其中，ai表示孔隙图像中的第i个封闭孔隙的像素值；i＝1,2....n，n表示正整数。
透水混凝土试件总孔隙率的表达式为：
所述透水混凝土的孔隙特征，包括透水混凝土的总孔隙率和内部孔径分布。
本发明的有益效果为：
本发明利用图像处理手段测定透水混凝土的总孔隙率和内部孔径分布，实验操作简单，数据处理方便，而且最终结果稳定可靠，可以用于实验室和工地测定透水混凝土的相关性能；耗时短，有利于缩短实验数据处理时间。
附图说明
图1是经过photoshop软件处理后的同一圆形试件实验面黑白图；
图2是用AutoCAD软件画出来的孔径当量圆分布图；
图3是本发明测定透水混凝土总孔隙率及内部孔径分布的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图3所示，本发明的基于图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法，包括以下步骤：
一种基于图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法，包括以下步骤：
步骤(1)：把透水混凝土试件进行横向切割，以暴露出完整和平滑的切割平面为实验面；
步骤(2)：为了准确区分实验面的孔隙和混凝土，用砖粉填满实验面的孔隙，除去多余的砖粉，获取经过砖粉处理的透水混凝土实验面的正面照片；采用像素数百万及以上的普通照相机或手机获取；
步骤(3)：从获取的透水混凝土实验面的正面照片中截取出面积最大的形状规则的试件横截面图片，如圆面，并计算其总像素值；其中，借助Photoshop的计算功能，选中所截取圆面，直方图直接显示圆面像素值；
步骤(4)：对步骤(3)获得的图片进行黑白化处理，使得孔隙成为统一的纯黑色，如图1所示；填上砖粉的孔隙，颜色比混凝土切割面深，黑白化之后，孔隙部分成为统一的纯黑色，混凝土部分为白色和灰色混搭，有助于下一步直接提取孔隙图像；
步骤(5)：提取步骤(4)中经过黑白处理后的图片的孔隙图像，并且计算孔隙图像中的各个封闭孔隙的像素值及孔隙总像素值；
利用photoshop软件选取黑白化图片上的纯黑区域，直方图就会显示纯黑部分像素值，也就是孔隙的像素值，记为A1；用魔棒工具可以任意选取某个封闭孔隙图像，直方图上显示该孔隙像素值，依次选取，记为a1,a2……an；
步骤(6)：根据步骤(5)所得到透水混凝土试件横截面的各个孔隙的像素值和孔隙总像素值来计算总孔隙率及内部孔径的分布情况：
透水混凝土试件横截面的总孔隙率的表达式为：
其中，A表示从获取的透水混凝土实验面的正面照片中截取出面积最大的形状规则的试件横截面图片的总像素值；A1表示孔隙图像中的孔隙总像素值；
透水混凝土试件横截面上的各个封闭孔隙分布情况的表达式为：
其中，ai表示孔隙图像中的第i个封闭孔隙的像素值；i＝1,2....n，n表示正整数；
步骤(7)：重复以上步骤，获得同一透水混凝土试件多个切割面上的总孔隙率以及孔径的分布情况，各个面总孔隙率再取平均值，得到透水混凝土试件总孔隙率，获取透水混凝土的孔隙特征；
透水混凝土试件总孔隙率的表达式为：
所述透水混凝土的孔隙特征，包括透水混凝土的总孔隙率和内部孔径分布
同一试件多个切割面上的各个面上的孔径当量圆分布图综合反映透水混凝土试件的透水能力。为了直观，把每个孔隙换算成当量圆分布于实验面上，用AutoCAD软件绘制出孔径当量圆分布图，如图2所示。
本实施例中采用图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法，实验对象：透水混凝土的配合比，如表1所示。
表1 实验所用两种配合比的透水混凝土
将配合比1透水混凝土短柱试件切割成5个薄片，将配合比2透水混凝土短柱试件切割成6个薄片，均舍去最上层薄片，然后分别采用本发明的图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法测定每个薄片上面层的孔隙率，所得孔隙率数据汇总如下表2所示。
表2 两种配合比的透水混凝土的孔隙率数据汇总
图像处理法和传统水中称重法实验结果误差分析如下：
配合比1试件采用本发明的图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法测定总孔隙率为28.28％，比用传统的水中称重法大1.00％。配合比2试件采用本发明的图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法测定总孔隙率为25.83％，比用传统的水中称重法大3.32％。两个试件误差都在5％以内，可以满足工程要求。另外，传统水中称重法测定的透水混凝土孔隙率，是连通孔隙和开口但不连通孔隙两者之和。而本发明的图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法测定混凝土的孔隙率，除了上面两种，还包括内部闭合孔隙。考虑到这个因素，本发明的图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法测定的孔隙率比传统的水中称重法测定的孔隙率大也是符合实际情况的。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种基于图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：把透水混凝土试件进行横向切割，以暴露出完整和平滑的切割平面为实验面；
步骤(2)：获取经过砖粉处理的透水混凝土实验面的正面照片；
步骤(3)：从获取的透水混凝土实验面的正面照片中截取出面积最大的形状规则的试件横截面图片，并计算其总像素值；
步骤(4)：对步骤(3)获得的图片进行黑白化处理，使得孔隙成为统一的纯黑色；
步骤(5)：提取步骤(4)中经过黑白处理后的图片的孔隙图像，并且计算孔隙图像中的各个封闭孔隙的像素值及孔隙总像素值；
步骤(6)：根据步骤(5)所得到透水混凝土试件横截面的各个孔隙的像素值和孔隙总像素值来计算总孔隙率及内部孔径的分布情况：
步骤(7)：重复以上步骤，获得同一透水混凝土试件多个切割面上的总孔隙率以及孔径的分布情况，各个面总孔隙率再取平均值，得到透水混凝土试件总孔隙率，获取透水混凝土的孔隙特征。
2.如权利要求1所述的一种基于图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中透水混凝土试件的形状为圆柱体。
3.如权利要求1所述的一种基于图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中砖粉处理透水混凝土实验面的过程为：
为了准确区分实验面的孔隙和混凝土，用砖粉填满实验面的孔隙，除去多余的砖粉，用刷子刷去透水混凝土实验面的表面多余的砖粉，先横向把实验面整个面刷一遍，再纵向刷一遍，最后用棉签擦去混凝土实心切割面沾上的砖粉。
4.如权利要求1所述的一种基于图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用像素数百万及以上的普通照相机或手机获取经过砖粉处理的透水混凝土实验面的正面照片。
5.如权利要求1所述的一种基于图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中试件横截面为圆面。
6.如权利要求1所述的一种基于图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法，其特征在于，透水混凝土试件横截面的总孔隙率的表达式为：
其中，A表示从获取的透水混凝土实验面的正面照片中截取出面积最大的形状规则的试件横截面图片的总像素值；A1表示孔隙图像中的孔隙总像素值。
7.如权利要求1所述的一种基于图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法，其特征在于，透水混凝土试件横截面上的各个封闭孔隙分布情况的表达式为：
其中，ai表示孔隙图像中的第i个封闭孔隙的像素值；i＝1,2....n，n表示正整数。
8.如权利要求1所述的一种基于图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法，其特征在于，透水混凝土试件总孔隙率的表达式为：
9.如权利要求1所述的一种基于图像处理的透水混凝土孔隙特征的检测方法，其特征在于，所述透水混凝土的孔隙特征，包括透水混凝土的总孔隙率和内部孔径分布。
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