CN108305263B - 一种爆破后岩石块度的图像统计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种爆破后岩石块度的图像统计方法，步骤是：A、在现场使用照相机取得爆后的岩石图片；B、将图片导入电脑，使用图像处理软件对照片处理；C、将图片在photoshop中处理，使用查找边缘选项勾勒出岩石块体粗糙边缘；D、将边缘线附在原始图片上，使用快速选择功能，使用蓝色勾勒出岩石块体的详细边缘，并将每个块体转换为白色表示，获得包含岩石边界的二维图片；E、将图片导入matlab中，运用图像处理技术，统计二维图片中的块体大小及数量，转化为三维体积与数量后，完成岩石块度统计。方法易行，操作简便，有效的利用图像处理技术实现了爆后岩石块度统计提供了新的思路与方法，获得的统计数据相较于之前的处理技术具有更高的准确度。

Description

一种爆破后岩石块度的图像统计方法

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，更具体涉及一种爆破后岩石块度的统计方法。

背景技术

爆后岩石破碎程度即岩石块度的测量，是评价爆破效果的一种重要途径。爆后岩石块度的分布反映了爆破的岩石破碎质量，也是进一步优化爆破参数的基础。现有的块度测量方法主要分为筛分法、大块计数法和图像技术处理法。随着图像分析技术的发展，已出现多种应用在爆后岩石块度测量的图像处理方法。大致可归纳为：WipFrag处理系统(WipFrag system)、FragScan处理系统(FragScan system)、Split处理系统(Splitsystem)以及某些高校与研究院自主研发的软硬件系统。

上述测量方法主要存在以下缺点：

(1)在边缘检测前将照片处理为黑白二值图像，使得处理完成后的照片不能在原图基础上对比校正。

(2)有些软件勾勒边缘时单纯依靠图像处理，出现大量的伪点，即将众多暗色孔洞或凹凸不平处视为边缘，严重影响了统计的正确性。

(3)有些软件提供了后期人工处理伪点的操作，但由于现场复杂的情况，往往伪点的处理耗费的人力甚至超过了直接勾勒边界，也难以保证块体统计的有效性。

在现有技术统计中，未考虑人机交互，仅仅只是将图片简单的全部自动处理，虽然统计方法较为简便，但精度很低，难以满足工程统计需要；而如果全部靠人工描绘处理图片，虽然精度提高，但耗费大量的人力物力，难以满足工程上大规模统计的要求。

发明内容

本发明实施例的目的是在于提供了一种统计爆破后岩石块度分布的方法，主要解决了现有的爆破块度图像测量时无法快速、准确统计的技术难题，方法易行，操作简便，有效的利用图像处理技术实现了爆后岩石块度统计提供了新的思路与方法，获得的统计数据相较于之前的处理技术具有更高的准确度。本方法在电脑自动化处理得到初步岩块边界后，并不像其他方法直接将图片中表示岩块内部的部分修改为白色，而是保留原始图片，对初步处理的图片进行快速选择绘制，此时描绘的速度简便快捷，图片的精度高。经过人机交互得到爆破块度图像精度高，处理简便，能够满足工程的需要。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种爆破后岩石块度的图像统计方法，其步骤是：

步骤一、在现场使用照相机(任一种)取得爆后的岩石图片；

步骤二、将图片导入电脑，使用adobe公司开发的photoshop图像处理软件对照片做预处理，使其成像效果更佳；

步骤三、将图片在adobe公司开发的photoshop中进行处理，使用查找边缘选项勾勒出岩石块体模糊边缘；

步骤四、将边缘线附在原始图片上，使用快速选择功能勾勒出岩石块体的准确边界，并将每个块体转换为白色表示；细粉粒部分不便于直接绘制边界，可将其做黑色部分处理，整体计算。

步骤五、将图片导入matlab中，编写相关程序，运用图像处理技术，统计二维图片中的块体大小及数量，转化为三维体积与数量后，完成岩石块度统计。

上述五个步骤中最关键的步骤为第四步与第五步。现有技术在完成第三步后就对原图片进行黑白化处理(将边界描黑、岩石块体涂白)，完成块度分析，虽然速度较快，但统计结果精确度低、误差大，无法满足工业统计的需要；而如果直接人工描绘边界，准确度虽然提高，但速度慢，无法实现现场块度统计。为解决上述问题，在第四步中本专利将模糊边界设为蓝色后，附在原图上。后使用快速选择工具描绘边界，此时原图的边界与已有的蓝色边界可以帮助工作者快速描绘每个块体的清晰边界。边界查找准确率高，速度快，可以同时满足块度分析的工业精度与现场大规模统计需要。

在步骤五中，不同于现有方法仅获得边界勾勒完成的二维图片，无法直接获得所需要的最终块度信息。本专利将边界勾勒完成的二维图片使用matlab编制程序处理，操作人员仅需将图片导入即可立即获得最终块度分布，简单快捷，满足现场人员使用需要。相较于现有技术方案，编制的matlab程序不仅很方便可以输出统计的每一个岩块信息，如体积等，且可以快速得到统计信息，直接输出现场所需结果。

进一步地，在现场照相时需在固定位置平行放置两个长度相同的米尺，以用于后期校正图片的梯形失真。

进一步地，整个爆堆分为5层拍照，第一层定义为刚完成爆破岩块未搬运前；第二层为搬运20％后，第三层定义为搬运40％后，第四层为搬运60％后，第五层为搬运80％后的爆堆。爆堆的全景无法仅通过单一的照片获得，需在不同角度共拍摄5-10张照片，后对照片进行拼接，得到某层爆后岩块全景图。

进一步地，应在装运岩石块体时拍照，保持在同一位置、同一高度、同一角度对搬用后剩余岩石块体拍照。

进一步地，对照片的预处理包括梯形失真校正、调整对比度与降低噪点干扰。后使用查找边缘选项，电脑自动依据像素分界，但获得的边界模糊。现有技术在完成此步后就进行块度分析，此时统计的块度精确度低，误差大，无法满足工业统计的需要。

进一步地，不同于现有方法的直接将边界描黑、岩石块体描白，本专利将模糊边界设为蓝色后，附在原图上。使用快速选择工具描绘边界，此时原图的边界与已有的蓝色边界可以帮助工作者快速描绘每个块体的清晰边界。边界查找准确率高，速度快，可以同时满足工业的精度与大规模统计需要。

进一步地，获得的显示边界的图片为二维图片，需使用二维转三维公式换算得到岩块三维体积。使用等体积球的直径近似表征岩块的尺寸，在完成块度统计后作出尺寸分布曲线。

进一步地，不同于现有方法仅获得边界勾勒完成的二维图片，无法直接获得所需块度信息。本专利将边界勾勒完成的二维图片使用matlab编制程序处理，操作人员仅需将图片导入即可立即获得最终块度分布，简单快捷，满足现场人员使用需要。

进一步地，在步骤五中是使用matlab编制程序输出块体大小及数量信息。具体编制思路与过程为：

A、运用matlab编程，完成像素分析，得到二维图片中被蓝色边界分割的代表岩块的白色部分的数量与各白色部分的面积

B、编程实现图片白色面积与实际代表面积之间的换算，得到图片中岩块的实际表面积大小，将其输出为数值A_i，i表示块体的编号

C、将二维转三维换算公式编程，代入岩块面积A_i，可求得各个岩块体三维体积V_i。将等效球理论公式编程，将V_i代入可求得块体的等效球体积V_ci。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

本发明的图像统计爆后岩石块度分布的方法，经现场拍照，后期室内图像处理与编程统计获得爆后岩石块度。采用的边缘检测方法相对于已有前的图像处理更注重人机交互，在图像处理得到大致边缘后，人工确定真实边界，最大程度的避免噪音干扰。并且操作全部利用现有成熟软件，是对各种软件的深度组合与利用，为有效采用图像处理技术实现爆后岩石块度统计提供了新的思路与方法，获得的统计数据相较于之前的处理技术具有更高的准确度。

附图说明

图1为一种爆破后岩石块度的图像统计方法现场拍照的示意图；

图2为一种爆破后岩石块度的图像统计方法初步处理图像后的伪点图与边缘线图；

图3为一种爆破后岩石块度的图像统计方法得到的块体分布图示例；

图4为一种爆破后岩石块度的图像统计方法最终求得的块度分布曲线。

图中：1、照相装置(佳能EOS 750D)；2、米尺；3、爆堆；4、伪点；5、边缘线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

一种爆破后岩石块度的图像统计方法，它具体包括以下步骤：

1)参考图1，首先进行现场拍照，整个爆堆分为5层拍照，第一层定义为刚完成爆破岩块未搬运前；第二层为搬运20％后，第三层定义为搬运40％后，第四层为搬运60％后，第五层为搬运80％后的爆堆。选择装运岩块时在同一位置、同一高度、同一角度用照相装置1拍照，在上一层的岩石装运完成后，对当前处于表面的岩块爆堆3进行拍照；

2)参考图1，在拍照时现场往往无法实现垂直拍照，倾斜拍照时照片会发生梯形失真；

3)为修正形状畸变，需在照片范围内平行放置两个长度相同的米尺2，且米尺2与照片上下边缘也保持平行，同时需测得两个米尺之间的距离。处理的方法为使两个米尺保持平行、长度相等，且两个米尺之间的距离与实际相符，即可完成校正；

4)将现场照片导入电脑，使用图像处理软件校正梯形失真、调整对比度与降低噪点干扰，大多数软件如Photoshop，FastStone Image Viewer，iSee等都可实现上述处理，本例选用photoshop；

5)将上步处理后的图片在photoshop中使用查找边缘功能勾勒出岩石块体的粗糙边缘线5。参考图2，完成此步骤后可见大量的伪点4，这是由于图像处理按照像素大小确定是否为边界，块体表面的凹凸不平与暗处会被错误判断。现场情况复杂，造成伪点众多；

6)将边缘线5附在原始图片上，可见在原始图片块体的边缘分界清晰明显。伪点4处由于面积较小且不连续，对原图的成像效果干扰不大。此时进行下一步操作，使用快速选择功能选择每个块体边缘，描边并填充为白色。最终成像效果参考图3；

7)将图片导入编写好的程序中识别各块体大小及数量，运用等效球理论，输出块体三维体积与数量，使用等体积球的直径近似表征岩块的尺寸。在完成块度统计后作出尺寸分布曲线，参考图4。

所述的步骤七中是使用matlab编制的程序：

A、运用matlab编程，完成像素分析，得到二维图片中被蓝色边界分割的代表岩块的白色部分的数量与白色部分的面积

B、编程实现图片白色面积与实际代表面积之间的换算，得到图片中岩块的实际表面积大小，将其输出为数值A_i，i表示块体的编号

C、将二维转三维换算公式编程，代入岩块面积A_i，可求得各个岩块体三维体积V_i。将等效球理论公式编程，将V_i代入可求得块体的等效球体积V_ci

所述的步骤5)中，粉粒的边界不进行勾勒，将粉粒堆整体表示为黑色区域，单独进行体积计算。

所述的步骤6)中，按照等效球的直径将其分为10-20个区间来绘制尺寸分布曲线。

本实施例中，每层的块体拍摄5-10张照片，拍照时尽量由同一个人执行。

实施例2：

一种爆破后岩石块度的图像统计方法，其步骤是：

(一)现场拍照：

现场拍照需要2个米尺与相机，米尺的长度相同，相机要能够获得清晰的现场照片。本例选取两个2米长的米尺，2000万像素的数码相机拍照取样，每层岩块拍得6张照片。

(二)照片的预处理：

将照片导入电脑，选择效果较好的进行预处理。本例爆堆在单一照片中无法全部包括，需对照片进行拼接；在梯形失真校正后完成拼接；增大对比度，增加亮度，降低噪点干扰。

(三)粗糙边缘的获得：

使用photoshop中查找边缘功能勾勒出岩石块体的粗糙边缘，完成此步骤后除边缘线也可见大量的伪点，且一部分边缘线也未显现。

(四)获得清晰块度分布图像：

将边缘线附在未搜索边缘线图片上，可见其上的边缘分界清晰，而伪点处由于面积较小且不连续，对图片干扰不大。使用快速选择功能人工勾勒出块体边缘，按照块度由大到小勾勒边缘、描边并填充为白色，且先对边界清晰的块体进行勾勒，对不清楚或不完整的边界线直接在未搜索边缘线图片上绘出。使边缘线先清楚显现后勾勒是为了更好更快的实现快速选择。对于粉粒状的岩块，单独执行四步骤，确定粉粒堆的边界。

(五)求得块体数据并记录：

将图片导入编写的程序中，输出得到二维下块体的大小与数量，三维块体体积与数量，根据块体的等效球直径，将块度尺寸分为10个区间，求得每个区间的体积百分比后绘制分布曲线。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种爆破后岩石块度的图像统计方法，其步骤是：

A、在现场使用照相机取得爆后的岩石图片；

B、将图片导入电脑，使用photoshop图像处理软件对照片做预处理；

C、将图片在photoshop中进行处理，使用查找边缘选项勾勒出岩石块体模糊边缘；

D、将边缘线附在原始图片上，使用快速选择功能勾勒出岩石块体的准确边界，并将每个块体转换为白色表示；细粉粒部分不便于直接绘制边界，将其做黑色部分处理，整体计算；

E、将图片导入matlab中，编写相关程序，运用图像处理技术，统计二维图片中的块体大小及数量，转化为三维体积与数量后，完成岩石块度统计；

在现场照相时在固定位置平行放置两个长度相同的米尺，用于后期校正图片的梯形失真；

整个爆堆分为5层拍照，第一层定义为刚完成爆破岩块未搬运前；第二层为搬运20％后，第三层定义为搬运40％后，第四层为搬运60％后，第五层为搬运80％后的爆堆，在不同角度共拍摄5-10张照片，后对照片进行拼接，得到某层爆后岩块全景图；

在装运岩石块体时拍照，保持在同一位置、同一高度、同一角度对搬用后剩余岩石块体拍照；

所述的对照片的预处理包括梯形失真校正、调整对比度与降低噪点干扰，后使用查找边缘选项，电脑自动依据像素分界，获得的边界模糊，将模糊边界设为蓝色后，附在原图上，使用快速选择工具，原图的边界与已有的蓝色边界描绘每个块体的清晰边界；

所述的获得的显示边界的图片为二维图片，使用二维转三维公式换算得到岩块三维体积，使用等体积球的直径近似表征岩块的尺寸，在完成块度统计后作出尺寸分布曲线。

2.根据权利要求1所述的一种爆破后岩石块度的图像统计方法，其特征在于：所述的步骤(E)中是使用matlab编制的程序：

A、运用matlab编程，完成像素分析，得到二维图片中被蓝色边界分割的代表岩块的白色部分的数量与白色部分的面积；

B、编程实现图片白色面积与实际代表面积之间的换算，得到图片中岩块的实际表面积大小，将其输出为数值A_i，i表示块体的编号；

C、将二维转三维换算公式编程，代入岩块面积A_i，可求得各个岩块体三维体积V_i；将等效球理论公式编程，将V_i代入可求得块体的等效球体积V_ci。

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