CN116612114A - 图像处理视域下的透水混凝土胶石比确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了图像处理视域下的透水混凝土胶石比确定方法，主要包含：步骤一，图像采集。步骤二，胶石比计算，其中步骤二又包含：（1）将彩色图像转化为灰度图像；（2）获取灰度图像以及灰度频率直方图；（3）对灰度频率分布曲线进行2个正态分布密度函数曲线拟合；（4）确定凝胶的识别面积比；（5）确定实际胶石比。图像处理视域下的透水混凝土胶石比确定方法，可以直接检测透水混凝土胶石比，有利于透水水泥混凝土路面强度以及透水性能的控制。
Description
技术领域
本发明涉及信息模型技术领域，尤其涉及图像处理技术在路面工程中的应用。本发明提出了图像处理视域下的透水混凝土胶石比确定方法。
背景技术
透水混凝土是经过特殊无机型透水保水水泥混凝土增强剂经与水混合形成稀释液再于水泥混合形成水泥浆包裹住粗、细骨料，配合精细施工制成具有连续孔隙的高强度透水混凝土，是一种新型生态环保型城市道路的铺装材料，它既可满足城市各种载荷道路的强度要求，又具有透气透水性，分解汽车尾气等有害气体，吸附微小粉尘，降音、降噪，缓解城市“热岛效应”等。
胶石比对透水混凝土的微观结构产生很大的影响，直接影响水泥石的强度以及水泥石与骨料的粘结强度。胶石比小时水泥浆体不足以均匀包裹骨料所有表面，不利于混凝土强度的提高。胶石比过大，水泥浆体相对较稀，导致水泥浆体流动性增加，水泥浆体向下流动形成的试件下部较密实，而上部只是粗骨料堆积在一起，缺少胶结，整体强度也会降低，且会堵塞透水混凝土孔隙，降低透水性能。当前尚没有较好的方法直接检测透水混凝土胶石比，因此在施工过程或路面成型后无法得知所做的透水混凝土是否为预定的配合比，不利于透水水泥混凝土路面强度以及透水抗滑等性能的控制。
专利申请CN112094082A公开了一种基于浆骨比和胶凝材料的透水混凝土的配制方法。该方法是根据胶结料浆体占透水混凝土比例和粗骨料占透水混凝土比例确定浆骨比，然后科学合理的确定透水混凝土的胶凝材料用量，计算用水量，最终确定配合比。但是未提及如何检测透水混凝土的胶石比。
专利申请CN113777003A、CN113155707A、CN112986103B和CN115436255A等均公开了通过设备创新对透水混凝土的透水性能提出了检测方法，但是未提及如何检测透水混凝土的胶石比。
专利申请CN114804702A公开了一种透水混凝土粘结剂和透水混凝土的组分构成。但是未提及如何检测透水混凝土的胶石比。
专利申请CN107500656B公开了一种基于胶浆特性的透水混
凝土配合比设计方法。通过对透水混凝土中水泥胶浆配比的设计，控制胶浆的流动度、粘度和粘结强度等，根据目标透水混凝土所需要的透水性能和强度指标要求，确定胶浆所对应所需的流动度、粘度和粘结强度。但是未提及如何检测透水混凝土的胶石比。
专利申请CN109369104B公开了一种高强度、高透水混凝土的制备方法，包括重量份数的原料。形成最紧密的浆体后再与粗骨料在富余系数的指导下进行透水混凝土的配合比设计，制备出的透水混凝土具有的优异性能。但是未提及如何检测透水混凝土的胶石比。
论文《水胶比对再生骨料透水混凝土性能的影响分析》, 陈守开，李炳林等，来源：水力发电，2019，45(10)：122-128。
设计了以水泥为胶凝材料的变水胶比的配合比试验。研究了水胶比、骨灰比对再生骨料透水混凝土性能的影响规律。在此基础上，对配合比方案进行综合评价。但是未提及如何检测透水混凝土的胶石比。
论文《外加剂与水胶比对混凝土氯离子渗透性的影响》，郭伟，秦鸿根等，来源：硅酸盐通报，2010，29(06)：1478-1483。
研究了外加剂与水胶比对混凝土氯离子渗透性的影响，并对试验结果进行了分析。但是未提及如何检测透水混凝土的胶石比。
论文《透水混凝土路面的配合比设计与性能试验研究》，徐行军，林开钊等，来源：混凝土，2018(06)：136-140。
采用体积法，研究了混凝土路面的配合比设计和性能试验。但是未提及如何检测透水混凝土的胶石比。
论文《透水混凝土强度及渗透性能研究》，明瑞平，谢艾利等，来源：混凝土，2022(04)：147-149+153。
通过试验研究了硅灰、水泥对透水混凝土抗压和抗折强度的影响，根据透水路面透水系数长期原位监测试验揭示了透水路面堵塞规律，并对不同堵塞程度路面进行渗透能力恢复研究。但是未提及如何检测透水混凝土的胶石比。
通过以上相关文献的分析可以发现，现有透水混凝土的研究主要集中在原材料组成、材料配合比设计以及相关性能参数的验证上，对于透水混凝土的胶石比这一决定性能的原生参数的检测方法较少涉及，更没有与图像处理技术相结合的相关研究。然而施工的透水混凝土实际胶石比是否为设计的胶石比，对透水混凝土实际的强度以及透水系数等指标的影响巨大，因此基于图像处理技术的透水混凝土胶石比检测技术显得迫切且必要。
发明内容
为解决在透水水泥混凝土路面胶石比难以控制与检测的问题，本发明提出了图像处理视域下的透水混凝土胶石比确定方法。
为了实现上述目的，本发明提供了如下方案：
透水混凝土胶石比图像处理确定方法，包括以下步骤：
步骤一，图像采集。
步骤二，胶石比计算。
本发明的进一步技术：
优选的，步骤一包括：
将透水混凝土试件放置在白色背景纸上，并纸中间画一个已知半径的圆作为参照物，通过高清相机从正上方拍摄。这样便能得到像素与真实长度之间的换算比例，从而计算出试件中骨料以及浆体的真实尺寸。
优选的，步骤二包括：
（1）将彩色图像转化为灰度图像
彩色图像转化为灰度图像的公式为:
g=0.299R+0.587G+0.114B，0≤g≤255
g为灰度值；R为红色值；G为绿色值；B为蓝色值，均取整数。
（2）获取灰度图像以及灰度频率直方图
fi=ni/wh
fi为第i级灰度图像出现的频率（%），ni为第i级灰度图像出现的频数（个），w和h分别为图像的宽度和高度的像素点数。
（3）对左锋的灰度频率分布曲线进行2个正态分布密度函数曲线拟合：
a、b分别为2个正态分布的权系数； 分别为第一和第二正态分布对应的灰度平均值和标准差。
（4）确定凝胶的识别面积比
凝胶的识别面积比则为第一个正态分布范围内的灰度的累计频率：
为凝胶的识别面积比（%）；i、j分别为凝胶灰度范围的上下限；m、n分别为标准差的倍数；[.]为取整符号。
分别取m、n值为0.3、0.6、0.9，经图像处理后对识别沥青面积比与实际胶石比进行相关性分析，相关系数最大时得到合适的m、n的值，从而确定合理的灰度范围。
（5）确定实际胶石比。对透水混凝土的多个切面进行图像处理后，分别累计凝胶灰度范围内灰度的频率，计算透水混凝土的识别面积比。经统计分析，对各透水混凝土的凝胶的识别面积比和实际胶石比进行线性回归分析，可获得透水混凝土凝胶的识别面积比与实际胶石比间的相关系数a、b，即可直接计算透水混凝土的实际胶石比。
Pa=aPb+b
为凝胶的识别面积比（%）， />为实际胶石比。
本发明的有益效果为：
本发明提出的胶石比图像处理确定方法，是在计算机图像处理的理论基础上，先进行图像数据采集以及已知半径圆与浆体骨料尺寸比例换算，可计算出试件中骨料以及浆体的真实尺寸。将采集到的透水混凝土试件切片彩色图片通过数字转化为灰度图像，正态分布函数拟合灰度图像以及灰度频率直方图。取不同正态分布的标准差的倍数，实际计算凝胶面积比与实际胶石比，依据相关系数最大时得到合适的m、n的值，从而确定合理的灰度范围。最后对比识别的胶石比与实际胶石比之间的关系，建立相关线性关系，以便直接预测实际胶石比。
附图说明
图1为步骤一中透水混凝土试件切片图像采集示意图。
图2为步骤二中拟合的2个正态分布密度函数曲线。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本说明，并不用于限定本发明。
实施例一：图像处理视域下的透水混凝土胶石比确定方法，包括以下步骤：
步骤一，图像采集。
步骤二，胶石比计算。
某高速公路项目广场拟铺筑透水混凝土路面，前期通过设计确定每立方混凝土配合比为：粗集料：细集料：水泥：水：增强剂：减水剂=1364kg：186kg：450kg：128.25kg：13.5kg：1.12kg。
1) 步骤一，图像采集：
成型透水混凝土试件之后，采集的照片中黑色圆点半径为2cm，占用的像素为150X150，因此计算可得实际尺寸与像素的换算比例为(3.14X2X2)/(150X150)=0.00056cm2/像素。试件中其余骨料以及浆体的真实尺寸可根据此换算系数以及图像中占用的像素计算实际面积大小。
2）步骤二，胶石比计算。
（1）将彩色图像转化为灰度图像
彩色图像转化为灰度图像的公式为:
g=0.299R+0.587G+0.114B，0≤g≤255
g为灰度值；R为红色值；G为绿色值；B为蓝色值，均取整数。
（2）获取灰度图像以及灰度频率直方图
fi=ni/wh
fi为第i级灰度图像出现的频率（%），ni为第i级灰度图像出现的频数（个），w和h分别为图像的宽度和高度的像素点数。
输入电脑对彩色透水混凝土试件图像进行灰度化处理，获得相应的灰度图像及灰度频率分布。
（3）对灰度频率分布曲线进行2个正态分布密度函数曲线拟合：
a、b分别为2个正态分布的权系数； 分别为第一和第二正态分布对应的灰度平均值和标准差。
分别为为17.3，95.4，26.5。/>分别8.4，61.2，15.1。
（4）确定凝胶的识别面积比
凝胶的识别面积比则为第一个正态分布范围内的灰度的累计频率：
为凝胶的识别面积比（%）；i、j分别为凝胶灰度范围的上下限。
m、n分别为标准差的倍数；[.]为取整符号。
分别取m、n值为0.3、0.6、0.9，经图像处理后对识别凝胶面积比与实际胶石比进行相关性分析，相关系数最大时得到合适的m、n的值，从而确定合理的灰度范围。
不同m、n值下的识别胶石比与实际油石比之间的相关关系及相关系数
（5）确定实际胶石比
由以上计算表格可知，当m取0.9，n取0.6时，相关系数R数值最大。由此确定胶凝材料的灰度范围为。带入正态分布密度函数曲线拟合公式，计算可得透水混凝土胶石比为0.44，实际胶石比为0.38。
实际胶石比与识别胶石比之间的换算关系为：
Pa=1.3546Pb-0.22
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (1)
1.图像处理视域下的透水混凝土胶石比确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，图像采集
将透水混凝土试件放置在白色背景纸上，并在纸中间画一个已知半径的圆作为参照物，通过高清相机从正上方拍摄，得到像素与真实长度之间的换算比例，计算出试件中骨料以及浆体的真实尺寸；
步骤二，胶石比计算
（1）将彩色图像转化为灰度图像
彩色图像转化为灰度图像的公式为:
g=0.299R+0.587G+0.114B，0≤g≤255
g为灰度值；R为红色值；G为绿色值；B为蓝色值，均取整数；
（2）获取灰度图像以及灰度频率直方图
fi=ni/wh
fi为第i级灰度图像出现的频率，%；ni为第i级灰度图像出现的频数，个；w和h分别为图像的宽度和高度的像素点数；
（3）对灰度频率分布曲线进行2个正态分布密度函数曲线拟合：
a、b分别为2个正态分布的权系数；分别为第一和第二正态分布对应的灰度平均值和标准差；
（4）确定凝胶的识别面积比
凝胶的识别面积比则为第一个正态分布范围内的灰度的累计频率：
为凝胶的识别面积比（%）；i、j分别为凝胶灰度范围的上下限；m、n分别为标准差的倍数；[.]为取整符号；
分别取m、n值为0.3、0.6、0.9，经图像处理后对识别凝胶面积比与实际胶石比进行相关性分析，相关系数最大时得到合适的m、n的值，从而确定合理的灰度范围；
（5）确定实际胶石比
对透水混凝土的多个切面进行图像处理后，分别累计凝胶灰度范围内灰度的频率，计算透水混凝土的识别面积比，经统计分析，对各透水混凝土的凝胶的识别面积比和实际胶石比进行线性回归分析，可获得透水混凝土凝胶的识别面积比与实际胶石比间的相关系数a、b，即可直接计算透水混凝土的实际胶石比；
Pa=aPb+b
为凝胶的识别面积比（%），/>为实际胶石比。
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