CN203786045U - 快速确定混凝土切片内砂浆/骨料面积含量的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种快速确定混凝土切片内骨料/砂浆面积含量的装置,其包括:获取混凝土切片的数字图像的数字图像获取装置、获取数字图像中砂浆和/或骨料的像素数的像素数获取装置,以及利用获取的像素数来计算得出混凝土切片内砂浆/骨料的面积含量的计算装置,还可以包括用于对所述混凝土切片进行染色的染色装置,以首先对混凝土切片内的砂浆进行浸渍染色以增强砂浆和骨料在彩色图像HSB 空间中的对比度,然后再利用彩色图像分割技术提取切片图像中的砂浆(或骨料)区域,以便准确、快速的获取像素。本实用新型操作简单,且染色时不需要对切片进行加热、抽真空或施加高压等处理,可快速准确地确定混凝土切片内的砂浆或骨料面积含量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种快速确定混凝土切片内骨料/砂浆面积含量的装置,尤其是一种实现基于彩色图像分割技术快速确定混凝土切片内骨料/砂浆面积含量的方法的装置。
背景技术
在细观尺度下混凝土可看作由骨料和砂浆组成的两相复合材料。混凝土微观检测分析中常常需要确定切片中砂浆/骨料的面积或面积含量(面积含量指混凝土切片中的砂浆/骨料的面积占切片总面积的百分比)。
目前,通常采用的方法是将切片图像导入CAD或Photoshop等绘图软件中,手工勾绘出骨料的轮廓,然后计算确定骨料的面积,再通过得出的骨料面积计算切片中砂浆/骨料的面积含量。
该方法存在如下缺陷:
1、手工勾绘耗时长,导致该方法的效率不高,尤其是处理量较大时,弊端更为明显;
2、由于切片中各区域的面积大小不一,且形状各异,而且手工勾绘过程操作时间较长,因此,不仅操作效率低,而且对于操作人员而言也是一种考验,稍不注意即会出现错误,若要保证结果的准确,操作人员往往要付出极大的辛劳,而且长期从事该工作时,还容易对操作人员的身体造成些许危害,如近视等;
3、该种方法对于操作人员的个人能力、业务水平具有较高的依赖程度,对于相关素质不高的人员而言,难以胜任该工作;
4、由于切片中主要是砂浆和骨料,二者的色泽、亮度等差别不大,使得制成的切片内,骨料的边缘存有不够清晰的情况,此时,肉眼往往难以区分,使得手工勾绘困难,进一步容易导致结果偏差;
5、操作过程一定要先计算出骨料的面积,之后才能确定面积含量,对于仅需要面积含量的情况,其计算骨料面积的中间步骤实属多余,使得整个过程更加繁琐,增加了工作量,也导致出错率更高。
由于现有技术中方法固有的缺陷,也缺少一种能快速确定混凝土切片内骨料/砂浆面积含量的装置。
实用新型内容
为解决以上问题,本实用新型提出一种快速确定混凝土切片内骨料/砂浆面积含量的装置,可快速且准确地确定混凝土内砂浆、骨料的面积或面积含量。
本实用新型提供的主要技术方案是:
一种快速确定混凝土切片内砂浆/骨料面积含量的装置,其包括:
获取混凝土切片的数字图像的数字图像获取装置;以及
获取数字图像中砂浆和/或骨料的像素数的像素数获取装置。
其中,优选为,所述数字图像获取装置为能获取彩色数字图像的彩色数字图像获取装置。
优选为,所述像素数获取装置是通过对黑白图像的像素计数来获得像素数的黑白图像像素数获取装置。
优选为,所述黑白图像像素数获取装置中设有通过彩色图像分割得到黑白图像的彩色图像分割装置。
优选为,所述彩色图像分割装置中设有获取HSB空间中通道信息的通道信息获取装置、获取进行彩色图像分割所依据的分割阙值的分割阙 值获取装置。
优选为,所述通道信息获取装置中设有获取HSB空间中亮度通道的两峰值的亮度通道信息获取装置,所述分割阙值获取装置中设有依据HSB空间中亮度通道的两峰值的中间值作为分割阈值的亮度分割阙值获取装置。
上述任一种所述的快速确定混凝土切片内砂浆/骨料面积含量的装置,优选为,还包括用于对所述混凝土切片进行染色的染色装置,所述染色装置不设置加热装置、抽真空装置和加压装置中的任何一种。
优选为,所述染色装置包括染色溶液配制装置,所述染色溶液配制装置设有第一液体入口、第二液体入口和混合液体出口。
其中,所述第一、第二液体入口分别连接有一有机染色剂供应装置和一酒精供应装置,或者,所述第一、第二液体入口分别连接有染色剂供应装置和水溶性液体供应装置。
优选为,所述染色装置还包括混凝土切片浸泡装置,其液体输入口连接所述染色溶液配制装置的混合液体出口以接入所述染色溶液。
优选为,所述染色装置还包括对经浸泡染色晾干后的混凝土切片进行打磨以除去表面残留的溶质的打磨装置。
上述任一种所述的快速确定混凝土切片内砂浆/骨料面积含量的装置,优选为,还包括利用获取的像素数来计算得出混凝土切片内砂浆/骨料的面积含量的计算装置。
本实用新型的有益效果是:本实用新型的装置能采用快速的方法确定混凝土切片内骨料/砂浆面积含量,该装置使得该方法操作起来简单方便,适用于采用数字图像处理方式获得骨料、砂浆的面积/面积含量,效率很高,尤其是处理量较大时,效果更明显,且该装置使得相应方法的可再现性好,对于人工操作水平的依赖度较低,减少了人工误差的操作 出错几率,并降低了劳动强度,还有助于节约人工资源,经过染色处理后骨料边缘易于分割,准确度更高,且可以在不计算出面积的情况下即可得出面积含量,步骤更简洁。
附图说明
图1是本实用新型一个实施例的整体结构示意图;
图2是本实用新型又一个实施例的整体结构示意图;
图3是基于图2中的装置实施例的方法流程示意图;
图4是本实用新型中对现有技术进行对比的对比例的流程示意图;
图5是对本实用新型第一对比例中的混凝土切片染色前的组织结构示意图利用现有技术手工划分骨料后的切片图像示意图;
图6是对本实用新型第二对比例中的混凝土切片染色前的组织结构示意图利用现有技术手工划分骨料后的切片图像示意图。
具体实施方式
为更好的解释本实用新型,以便于理解,下面结合具体实施例对本实用新型作进一步描述。
参见图1,本实用新型提供的一种快速确定混凝土切片内骨料/砂浆面积含量的装置的实施例,其包括:
获取混凝土切片的数字图像的数字图像获取装置;以及
获取数字图像中砂浆和/或骨料的像素数的像素数获取装置。
所述数字图像获取装置可以是数码相机、智能手机、电脑、PAD、扫描仪等各种能够获取数字图像的电子产品。
所述像素数获取装置可以是电脑、PAD等各种能够获取数字图像的像素的电子产品。
该实施例可以采用如下方法来操作,具体步骤包括:
步骤S100、采用数字图像获取装置获取混凝土切片的数字图像;
步骤S200、采用像素数获取装置利用步骤S100中获取的数字图像来获取其中砂浆和/或骨料的像素数;
步骤S300、利用步骤S200中获取的像素数来计算得出混凝土切片内砂浆/骨料的面积含量(该步骤可以人工或自动执行)。
本实用新型的基本设计思路为:
像素是数字图像的基本组成单位,并且,像素数量的多少可用来表征数字图像的实际尺寸大小,同时,对一幅数字图像而言,统计像素数目是很容易实现的。因此,基于数字图像的像素数可以被快速、准确的获取,对于需要确定面积含量的混凝土切片而言,可以利用数字图像的该种特性,利用获得的像素数确定其中的骨料/砂浆面积含量。
若要获得准确的结果,首先需要保证获取的骨料/砂浆各自的像素数的准确性,然而,实际上,基于混凝土切片获取的数字图像中,由于混凝土中的不同结构组分(如骨料与砂浆)难以区分,因此,若要直接获得其中的骨料/砂浆的准确的像素数,往往较为困难。
因此利用像素数来确定骨料/砂浆面积含量的关键是如何利用像素的特定属性对骨料/砂浆进行区分,以期准确获取骨料/砂浆各自的像素数。
为了能更准确的获取骨料/砂浆的像素数,本实用新型中采取了多种手段,以期快速、准确的获取骨料/砂浆的像素数。
在本实用新型的一个实施例中,以黑白数字图像作为获取骨料和砂浆各自像素数的基础,以期获得区分骨料和砂浆的更佳效果。
在本实用新型的一个实施例中,以黑白数字图像中的黑与白分别表征骨料和砂浆,以期获得区分骨料和砂浆的更佳效果。
在本实用新型的一个实施例中,首先对获取的数字图像进行处理,以期获得区分骨料和砂浆的更佳效果。
在本实用新型的一个实施例中,获取数字图像之前首先对混凝土切片进行处理,以期获得区分骨料和砂浆的更佳效果。
在本实用新型的一个实施例中,获取数字图像之前首先对混凝土切片进行染色处理,以期获得区分骨料和砂浆的更佳效果。
在本实用新型的一个实施例中,获取数字图像之前首先将混凝土切片染成彩色的,并获取彩色的数字图像,以期获得区分骨料和砂浆的更佳效果。
在本实用新型的一个实施例中,对获取的彩色的数字图像进行处理,以期获得区分骨料和砂浆的更佳效果。
在本实用新型的一个实施例中,首先获取彩色的数字图像,再对彩色数字图像进行彩色图像分割,形成黑白图像,之后再获取黑白图像中表征骨料和砂浆的各自的像素数,以期获得区分骨料和砂浆的更佳效果。
在本实用新型的一个实施例中,利用数字图像中HSB空间中的相应通道信息来进行彩色图像分割,以期获得区分骨料和砂浆的更佳效果。
在本实用新型的一个实施例中,利用数字图像中亮度值的不同来识别表征混凝土的不同结构组分(如骨料和/或砂浆),以期获得区分骨料和砂浆的更佳效果。
在本实用新型的一个实施例中,在HSB空间中的右边的峰值(亮度值较大的峰)来源于所有砂浆像素亮度值的统计结果,表示砂浆像素的亮度值在该峰值附近分布;而左边的峰值(亮度值较小的峰)来源于所有骨料像素亮度值的统计结果,表示骨料像素的亮度值在该峰值附近分布。
在本实用新型的一个实施例中,利用HSB空间中亮度通道的两峰值 的中间值作为分割阈值来进行彩色图像分割,以期获得区分骨料和砂浆的更佳效果。其中,当分割阈值取为两峰值中间值的±5范围内时,对最终骨料/砂浆的面积含量几乎没有影响。
在本实用新型的一个实施例中,选取合适的染色剂对混凝土进行染色的原则是选择的染色剂只对骨料和砂浆中的一种组分进行染色,而不浸染另一种组分,这样在切片数字图像中骨料和砂浆像素的亮度特性就会有明显的区别而实现了区分。骨料和砂浆在物理特性方面最大的不同是孔隙率的不同(岩石致密、砂浆疏松多孔,砂浆孔隙率明显高于岩石),利用这种不同,经尝试,发现一种有机染色剂在有效浸染砂浆的同时对骨料几乎没有浸染作用,且染色步骤简单快捷。该染色剂的特性是能充填进入疏松多孔的砂浆而实现染色作用,而对致密的骨料几乎没有浸渍染色能力。
参见图2,本实用新型的一个优选实施例中,其包括依次设置的切片制备装置(现有技术)、染色装置、打磨装置、彩色数字图像获取装置、彩色图像分割装置、黑白图像像素获取装置和计算装置,其中:
所述染色装置不设置加热装置、抽真空装置和加压装置中的任何一种,使得所述染色的整个过程是在不对混凝土切片进行加热、抽真空或施加高压的常态试验室条件下进行的,所述染色装置包括染色溶液配制装置和混凝土切片浸泡装置(该二者也可以为一个装置,先后执行配制和浸泡两个步骤即可),所述染色溶液配制装置设有第一液体入口、第二液体入口和混合液体出口(该三个口也可以整合为一个口),所述第一、第二液体入口分别连接有一有机染色剂供应装置和一酒精供应装置(或者,所述第一、第二液体入口分别连接有一染色剂供应装置和水溶性液体供应装置);
所述彩色图像分割装置包括通道信息获取装置和分割阙值获取装置,所述通道信息获取装置包括亮度通道信息获取装置,所述分割阙值获取装置包括亮度分割阙值获取装置;
所述彩色数字图像获取装置可以为任何能够获取彩色数字图像的电子产品,如数码相机、智能手机、带摄像装置的电脑、PAD、扫描仪等;
所述彩色图像分割装置可以为安装有相应软件的电脑、PAD等;
所述黑白图像像素获取装置可以为安装有相应软件的电脑、PAD等;
所述计算装置可以为计算器、安装有相应软件的电脑、PAD、手机等;
其中,所述彩色数字图像获取装置、彩色图像分割装置、和计算装置中的任两个、任三个或四个全部整合于一体,例如可以采用一台具有该四者全部的相应功能的电脑。
参见图3,该实施例可以采用如下方法来操作,具体步骤包括:
步骤S10、制备切片(可以采用现有技术的方法、装置);
步骤S40、之后将切片置入混凝土切片浸泡装置中,浸泡于一种染色溶液中5-24小时(例如可以浸泡于有机染色剂的酒精溶液中12小时);
步骤S50、取出晾干,并以打磨装置稍稍打磨;
步骤S60、采用数字图像获取装置获取染色后的该切片的数字图像;
步骤S70、采用通道信息获取装置获取步骤S60得到的该数字图像的HSB空间各通道信息;
步骤S90、以步骤S70获取的切片数字图像的HSB空间中亮度通道的两峰值的中间值作为分割阈值进行彩色图像分割,可得到砂浆、骨料 分割后的黑白图像;
步骤S100、对黑白图像进行像素计数获取砂浆和/或骨料的像素数;
步骤S200、利用步骤S100中获取的像素数来计算得出混凝土切片内的骨料面积含量。
为了进一步说明本实用新型的有益效果,以下还提供了本实用新型与现有技术的两个对比例(由于现有技术中并没有专门的装置,因此以基于本实用新型装置的方法与之进行对比)。
参见图4至图10,基于本实用新型装置的方法相较现有技术的第一对比例,其主要包括如下步骤:
步骤S10、制备切片1(可以是将一种典型混凝土试件的切片进行磨平);
步骤S20、采集该切片1的数字图像(参见图5);
步骤S30、获取步骤S20得到的该数字图像的HSB空间各通道信息统计(参见图6);
步骤S40、之后将切片1浸泡于一种染色剂的酒精溶液中12小时;
步骤S50、取出晾干,并稍稍打磨;
步骤S60、获取染色后的该切片1的数字图像(参见图7);
步骤S70、获取步骤S60得到的该数字图像的HSB空间各通道信息(参见图8);
步骤S80、将步骤S20获取的切片1的数字图像(图5)导入autoCAD(v2010a)软件中,采用现有技术下手工勾画轮廓的方式提取骨料区域(参见图10),并求得勾画出的骨料区域面积含量为46.0%;
步骤S90、以步骤S70获取的切片1数字图像的HSB空间中亮度通道的两峰值的中间值作为分割阈值进行彩色图像分割,可得到砂浆、骨料分割后的黑白图像(参见图9);
步骤S100、对黑白图像进行像素计数获取砂浆和/或骨料的像素数;
步骤S200、利用步骤S100中获取的像素数来计算得出混凝土切片1内的骨料面积含量为47.1%。
参见图4、图11至图16,基于本实用新型装置的方法相较现有技术的第二对比例,其主要包括如下步骤:
步骤S10、制备切片2(可以是将另一种典型混凝土试件的切片进行磨平);
步骤S20、采集该切片2的数字图像(参见图11);
步骤S30、获取步骤S20得到的该数字图像的HSB空间各通道信息统计(参见图12);
步骤S40、之后将切片2浸泡于一种染色剂的酒精溶液中12小时;
步骤S50、取出晾干,并稍稍打磨;
步骤S60、获取染色后的该切片2的数字图像(参见图13);
步骤S70、获取步骤S60得到的该数字图像的HSB空间各通道信息(参见图14);
步骤S80、将步骤S20获取的切片2的数字图像(图12)导入autoCAD(v2010a)软件中,采用现有技术下手工勾画轮廓的方式提取骨料区域(参见图16),并求得勾画出的骨料区域面积含量为56.3%;
步骤S90、以步骤S70获取的切片2数字图像的HSB空间中亮度通 道的两峰值的中间值作为分割阈值进行彩色图像分割,可得到砂浆、骨料分割后的黑白图像(参见图15);
步骤S100、对黑白图像进行像素计数获取砂浆和/或骨料的像素数;
步骤S200、利用步骤S100中获取的像素数来计算得出混凝土切片2内的骨料面积含量为57.6%。
将上述第一、第二对比例中的结果分别进行比对,参见表1。
表1基于本实用新型装置的方法与现有技术所得结果的对比
表1显示了经图像分割后得到的骨料面积含量与现有技术的方法所得到的数值的对比,可看出,以骨料面积含量为例,利用彩色图像分割技术处理后切片1和切片2的骨料面积含量与现有技术的相对误差不超过2.4%,具有很高的精度,且其速度更快,操作更简单。
将图3和图5、图9和图11分别进行对比可以看出,基于染色后的混凝土切片获取的数字图像中,砂浆和骨料在亮度通道有了明显的区分,呈现双峰值的特点,而饱和度通道则分布的更加均匀,色调通道更加集中,消除了其中紊乱的干扰。由此可知,基于染色后的混凝土切片获取的数字图像更适合于图像分割。
综上所述,基于本实用新型装置的方法主要是:首先对混凝土切片内的砂浆进行浸渍染色以增强砂浆和骨料在彩色图像HSB(色调-饱和度-亮度)空间中的对比度,然后利用彩色图像分割技术提取切片图像中的砂浆(或骨料)区域,从而快速确定出切片内的砂浆/骨料的面积和面积含 量。
基于本实用新型装置的方法主要有两个步骤。
第一个步骤是染色。首先是将混凝土样品切片置于一种染色溶液中浸泡,然后取出样品晾干。将切片表面采用1200#磨料研磨5分钟,即可去除约5~10微米厚的表层,这样可有效避免部分骨料表面残留的溶质对染色效果的影响(研磨时间不能过久,否则可能将已经染色了的砂浆全部磨去,从而造成染色过程的失败)。
该过程的目的是将砂浆染色。经过染色处理后,切片数字图像中砂浆和骨料在饱和度、亮度等参数方面对比明显,便于图像分割。
第二个步骤是数字图像处理。利用骨料和砂浆在HSB空间中的亮度或饱和度通道呈现出的明显的两峰值特性,进行彩色图像分割,即可实现砂浆和骨料的区分和分离。
分割出砂浆或骨料后,可获得混凝土的二值图像,砂浆/骨料的面积很容易通过简单的像素计数计算得到,进而求出砂浆/骨料的面积含量。
本实用新型的装置操作方法简单方便,采用数字图像处理方式获得骨料、砂浆的面积含量,效率很高,尤其是处理量较大时,效果更明显。
Claims (10)
1.一种快速确定混凝土切片内砂浆/骨料面积含量的装置,其特征在于,包括:
获取混凝土切片的数字图像的数字图像获取装置;以及
获取数字图像中砂浆和/或骨料的像素数的像素数获取装置。
2.如权利要求1所述的快速确定混凝土切片内砂浆/骨料面积含量的装置,其特征在于:所述数字图像获取装置为能获取彩色数字图像的彩色数字图像获取装置。
3.如权利要求2所述的快速确定混凝土切片内砂浆/骨料面积含量的装置,其特征在于:所述像素数获取装置是通过对黑白图像的像素计数来获得像素数的黑白图像像素数获取装置。
4.如权利要求3所述的快速确定混凝土切片内砂浆/骨料面积含量的装置,其特征在于:所述黑白图像像素数获取装置中设有通过彩色图像分割得到黑白图像的彩色图像分割装置。
5.如权利要求4所述的快速确定混凝土切片内砂浆/骨料面积含量的装置,其特征在于:所述彩色图像分割装置中设有获取HSB空间中通道信息的通道信息获取装置、获取进行彩色图像分割所依据的分割阙值的分割阙值获取装置,优选为,所述通道信息获取装置中设有获取HSB空间中亮度通道的两峰值的亮度通道信息获取装置,所述分割阙值获取装置中设有依据HSB空间中亮度通道的两峰值的中间值作为分割阈值的亮度分割阙值获取装置。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的快速确定混凝土切片内砂浆/骨料面积含量的装置,其特征在于:还包括用于对所述混凝土切片进行染色的染色装置,所述染色装置不设置加热装置、抽真空装置和加压装置中的任何一种。
7.如权利要求6所述的快速确定混凝土切片内砂浆/骨料面积含量的装置,其特征在于:所述染色装置包括染色溶液配制装置,所述染色溶液配制装置设有第一液体入口、第二液体入口和混合液体出口,其中,所述第一、第二液体入口分别连接有一有机染色剂供应装置和一酒精供应装置,或者,所述第一、第二液体入口分别连接有染色剂供应装置和水溶性液体供应装置。
8.如权利要求7所述的快速确定混凝土切片内砂浆/骨料面积含量的装置,其特征在于:所述染色装置还包括混凝土切片浸泡装置,其液体输入口连接所述染色溶液配制装置的混合液体出口以接入所述染色溶液。
9.如权利要求8所述的快速确定混凝土切片内砂浆/骨料面积含量的装置,其特征在于:所述染色装置还包括对经浸泡染色晾干后的混凝土切片进行打磨以除去表面残留的溶质的打磨装置。
10.如权利要求1、2、3、4或5所述的快速确定混凝土切片内砂浆/骨料面积含量的装置,其特征在于:还包括利用获取的像素数来计算得出混凝土切片内砂浆/骨料的面积含量的计算装置。
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