一种建筑用砂细度模数快速测定方法技术

本发明专利技术属于土木工程材料参数测定技术领域，涉及一种建筑用砂细度模数快速测定方法，工艺过程包括图像获取、尺寸转换、图像预处理、表层砂粒图像提取、表层砂粒图像处理、砂粒特征参数统计和砂粒细度模数分析七个步骤，利用图像处理技术提取上层全裸露砂粒轮廓图像信息进行数据的分类统计和分析，对下层全覆盖及半覆盖砂粒图像进行模糊处理作为背景图像，提高了砂粒分析精确度，创新性的将旋转式圆筒状扫描装置引进对砂粒的细度模数测量中，实现了旋转式圆筒状扫描装置拍照与图像分析技术的结合，避免了传统的取样模式，解决了利用图像分析砂粒级配时需要进行分散排布的繁琐操作，通过表层砂粒图像的提取进而极大的节省了经济成本。

A rapid method for determining the fineness modulus of building sand

The invention belongs to the technical field of civil engineering material parameter determination, relates to a construction method for rapid determination of fineness modulus of sand, the process includes image acquisition, size conversion, image preprocessing, image extraction, surface sand sand sand surface image processing, statistical feature parameters and sand fineness modulus analysis of seven steps, using image processing technology to extract the whole contour image information to classify the bare sand statistics and analysis of data, and full coverage of the lower half covered with sand fuzzy image processing as a background image, improve the analysis accuracy of sand, innovation will be a rotary cylindrical scanning device to measure the fineness modulus of sand introduction, realize rotary cylindrical scanning device camera technology combined with image analysis, to avoid the sampling of traditional pattern, it solves the image The complicated operation of dispersing and dispersing is needed to analyze the particle size distribution, and the economic cost is greatly saved by the extraction of the surface sand grain image.

【技术实现步骤摘要】
一种建筑用砂细度模数快速测定方法
：本专利技术属于土木工程材料参数测定
，具体涉及一种建筑用砂细度模数快速测定方法，利用旋转式圆筒状扫描装置获取的砂粒图像信息，通过对扫描图像进行图像分析，获得砂的颗粒级配和细度模数。
技术介绍
：砂是混凝土材料中的重要组成部分，在施工中称为细集料，按直径不同分为粗砂、中砂和细砂；砂的颗粒级配是决定混凝土配合比和性能的重要因素；工程施工前，对建设用砂的级配进行计算分析是施工过程的重要环节，砂的细度模数(finenessmodule)是反映砂子颗粒级配的指标，能在一定程度上反映细集料的差别；砂的细度模数是表征天然砂粒径的粗细程度及类别的指标，细度模数越大，表示砂越粗，普通混凝土用砂的细度模数范围在3.7-1.6，以中砂为宜，或者采用粗砂加少量的细砂，其比例为4:1。《建设用砂》(GB/T14684－2011)中规定了细度模数的筛分测算方法，通过对砂样筛分和称重，得到样品砂的筛余百分率，然后计算砂的细度模数。筛分法通过获取间接指标来反映砂的形状特征，无法具体到单个集料的形状特征，不仅需要具有一系列特定筛孔的筛网，而且存在劳动强度大和效率低的问题，由于需要反复的称重和人为判断每份试样通过量小于试样总量的0.1％的界限终止筛分，容易造成误差。中国专利201410281233.3公开的一种人工砂粒细度模数控制工艺为：1、采用中石、小石石料制砂，其中中石、小石的比例为1:1，加强毛料的检查控制力度，减少大粒径毛料的混入；2、采用立轴式破碎机破碎石料；3、在破碎石料过程中加入2％～5％的水；4、在破碎石料过程中调节中碎车反击破一级、二级、三级排料口间隙，增大制砂量，并减少石粉流失；5、将破碎后的石料用圆振筛进行石料筛分，其中圆振筛的三层筛网均选用18mm×18mm方形筛网、7mm×7mm方形筛网或4.5mm×4.5mm方形筛网，该专利是用筛网控制人工砂粒细度模数的，存在着筛分法相同的缺陷；中国专利201510009871.4公开的一种利用图像分析技术测定砂子细度模数的方法具体包括以下工艺步骤：(1)按照《建设用砂》(GB/T14684－2011)中规定的取样方式取样；(2)选用像素在2000万以上的CCD数码相机在光照条件下拍照形成包含有60cm×40cm的区域内的砂粒和直尺的图片，再将图片导入软件中；(3)利用软件对导入的图片增强对比度，并对背景进行校正；(4)选用毫米或微米为长度计量单位，通过像素值和标尺两个刻度长度的换算确定标尺长度后，用实际长度值表示测量数据；(5)将砂粒从背景中分离出来；(6)选用人工分割或自动分割对砂粒进行分割；(8)对形成封闭曲线的带孔洞的砂粒进行孔洞填充；(9)采用最小费雷特直径表示砂粒的宽度尺寸；(10)砂粒粒径过滤：利用软件将最小费雷特直径大于10mm和小于0.16mm的砂粒进行过滤排除并划分类别范围，计算出每个类别范围内的砂粒个数和最小费雷特直径的平均值；(11)设定砂粒的密度相同，确认最小费雷特直径的类别，代入步骤(10)的平均值，计算得出细度模数和平均最小费雷特直径；该专利对砂进行人工取样拍照时，需要将砂子分散在一定的平面范围内，拍照时需要拍摄参考尺寸对砂粒尺寸进行测量，同时砂粒取样不能代替砂子的母体。因此，研发设计一种易于操作的建筑用砂细度模数快速测定方法，将手持式结构的旋转式圆筒状扫描装置直接插入砂堆，对扫描装置周围的砂粒包围面进行直接的扫描成像，然后对图像进行分析，得到砂子的颗粒级配和细度模数，很有社会和经济效益，应用前景广阔。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺陷，研发设计一种建筑用砂细度模数快速测定方法，利用旋转式圆筒状扫描装置插入砂堆直接扫描成像，无需对砂子进行分离的预处理，直接对堆积状态下的砂粒进行图像分析，对堆积状态的颗粒尺寸图像分析进行了创新，保持了砂子的自然状态，最后通过分析数据反映砂子的颗粒级配和细度模数；由于成像位置是旋转式圆筒外围这一固定位置，所以旋转式圆筒状扫描装置能够定义像素与尺寸的关系，在成像时，不需要拍摄参考尺寸解决对颗粒大小测量分析的问题。为了实现上述目的，本专利技术涉及的建筑用砂细度模数快速测定方法的工艺过程包括图像获取、尺寸转换(通过内置参数进行尺寸转换)、图像预处理、表层砂粒图像提取、表层砂粒图像处理、砂粒特征参数统计和砂粒细度模数分析共七个步骤：(1)图像获取：将旋转式圆筒状扫描装置插入待测砂堆的内部，打开电源开关5，按下一键式结构的扫描开关7，伺服电机16开始旋转并通过转动轴17带动扫描器18匀速旋转，扫描器18边旋转边扫描，扫描器18旋转扫描360°后自动停止扫描工作，伺服电机16带动扫描器18回转到初始位置，一键式结构的扫描开关7自动弹起关闭，扫描器18获取并存储扫描到的砂粒图像，扫描完设定数量的砂粒图像后，将旋转式圆筒状扫描装置中的砂粒图像通过USB数据接口3或存储卡槽4上传至计算机，得到砂粒图像原图，完成图像的获取；(2)尺寸转换：将砂粒图像导入Matlab软件或imageProplus图像处理软件中使用测量工具测得砂粒图像的像素值，砂粒图像的宽度和长度的实际尺寸为固定值，砂粒图像的宽度为外套筒20的周长，砂粒图像的长度为扫描器18的长度，选用毫米或微米为长度计量单位，进行像素值与实际长度的比例尺换算，计算出每一像素值对应的实际长度，完成尺寸的转换；(3)图像预处理：步骤(1)获取的砂粒图像为砂粒分层堆叠图像，上下层砂粒的交错堆叠使得下层砂粒的部分轮廓被上层砂粒遮挡，无法获取下层砂粒的全部信息，利用Matlab软件或imageProplus图像处理软件对砂粒图像进行增强处理，基于尺度理论将两张经不同程度高斯模糊的砂粒图像相减，对上层砂粒进行高亮显示操作，增加上层砂粒与下层背景砂粒的对比度，得到砂粒图像预处理图，完成图像的预处理；(4)表层砂粒图像提取：使用分水岭算法对步骤(3)得到的砂粒图像进行分割形成分水岭分割图，以高亮为种子点对分水岭分割图进行生长接触形成边界，划分上层砂粒之间的轮廓线，然后利用吸管工具进行颜色选取，提取各轮廓线的内部区域，通过对象平滑功能设定平滑因子对各砂粒边界进行平滑操作，得到表层砂粒图像图，完成表层砂粒图像的提取；(5)表层砂粒图像处理：由于砂粒本身存在凹凸和阈值分辨不清的现象，进行分水岭算法分割时，会出现一颗砂粒被分割或两颗砂粒黏连的现象，通过手工绘制操作对被分割的一颗砂粒进行合并，对黏连的两颗砂粒进行分割，为防止“边界效应”对砂粒的影响，对表层砂粒图像的上下边界处的不能被完整显示的砂粒图像进行边界清除操作，将上下边界处的砂粒排除在分析对象之外，砂粒图像的左右边界为周期性边界，对于左右边界处的同一颗砂粒，进行面积统计时将同一砂粒的左右两部分相加，得到砂粒图像样本，完成表层砂粒图像的处理；(6)砂粒特征参数统计：通过Matlab软件或imageProplus图像处理软件图像参数计算模块提取砂粒样本统计图中的砂粒轮廓投影面积，根据公式计算砂粒的等效直径，对砂粒轮廓投影面积和等效直径进行统计分析，得到砂粒样本统计图并导出，完成砂粒特征参数的统计；(7)砂粒细度模数分析：利用origin数据统计软件对砂粒样本统计图中的每个砂粒的特征参数进行分类本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种建筑用砂细度模数快速测定方法，其特征在于工艺过程包括图像获取、尺寸转换、图像预处理、表层砂粒图像提取、表层砂粒图像处理、砂粒特征参数统计和砂粒细度模数分析共七个步骤：(1)图像获取：将旋转式圆筒状扫描装置插入待测砂堆的内部，打开电源开关，按下一键式结构的扫描开关，伺服电机开始旋转并通过转动轴带动扫描器匀速旋转，扫描器边旋转边扫描，扫描器旋转扫描360°后自动停止扫描工作，伺服电机带动扫描器回转到初始位置，一键式结构的扫描开关自动弹起关闭，扫描器获取并存储扫描到的砂粒图像，扫描完设定数量的砂粒图像后，将旋转式圆筒状扫描装置中的砂粒图像通过USB数据接口或存储卡槽上传至计算机，得到砂粒图像原图，完成图像的获取；(2)尺寸转换：将砂粒图像导入Matlab软件或image Proplus图像处理软件中使用测量工具测得砂粒图像的像素值，砂粒图像的宽度和长度的实际尺寸为固定值，砂粒图像的宽度为外套筒的周长，砂粒图像的长度为扫描器的长度，选用毫米或微米为长度计量单位，进行像素值与实际长度的比例尺换算，计算出每一像素值对应的实际长度，完成尺寸的转换；(3)图像预处理：步骤(1)获取的砂粒图像为砂粒分层堆叠图像，上下层砂粒的交错堆叠使得下层砂粒的部分轮廓被上层砂粒遮挡，无法获取下层砂粒的全部信息，利用Matlab软件或image Proplus图像处理软件对砂粒图像进行增强处理，基于尺度理论将两张经不同程度高斯模糊的砂粒图像相减，对上层砂粒进行高亮显示操作，增加上层砂粒与下层背景砂粒的对比度，得到砂粒图像预处理图，完成图像的预处理；(4)表层砂粒图像提取：使用分水岭算法对步骤(3)得到的砂粒图像进行分割形成分水岭分割图，以高亮为种子点对分水岭分割图进行生长接触形成边界，划分上层砂粒之间的轮廓线，然后利用吸管工具进行颜色选取，提取各轮廓线的内部区域，通过对象平滑功能设定平滑因子对各砂粒边界进行平滑操作，得到表层砂粒图像图，完成表层砂粒图像的提取；(5)表层砂粒图像处理：由于砂粒本身存在凹凸和阈值分辨不清的现象，进行分水岭算法分割时，会出现一颗砂粒被分割或两颗砂粒黏连的现象，通过手工绘制操作对被分割的一颗砂粒进行合并，对黏连的两颗砂粒进行分割，为防止“边界效应”对砂粒的影响，对表层砂粒图像的上下边界处的不能被完整显示的砂粒图像进行边界清除操作，将上下边界处的砂粒排除在分析对象之外，砂粒图像的左右边界为周期性边界，对于左右边界处的同一颗砂粒，进行面积统计时将同一砂粒的左右两部分相加，得到砂粒图像样本，完成表层砂粒图像的处理；(6)砂粒特征参数统计：通过Matlab软件或image Proplus图像处理软件图像参数计算模块提取砂粒样本统计图中的砂粒轮廓投影面积，根据公式...

【技术特征摘要】
1.一种建筑用砂细度模数快速测定方法，其特征在于工艺过程包括图像获取、尺寸转换、图像预处理、表层砂粒图像提取、表层砂粒图像处理、砂粒特征参数统计和砂粒细度模数分析共七个步骤：(1)图像获取：将旋转式圆筒状扫描装置插入待测砂堆的内部，打开电源开关，按下一键式结构的扫描开关，伺服电机开始旋转并通过转动轴带动扫描器匀速旋转，扫描器边旋转边扫描，扫描器旋转扫描360°后自动停止扫描工作，伺服电机带动扫描器回转到初始位置，一键式结构的扫描开关自动弹起关闭，扫描器获取并存储扫描到的砂粒图像，扫描完设定数量的砂粒图像后，将旋转式圆筒状扫描装置中的砂粒图像通过USB数据接口或存储卡槽上传至计算机，得到砂粒图像原图，完成图像的获取；(2)尺寸转换：将砂粒图像导入Matlab软件或imageProplus图像处理软件中使用测量工具测得砂粒图像的像素值，砂粒图像的宽度和长度的实际尺寸为固定值，砂粒图像的宽度为外套筒的周长，砂粒图像的长度为扫描器的长度，选用毫米或微米为长度计量单位，进行像素值与实际长度的比例尺换算，计算出每一像素值对应的实际长度，完成尺寸的转换；(3)图像预处理：步骤(1)获取的砂粒图像为砂粒分层堆叠图像，上下层砂粒的交错堆叠使得下层砂粒的部分轮廓被上层砂粒遮挡，无法获取下层砂粒的全部信息，利用Matlab软件或imageProplus图像处理软件对砂粒图像进行增强处理，基于尺度理论将两张经不同程度高斯模糊的砂粒图像相减，对上层砂粒进行高亮显示操作，增加上层砂粒与下层背景砂粒的对比度，得到砂粒图像预处理图，完成图像的预处理；(4)表层砂粒图像提取：使用分水岭算法对步骤(3)得到的砂粒图像进行分割形成分水岭分割图，以高亮为种子点对分水岭分割图进行生长接触形成边界，划分上层砂粒之间的轮廓线，然后利用吸管工具进行颜色选取，提取各轮廓线的内部区域，通过对象平滑功能设定平滑因子对各砂粒边界进行平滑操作，得到表层砂粒图像图，完成表层砂粒图像的提取；(5)表层砂粒图像处理：由于砂粒本身存在凹凸和阈值分辨不清的现象，进行分水岭算法分割时，会出现一颗砂粒被分割或两颗砂粒黏连的现象，通过手工绘制操作对被分割的一颗砂粒进行合并，对黏连的两颗砂粒进行分割，为防止“边界效应”对砂粒的影响，对表层砂粒图像的上下边界处的不能被完整显示的砂粒图像进行边界清除操作，将上下边界处的砂粒排除在分析对象之外，砂粒图像的左右边界为周期性边界，对于左右边界处的同一颗砂粒，进行面积统计时将同一砂粒的左右两部分相加，得到砂粒图像样本，完成表层砂粒图像的处理；(6)砂粒特征参数统计：通过Matlab软件或imageProplus图像处理软件图像参数计算模块提取砂粒样本统计图中的砂粒轮廓投影面积，根据公式计算砂粒的等效直径，对砂粒轮廓投影面积和等效直径进行统计分析，得到砂粒样本统计图并导出，完成砂粒特征参数的统计；(7)砂粒细度模数分析：利用origin数据统计软件对砂粒样本统计图中的每个砂粒的特征参数进行分类和统计，生成特征参数频率分布直方图，进行砂粒颗粒级配分析，完成砂粒细度模数的分析。2.根据权利要求1所述的建筑用砂细度模数快速测定方法，其特征在于所述步骤(1)涉及的旋转式圆筒状扫描装置的主体结构包括控制台、把手、USB数据接口、存储卡槽、电源开关、显示屏幕、扫描开关、电池、控制芯片、光电转换模块、模数转换模块、信息存储模块、信息显...

【专利技术属性】
技术研发人员：范宏，刘树明，赵铁军，金祖权，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37