一种快速精确计算砂石圆形度的算法制造技术

本发明专利技术涉及一种快速精确计算砂石圆形度的算法，获取单个砂石颗粒图像的轮廓线及二维坐标；计算砂石颗粒的面积G；选取轮廓线内的任意一点作为初始圆心坐标，以初始圆心坐标距离轮廓线上点的最大距离作为初始半径R0形成外接圆，外接圆与轮廓线形成若干交点；初始圆心指向外接圆与轮廓线交点的向量叠加，单位化后形成位移矢量，初始圆心沿位移矢量方向移动得到新的圆心，按照前述形成新的外接圆，重复进行迭代直至外接圆的半径R

【技术实现步骤摘要】
一种快速精确计算砂石圆形度的算法


[0001]本专利技术涉及建筑材料领域，具体涉及一种快速精确计算砂石圆形度的算法。

技术介绍

[0002]砂石的粒形对混凝土工作性能具有一定的影响，尤其针对当前天然砂石资源紧缺，机制砂和再生骨料的大规模应用，机制砂和再生骨料相较于天然砂石粒更为复杂，砂石的粒形评价可作为高性能混凝土的原材料选择的依据。球体类似度是用于衡量砂石粒形的指标之一，而圆形度是用于计算球体类似度的唯一参数。《公路机制砂高性能混凝土技术规程》(T/CECS G:K50
‑
30—2018)将机制砂圆形度定义为同一机制砂颗粒投影面积与最小外接圆面积之比，但是在计算过程中用最大粒径长度取代最小外接圆直径计算圆形度，是为了简化圆形度的计算而采用的一种近似计算方法，存在不可忽视的计算误差。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种快速精确计算砂石圆形度的算法，进而实现对砂石粒型的准确评价，可用于指导砂石的生产及混凝土的生产配置。
[0004]本专利技术的技术目的是通过以下技术方案实现的：
[0005]一种快速精确计算砂石圆形度的算法，该方法包括以下步骤：
[0006]步骤1、获取单个砂石颗粒的图像；
[0007]步骤2、根据图像像素点个数计算砂石颗粒的面积G，提取砂石颗粒图像的轮廓线，并获得轮廓线的二维坐标；
[0008]步骤3、选取轮廓线内的任意一点作为初始圆心坐标，以初始圆心坐标距离轮廓线上点的最大距离作为初始半径R0，以初始圆心形成初始半径为R0的外接圆，外接圆与轮廓线形成若干交点；
[0009]步骤4、初始圆心指向外接圆与轮廓线交点的向量叠加，单位化后形成位移矢量，初始圆心沿位移矢量方向移动得到新的圆心，新的圆心距离轮廓线上点的最大距离作为新的半径R
’0，以新的圆心形成初始半径为R
’0的外接圆，以新的圆心形成的外接圆和轮廓线形成若干交点；
[0010]步骤5、重复步骤4进行迭代，直至外接圆的半径R
’0收敛速度至设定值，外接圆的半径R
’0收敛速度至设定值时的半径R计算砂石的圆形度。
[0011]进一步地，步骤3中选取的初始圆心坐标的横坐标和纵坐标分别为砂石轮廓线坐标中横坐标极值的平均值和纵坐标极值的平均值，通过坐标极值的均值计算可以使得初始圆心的位置相比于选取轮廓线内任意一点作为初始圆心更接近最小外接圆的圆心位置，可明显减少迭代次数。
[0012]进一步地，提取砂石颗粒图像的轮廓线二维坐标前，对砂石颗粒的图像进行处理，处理包括对砂石图像的二值化处理、对经过二值化处理后的砂石图像进行降噪处理。
[0013]进一步地，在步骤1中，还包括对单个砂石颗粒的清洗和干燥，然后再拍摄单个砂
石颗粒的图像。
[0014]进一步地，拍摄砂石颗粒的照片时，将砂石颗粒放置在白色散光板上进行拍摄。
[0015]进一步地，位移矢量进一步地，位移矢量其中X0为初始圆心的横坐标，Y0为初始圆心的纵坐标，X
’
i
为初始圆心形成的外接圆与轮廓线第i个交点的横坐标，Y
’
i
为初始圆心形成的外接圆与轮廓线第i个交点的纵坐标，k为初始圆心形成的外接圆与轮廓线交点的数量。
[0016]进一步地，在位移矢量反方向上初始圆心距离轮廓线的距离为L，初始圆心沿位移矢量方向移动距离为d，其中n的初始值为1，迭代过程中若R
’0相比与上一次的R
’0增大，则n的数值加1，且维持上一次迭代结果。
[0017]进一步地，通过MATLAB编程对砂石颗粒的图像进行处理，调用MATLAB函数im2bw对砂石颗粒图像进行二值化处理，调用MATLAB函数regionprops对二值化处理后的图像进行降噪，调用MATLAB函数edge提取砂石颗粒轮廓以及获得轮廓线的二维坐标。
[0018]进一步地，计算砂石的圆形度Y时，
[0019]相比与现有技术，专利技术的有益效果在于，通过本专利技术的快速精确计算砂石圆形度的算法，精度高，收敛速度快，可以较为精确、快速锁定获得砂石颗粒最小外接圆的半径，通过该半径计算砂石颗粒的圆形度从而可以计算得到较为准确的砂石颗粒圆形度，在此砂石颗粒圆形度计算的基础上再计算砂石颗粒的球体类似度更加精确。
附图说明
[0020]图1是本专利技术中的砂石图像处理过程中变化示意图。
[0021]图2是本专利技术中程序坐标系下砂石外接圆半径R0随迭代次数收敛的过程示意图。
[0022]图3是本专利技术中程序坐标系下砂石最小外接圆半径R和最小外接圆圆心计算结果示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合具体实施方式对本专利技术的技术方案进行进一步描述：
[0024]一种快速精确计算砂石圆形度的算法，该方法改变现有的采用最大粒径长度作为直径计算圆形度的方法，较为精确的锁定最接近砂石圆形度的外接圆，从而获得最佳的圆形度计算结果，该方法可用于天然砂石、机制砂和再生骨料的圆形度计算，本专利技术的方法包括以下步骤：
[0025]步骤1、获取单个砂石颗粒的图像；为了降低砂石颗粒对计算结果的影响，在获取图像前还可以先对砂石颗粒进行清洗后干燥处理，将清洗干燥后的砂石颗粒放置在白色散光板上，利用相机对砂石颗粒进行拍照，获取砂石颗粒的图像。
[0026]步骤2、将拍摄的图像通过MATLAB编程进行处理，调用MATLAB函数im2bw对砂石颗粒图像进行二值化处理，调用MATLAB函数edge提取砂石颗粒轮廓以及获得轮廓线的二维坐标；二值化处理后的图像会存在噪声，噪声会形成干扰，因此调用MATLAB函数edge提取砂石
颗粒轮廓以及获得轮廓线的二维坐标之前还需要对噪声进行处理，本实施例中采取调用MATLAB函数regionprops对二值化处理后的图像进行降噪；根据降噪处理后的图像像素点个数计算砂石颗粒的面积G；图片处理过程图像变化如图1所示。
[0027]步骤3、选取轮廓线内的任意一点作为初始圆心坐标，以初始圆心坐标距离轮廓线上点的最大距离作为初始半径R0，初始圆心的坐标表示为(X0，Y0)；以初始圆心形成初始半径为R0的外接圆，外接圆与轮廓线形成k个交点，其坐标表示为(X
’
i
，Y
’
i
)；
[0028]作为优选，为了提升计算的速度，初始圆心坐标的横坐标和纵坐标分别为砂石轮廓线坐标中横坐标极值的平均值和纵坐标极值的平均值。比如轮廓上横坐标的极大值为X
max
，横坐标的极小值为X
min
，纵坐标的极大值为Y
max
，纵坐标的极小值为Y
min
，其中，其中
[0029]步骤4、初始圆心指向外接圆与轮廓线交点的向量叠加，单位化后形成位移矢量，位移矢量位移矢量其中X0为初始圆心的横坐标，Y0为初始圆心的纵坐标，X
’
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速精确计算砂石圆形度的算法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、获取单个砂石颗粒的图像；步骤2、根据砂石颗粒图像像素点个数计算砂石颗粒的面积G；提取砂石颗粒图像的轮廓线，并获得轮廓线的二维坐标；步骤3、选取轮廓线内的任意一点作为初始圆心坐标，以初始圆心坐标距离轮廓线上点的最大距离作为初始半径R0，以初始圆心形成初始半径为R0的外接圆，外接圆与轮廓线形成若干交点；步骤4、初始圆心指向外接圆与轮廓线交点的向量叠加，单位化后形成位移矢量，初始圆心沿位移矢量方向移动得到新的圆心，新的圆心距离轮廓线上点的最大距离作为新的半径R
’0，以新的圆心形成初始半径为R
’0的外接圆，以新的圆心形成的外接圆和轮廓线形成若干交点；步骤5、重复步骤4进行迭代，直至外接圆的半径R
’0收敛速度至设定值，外接圆的半径R
’0收敛速度至设定值时的半径R计算砂石的圆形度。2.根据权利要求1所述的一种快速精确计算砂石圆形度的算法，其特征在于，所述步骤3中选取的初始圆心坐标的横坐标和纵坐标分别为砂石轮廓线坐标中横坐标极值的平均值和纵坐标极值的平均值。3.根据权利要求1或2所述的一种快速精确计算砂石圆形度的算法，其特征在于，提取砂石颗粒图像的轮廓线二维坐标前，对砂石颗粒的图像进行处理，处理包括对砂石图像的二值化处理、对经过二值化处理后的砂石图像进行降噪处理。4.根据权利要求3所述的一种快速精确计算砂石圆形度的算法，其特征在于，在所述步骤1中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张济涛，陈逸群，卞成辉，朱敏涛，宋卉研，李直，钱强，
申请(专利权)人：上海建工南桥混凝土有限公司，
类型：发明
国别省市：