一种基于光栅投影扫描的粗集料三维形态获取方法技术

本发明专利技术提供了一种基于光栅投影扫描的粗集料三维形态获取方法，属于路面工程材料测试领域。本发明专利技术使用含转盘的光栅投影扫描仪，对粗集料进行多角度扫描，结合图像处理技术，重构粗集料三维形态，并计算粗集料体积参数。本发明专利技术提出的粗集料三维形态获取方法，能够高效、精准地获取粗集料的三维形态，并量化粗集料体积特征。料体积特征。料体积特征。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光栅投影扫描的粗集料三维形态获取方法


[0001]本专利技术属于路面工程材料测试领域，具体涉及一种基于光栅投影扫描的粗集料三维形态获取方法。

技术介绍

[0002]沥青混合料是由多种材料组成的，具有复杂结构的非均质、多相多层次的复合体系。在沥青混合料中，粗集料颗粒是构成沥青混合料骨架结构的主体，其中粗集料在混合料中的占比超过70％。粗集料细观形状特征会影响到路表纹理及骨架颗粒间的细观接触，进一步影响到道路表面抗滑及沥青混合料的力学强度和路用性能。因此，需要获得粗集料的形貌。
[0003]为了研究粗集料的形貌特性，一些研究者通过室内试验或二维图像特征识别对粗集料形貌特征提取，但是这类研究得到的参数由于基于二维图像，无法完全表征三维集料颗粒在空间上的信息。近些年为了得到集料三维图像进行分析研究，一些学者采用工业CT和激光三维扫描仪获取三维图像，而工业CT所获得的集料三维图像仅能大致还原三维集料，细观部分无法精确复现；激光三维扫描仪可以快速对粗集料进行扫描，准确测量出三维形状参数，但是激光三维扫描仪的售价过高。光栅投影扫描技术是当今最具有发展前景的技术之一，并且该扫描技术在扫描速度、分辨率和重构精细度等指标上优势明显。因此，可通过使用光栅投影扫描仪获取粗集料三维形态进行研究。
[0004]为此本专利技术提供一种基于光栅投影扫描的粗集料三维形态获取方法，通过使用光栅投影扫描仪对集料进行扫描，获取粗集料的完整三维形态及粗集料参数(体积、面积和长轴等)；利用获取的粗集料参数，计算粗集料三维形态评价指标。<br/>
技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种基于光栅投影扫描的粗集料三维形态获取方法，通过使用光栅投影扫描仪对集料进行扫描，获取粗集料的完整三维形态及粗集料参数(体积、面积和长轴等)；利用获取的粗集料参数，计算粗集料三维形态评价指标。
[0006]为了达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]本方案提供一种基于光栅投影扫描的粗集料三维形态获取方法，包括以下步骤：
[0008]S1、使用黑白棋盘格，通过FlexScan3D软件先后对双目工业相机和转盘进行扫描校准。
[0009]S2、使用光栅投影扫描仪对放置于转盘上的洁净、干燥粗集料颗粒的上部分进行4个角度扫描，获得粗集料上部分的三维形态。
[0010]S3、上下翻转粗集料颗粒后，使用光栅投影扫描仪对粗集料颗粒的下部分进行4个角度扫描，获得粗集料下部分的三维形态。
[0011]S4、在FlexScan3D软件内对上、下部分的三维形态进行对齐、拼接和组合，获取粗
集料完整的三维形态。
[0012]S5、采用Geomagic Design X软件，计算粗集料三维形态的表面积、体积，采用Matlab软件中OBB最小包围盒算法，计算粗集料长轴、中轴和短轴参数。
[0013]进一步地，所述步骤S1中，光栅投影扫描仪包括光栅投影仪、两个光学相机、转盘，其中光栅投影仪投射的光栅条纹分辨率不低于1280
×
800；两个光学相机分布在投影仪左右两侧，不低于120万像素，镜头采用高精度6片镀膜工业镜片。
[0014]进一步地，所述步骤S1中，对工业相机的扫描校准，须累计拍照27张棋盘格图像；对转盘的扫描校准，须累计拍照5张棋盘格图像。
[0015]进一步地，所述步骤S2中，所述步骤S2、S3中光栅投影扫描仪扫描集料颗粒时，相机与转盘的高差为15cm。
[0016]进一步地，所述步骤S2、S3中，转盘上待扫描的多个粗集料须保持一定间距，并确保每颗粗集料不遮挡光栅条纹投影到相邻粗集料颗粒。
[0017]进一步地，所述步骤S5中导入Geomagic Design X软件的文件格式为.stl，导入Matlab软件的文件格式为.ply。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019](1)本专利技术提出的基于光栅投影扫描的粗集料三维形态获取方法，获取完整粗集料形态仅需花费3～5min，能够快速地对粗集料三维形态进行快速测量分析，并且获得体积、表面积等参数。
[0020](2)本专利技术提出的基于光栅投影扫描的粗集料三维形态获取方法中，光栅投影扫描仪价格最低为6000元，仪器成本较低。
[0021](3)本专利技术基于光栅投影扫描的粗集料三维形态获取方法，可以直接获得目标粗集料三维形态，弥补基于二维图像分析粗集料研究的不足。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的方法流程图。
[0023]图2本实施例中双目相机校准结果。
[0024]图3本实施例中转盘校准结果。
[0025]图4本实施例中扫描获得粗集料上部分三维图像。
[0026]图5本实施例中FlexScan3D软件内完整集料三维形态。
[0027]图6本实施例中Geomagic Design X软件中集料三维形态。
[0028]图7本专利技术的基于光栅投影扫描的粗集料三维形态获取方法设备示意图。
[0029]图中：1
‑
粗集料；2
‑
光栅投影扫描仪；3
‑
转盘；4
‑
电源；5
‑
计算机。
具体实施方式
[0030]面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
[0031]实施例
[0032]本专利技术提供了一种基于光栅投影扫描的粗集料三维形态获取方法，其实现方法如下：
[0033]S1、使用黑白棋盘格，通过FlexScan3D软件先后对双目工业相机和转盘进行扫描校准。
[0034]本实施例中，光栅投影扫描仪包括光栅投影仪、两个光学相机、转盘，光栅投影仪主要用于投射分辨率为1280
×
800的光栅条纹；两个光学相机分布在投影仪左右两侧，为130万像素，相机镜头采用高精度6片镀膜工业镜片。根据距离位置调整相机焦距和投影仪光圈焦距。由于拍摄粗集料时位置偏近，棋盘格选择横向5mm
×
12方格、纵向5mm
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9方格，相机和投影仪需要在3个不同高度，累计拍摄27张照片从而进行扫描校准，见图2；再次对转盘位置进行扫描校准，调整距离在转盘上放置棋盘格，转盘旋转5个不同角度，累计拍摄5张照片进行校准，见图3；转盘上放置单颗洗净、干燥的粗集料。
[0035]S2、使用光栅投影扫描仪对放置于转盘上的洁净、干燥粗集料颗粒的上部分进行4个角度扫描，获得粗集料上部分的三维形态。
[0036]本实施例中，对放置的单颗粗集料上部分进行进行4个角度扫描操作，其中不同角度相邻90
°
，获得第一集料三维图像，见图4。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光栅投影扫描的粗集料三维形态获取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、使用黑白棋盘格，通过FlexScan3D软件先后对双目工业相机和转盘进行扫描校准。S2、使用光栅投影扫描仪对放置于转盘上的洁净、干燥粗集料颗粒的上部分进行4个角度扫描，获得粗集料上部分的三维形态。S3、上下翻转粗集料颗粒后，使用光栅投影扫描仪对粗集料颗粒的下部分进行4个角度扫描，获得粗集料下部分的三维形态。S4、在FlexScan3D软件内对上、下部分的三维形态进行对齐、拼接和组合，获取粗集料完整的三维形态。S5、采用Geomagic Design X软件，计算粗集料三维形态的表面积、体积，采用Matlab软件中OBB最小包围盒算法，计算粗集料长轴、中轴和短轴参数。2.根据权利要求1所述的一种基于光栅投影扫描的粗集料三维形态获取方法，其特征在于，所述步骤S1中，光栅投影扫描仪包括光栅投影仪、两个光学相机、转盘，其中光栅投影仪投射的光栅条纹分辨率不低于1280
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊，袁晓文，黄嘉乐，戴京彤，陆永电，李琛，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：