一种基于图像检测的石料颗粒级配检测装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公布了一种基于图像检测的石料颗粒级配检测装置与方法，首先将待检测的堆石坝料进行筛分较小粒径的粉尘颗粒直接称重，剩余较大颗粒沿着斜坡下落，拍摄下落中石料的视频图像并识别其中石料的粒径，加上粉尘重量换算成堆石坝料全级配数据并绘制成堆石坝料级配曲线，使基于图像识别的土石料全级配检测装置与方法得到实际应用

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像检测的石料颗粒级配检测装置与方法


[0001]本专利技术涉及图像处理
，具体涉及一种基于图像检测的石料颗粒级配检测装置与方法
。

技术介绍

[0002]堆石坝的力学性能和抗渗性能对大坝安全性存在十分显著的影响，而堆石坝料的级配性状是影响填筑料压实后力学性能和抗渗性能的主要因素，在坝体施工中具有重要意义
。
良好的级配能保证堆石坝工程的填方压实质量，提高工程的抗渗性能和抗变形能力，因此堆石坝料的粒径级配检测是堆石坝施工质量控制的重要环节
。
[0003]传统的石料级配检测主要是采用筛分法，通过随机采样和人工筛分，计算得到级配数据
。
然而人工筛分耗时低效，人力成本较高，难以满足现代智能化施工快速高效的需求
。
随着计算机科学技术的发展，图像识别作为一种新的检测手段，被广泛的应用于各领域中，在水利行业也获得了较好的发展应用，为堆石坝料级配检测提供了新的方向
。
[0004]图像识别技术用于石料粒径检测的相关研究工作已经取得了丰硕的成果，相关的计算理论日趋成熟
。
但上述研究理论或方法尚不能适应堆石坝施工现场复杂的环境条件，无法广泛应用于堆石坝料的级配检测当中
。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于图像检测的石料颗粒级配检测装置与方法
。
首先将待检测的堆石坝料进行筛分较小粒径的粉尘颗粒直接称重，剩余较大颗粒沿着斜坡下落，拍摄下落中石料的视频图像并识别其中石料的粒径，加上粉尘重量换算成堆石坝料全级配数据并绘制成堆石坝料级配曲线，使基于图像识别的土石料全级配检测装置与方法得到实际应用
。
该试验装置主要包括：土石料全级配检测装置主要由筛分部件和拍摄组件构成，筛分部件是具备筛分
5mm
以下颗粒并完成自动称重的直线振动筛，拍摄组件由可自由调节的斜坡
、
高速摄像机以及补光灯等设备构成；其次结合土石料级配快速检测装置所拍摄的视频图像，对图像进行预处理基本过程包括背景分离
、
图像灰度化处理
、
图像直方图均衡化和双边滤波降噪；之后依次进行基于最大类间方差法的图像分割
、
运动模糊矫正与边缘检测，提取颗粒的特征参数后将其转化为石料等效粒径；最后根据帧图的分区筛选石料的等效粒径并按等效粒径大小依序排列保存至同一集合当中，结合筛分出的
5mm
以下石料重量绘制堆石料级配曲线，实现了基于图像识别的土石料全级配检测
。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术的技术方案为：一种基于图像检测的石料颗粒级配检测方法：包括以下步骤：
[0007]步骤
1.
利用直线振动筛分离土石料，对筛下的
5mm
以下颗粒称重，并将
5mm
以上的筛上石料颗粒分散铺平，输送至倾斜的斜坡成像背景板；
[0008]步骤
2.
拍摄部件连续拍摄沿斜坡成像背景板的成像区下滑的石料颗粒，获得帧图；
[0009]步骤
3.
在所有帧图中从前至后按顺序每隔设定的最佳取帧间隔取出一种规格的石料颗粒的帧图像保存为所述规格的石料颗粒的有效帧图，使所述规格的石料颗粒在连续取出的两有效帧图中只出现一次；
[0010]步骤
4.
对各规格的石料颗粒的有效帧图进行图像处理，提取石料颗粒的特征参数将其转化为石料颗粒的等效粒径数据；
[0011]步骤
5.
根据有效帧图对应的石料颗粒的规格，从有效帧图提取的等效粒径数据中取出符合规的石料颗粒的等效粒径数据，根据等效粒径与质量之间的对应关系，获得石料颗粒的等效质量；
[0012]步骤
6.
将同一有效帧图中按步骤5获得的石料颗粒的等效粒径和等效质量并入同一集合，并按颗粒等效粒径升序排列：设
i
为排列序号，
n
为检测粒径总数，则集合可表示为：
[0013]O
i
＝
{(d1,m1)(d2,m2)
…
(d
i
,m
i
)
…
(d
n
,m
n
)}
[0014]式中，
i
为排列序号，
n
为检测粒径总数，
d
i
为颗粒等效粒径
、m
i
为等效质量；
[0015]步骤
7.
计算小于粒径
d
i
的所有石料颗粒的质量百分数：
[0016][0017]式中，
m
p,i
为小于粒径
d
i
的石料质量百分数，
m
df
为振动初筛的筛下物重量，
m
a
为拍摄的石料实际总重量，为步骤6识别出的粒径不大于
d
i
的石料质量，为步骤6识别出的所有石料颗粒有效质量；
[0018]步骤
8.
以石料颗粒粒径为横坐标
、
小于各粒径的石料颗粒的质量百分数为纵坐标绘制石料级配曲线
。
[0019]所述石料级配曲线的结果精度分析模型包括绝对精度和相对误差两个指标，绝对精度表征步骤8得到的级配曲线和预设级配曲线的贴合程度，相对误差反应步骤8得到的级配曲线和预设级配曲线的分段偏离程度；
[0020]所述相对误差计算公式如下：
[0021]W
i
＝
[(y
p,i
‑
y
p,i
‑1)
‑
(y
s,i
‑
y
s,i
‑1)]×
100
％
[0022]式中，
i
为序列编号，满足2＜＜
i
＜＜
M
，
M
为步骤8得到的级配曲线数据序列长度，
y
s,i
为预设级配曲线纵坐标，
y
p,i
为步骤8得到的配曲线纵坐标；
[0023]所述绝对精度计算公式如下：
[0024][0025]式中，
AAC
为步骤8得到的级配曲线相对于预设级配曲线的绝对精度，
0<AAC<1。
[0026]所述拍摄部件的拍摄帧频为
F
，石料颗粒在帧图中连续出现的次数
N
t
为：
[0027][0028]式中，
v0为石料出筛分装置进入斜坡面的初速度，
ε
为斜坡成像背景板的斜坡角度影响系数，
ε
＝
g(si本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于图像检测的石料颗粒级配检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
1.
利用直线振动筛分离土石料，对筛下的
5mm
以下颗粒称重，并将
5mm
以上的筛上石料颗粒分散铺平，输送至倾斜的斜坡成像背景板；步骤
2.
拍摄部件连续拍摄沿斜坡成像背景板的成像区下滑的石料颗粒，获得帧图；步骤
3.
在所有帧图中从前至后按顺序每隔设定的最佳取帧间隔取出一种规格的石料颗粒的帧图像保存为所述规格的石料颗粒的有效帧图，使所述规格的石料颗粒在连续取出的两有效帧图中只出现一次；步骤
4.
对各规格的石料颗粒的有效帧图进行图像处理，提取石料颗粒的特征参数将其转化为石料颗粒的等效粒径数据；步骤
5.
根据有效帧图对应的石料颗粒的规格，从有效帧图提取的等效粒径数据中取出符合规的石料颗粒的等效粒径数据，根据等效粒径与质量之间的对应关系，获得石料颗粒的等效质量；步骤
6.
将同一有效帧图中按步骤5获得的石料颗粒的等效粒径和等效质量并入同一集合，并按颗粒等效粒径升序排列：设
i
为排列序号，
n
为检测粒径总数，则集合可表示为：
O
i
＝
{(d1,m1)(d2,m2)
…
(d
i
,m
i
)
…
(d
n
,m
n
)}
式中，
i
为排列序号，
n
为检测粒径总数，
d
i
为颗粒等效粒径
、m
i
为等效质量；步骤
7.
计算小于粒径
d
i
的所有石料颗粒的质量百分数：式中，
m
p,i
为小于粒径
d
i
的石料质量百分数，
m
df
为振动初筛的筛下物重量，
m
a
为拍摄的石料实际总重量，为步骤6识别出的粒径不大于
d
i
的石料质量，为步骤6识别出的所有石料颗粒有效质量；步骤
8.
以石料颗粒粒径为横坐标
、
小于各粒径的石料颗粒的质量百分数为纵坐标绘制石料级配曲线
。2.
根据权利要求1所述的基于图像检测的石料颗粒级配检测方法，其特征在于，所述石料级配曲线的结果精度分析模型包括绝对精度和相对误差两个指标，绝对精度表征步骤8得到的级配曲线和预设级配曲线的贴合程度，相对误差反应步骤8得到的级配曲线和预设级配曲线的分段偏离程度；所述相对误差计算公式如下：
W
i
＝
[(y
p,i
‑
y
p,i
‑1)
‑
(y
s,i
‑
y
s,i
‑1)]
×
100
％式中，
i
为序列编号，满足2＜＜
i
＜＜
M
，
M
为步骤8得到的级配曲线数据序列长度，
y
s,i
为预设级配曲线纵坐标，
y
p,i
为步骤8得到的配曲线纵坐标；所述绝对精度计算公式如下：
式中，
AAC
为步骤8得到的级配曲线相对于预设级配曲线的绝对精度，
0<AAC<1。3.
根据权利要求1所述的基于图像检测的石料颗粒级配检测方法，其特征在于，所述拍摄部件的拍摄帧频为
F
，石料颗粒在帧图中连续出现的次数
N
t
为：式中，
v0为石料出筛分装置进入斜坡面的初速度，
ε
为斜坡成像背景板的斜坡角度影响系数，
ε
＝
g(sin α
‑
μ
cos
α
)
，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宜红，李小东，包想军，梁志鹏，崔佰奎，张健，祁文祥，周华维，赵春菊，罗建武，王放，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：