本发明专利技术提供了一种混凝土内部金属纤维识别方法、系统及装置，涉及混凝土材料和图像识别技术领域，方法主要包括：制备含有切割面的检测样品；基于检测样品的切割面，通过相机及平行光源，拍摄得到用于金属纤维识别的断面图像；对断面图像进行预处理、二值化及形态学运算；再进行图像分割及边界拟合，得到纤维断面的边界椭圆；筛选有效边界椭圆；检查识别效果并迭代进行识别；基于边界椭圆，计算得到纤维分布特征数据并外发。本方案操作简单、硬件成本低且识别效果可靠，提升了混凝土纤维特征分析的准确性，有助于提高后续相关科学研究的工作效率。作效率。作效率。
【技术实现步骤摘要】
一种混凝土内部金属纤维识别方法、系统及装置
[0001]本专利技术涉及混凝土材料和图像识别
，尤其是涉及一种混凝土内部金属纤维识别方法、系统及装置。
技术介绍
[0002]超高性能混凝土，是基于致密堆积理论，通过分散的细颗粒填充粗颗粒间的空隙来实现体系的致密堆积，从而使这种材料具有了优异的抗渗性和耐久性，其抗碳化、抗离子渗透和抗冻性能相较于普通混凝土有大幅提升。而金属纤维增强混凝土，作为一种超高性能混凝土，由于在基体内增加了金属纤维，例如钢纤维，从而进一步提升了强度及抗裂性能。
[0003]金属纤维增强混凝土内部的金属纤维分布特征决定了其力学性能和开裂行为。在纤维规格相同的前提下，基体内部纤维离散均匀且纤维取向平行于拉伸荷载方向的混凝土往往具有更好的综合性能。在恶劣服役条件下，虽然在一定范围内增大金属纤维的用量可以改善金属纤维增强混凝土的力学和抗裂性能，但也导致材料成本及施工难度大幅增加。所以，在纤维用量不变的前提下，通过改善金属纤维分布来提升混凝土综合性能的方法是更加经济、高效的。而如何准确、便捷地获取金属纤维分布特征已成为解决此类问题的先决条件。
[0004]目前，获取混凝土内部金属纤维分布特征的方法有很多，比如计算机断层扫描、磁性探针扫描和图像处理等。其中，计算机断层扫描技术因成本高昂很难大规模应用；磁性探针扫描则无法直接获得材料内部纤维分布的详细特征；图像处理技术虽然成本较低，原理可行，但其操作过程相对繁琐，耦合各步骤误差累计的影响，使其结果的准确度偏低。具体来讲，图像处理技术很难获得样品截面可用的高对比度图像，如图1所示，正常室外环境光下拍摄的试样截面无法区分混凝土基体和金属纤维，且即便涂布混凝土染色剂后仍无法对二者进行较好区分；此外，常见的聚类图像识别算法很难同时对纤维的团聚断面和狭长断面进行准确区分，如图2所示，存在着将团聚断面误判为狭长断面，或将狭长断面误判为团聚断面的失真情况。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种混凝土内部金属纤维识别方法、系统及装置，以解决现有技术中存在的至少一种上述技术问题。
[0006]第一方面，为解决上述技术问题，本专利技术提供一种混凝土内部金属纤维识别方法，包括如下步骤：步骤1、制备含有切割面的检测样品；步骤2、基于检测样品的切割面，通过相机及平行光源，拍摄得到用于金属纤维识别的断面图像；步骤3、对所述断面图像进行畸变校正，得到畸变校正图像；对所述畸变校正图像
进行降噪滤波，得到降噪滤波图像；对所述降噪滤波图像进行灰度化处理，得到断面灰度图像，所述断面灰度图像与检测样品原始切割面的几何比例一致，例如长宽比例一致，这样可以修正因拍摄角度和镜头畸变等原因导致的图像几何失真，并便于后序处理；步骤4、基于所述断面灰度图像，通过临界灰度阈值进行二值化处理，得到断面二值图像，所述临界灰度阈值可以通过反复调试识别效果后进行确定，所述断面二值图像中混凝土基体部分为黑色，其余部分为白色；对所述断面二值图像，通过形态学运算，得到断面修补图像，以便初步消除部分截面过小的非零区域并补全纤维断面内部的微小空洞；所述形态学运算，属于现有技术，主要包括腐蚀和膨胀：所述腐蚀用于消除小且无意义的目标物；所述膨胀用于填充目标区域中某些空洞以及消除包含在目标区域中的小颗粒噪声；步骤5、基于断面修补图像，计算每个前景像素点到背景像素点的最近距离；所述背景像素点为断面修补图像中的黑色像素点；所述前景像素点为断面修补图像中的白色像素点；筛选预设范围内所述最近距离中的局部最大值，并以其对应的前景像素点为种子进行图像分割，得到区块；基于预设面积，筛选区块进行边界拟合，得到纤维断面的边界椭圆；基于预设扁率，筛选有效边界椭圆；检查识别效果并通过调整所述预设范围的大小，迭代进行识别，直至达到迭代结束条件；步骤6、基于边界椭圆，计算得到纤维分布特征数据，包括纤维离散位置和密度云图、纤维离散归一化系数、纤维取向角（或称纤维倾角）分布图及纤维取向系数等；步骤7、对外发布所述纤维分布特征数据。
[0007]通过上述步骤，可以提供一种硬件要求低、识别准确度高、操作相对简便的混凝土内部金属纤维分布可视化识别方法。
[0008]在一种可行的实施方式中，所述步骤1包括：步骤11、对混凝土构件的待测面进行切割得到检测样品；步骤12、对检测样品的切割面进行打磨抛光，以便去除金属纤维断面的污迹和暗点；步骤13、对检测样品的切割面涂抹无色透明油，直至油液完全浸润切割面后，使用吸油布等吸附工具以按压的方式除去切割面上的多余油液，油液将加深混凝土的基体颜色，并提升纤维断面的反射能力，使之反光后更为明亮，从而增强混凝土基体与金属纤维断面的对比度。
[0009]通过上述步骤，可以得到便于后序检测的混凝土样品。
[0010]在一种可行的实施方式中，所述步骤2包括：步骤21、将检测样品放置于检测台上，并使其切割面处于相机的取景范围内；步骤22、调整平行光源、检测样品及相机的相对位置，直至相机拍摄出可用于金属纤维识别的断面图像；所述断面图像中可区分出金属纤维及混凝土基体；所述金属纤维具有金属光泽。
[0011]在一种可行的实施方式中，所述检测台为万向转动平台，所述平行光源与所述相机对称地固定于所述万向转动平台两旁，所述平行光源的出射光可以经所述万向转动平台的载物面反射后进入所述相机的镜头内，即所述相机的镜头处于所述平行光源的出射光在所述载物面上的反射光路上，以便通过万向转动平台调整检测样品的拍摄角度，实现拍摄光路的灵活调控。
[0012]在一种可行的实施方式中，所述检测台包括深色背景，例如黑色，以便提升图像的拍摄效果。
[0013]在一种可行的实施方式中，所述平行光源为晴天时的室外日光。
[0014]在一种可行的实施方式中，所述平行光源为平行光灯，以便为相机在室内拍摄时提供稳定的平行光，从而保证整个断面的金属纤维的反射光具有相同的出射角，使得相机可以捕捉到整个断面全部金属纤维的反射光，避免了在使用点光源时，断面中金属纤维的反射光出射角不一致，而造成的图像中部分金属纤维无法呈现金属光泽的现象。
[0015]在一种可行的实施方式中，所述平行光灯的照射范围可完全覆盖检测样品的检测面，这样可以通过一次成像，拍摄得到该检测面全部金属纤维的合格图像，从而便于后续识别处理。
[0016]在一种可行的实施方式中，所述相机为使用长焦镜头的高清相机，例如焦距135mm以上、拍摄像素1024x720p以上的相机，需要依据检测样品的尺寸进行选择，以便拍摄出清晰的图像。
[0017]在一种可行的实施方式中，所述步骤5包括：步骤51、基于断面修补图像，计算每个前景像素点到背景像素点的最近距离；所述背景像素点为断面修补图像中的黑色像素点；所述前景像素点为断面修补图像中的白色像素点；步骤52、根据预设范围，筛选该范围内所述最近距离中的局部最大值，将所述局部最大值对应的前景像素点作为该范围内的局部峰值点；所述预设范围的初始值需覆盖图像中扁率最大的金属纤维断面，以便后序首先识别出狭长本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种混凝土内部金属纤维识别方法，其特征在于，包括：步骤1、制备含有切割面的检测样品；步骤2、基于检测样品的切割面，通过相机及平行光源，拍摄得到用于金属纤维识别的断面图像；步骤3、对所述断面图像进行畸变校正，得到畸变校正图像；对所述畸变校正图像进行降噪滤波，得到降噪滤波图像；对所述降噪滤波图像进行灰度化处理，得到断面灰度图像；步骤4、基于所述断面灰度图像，通过临界灰度阈值进行二值化处理，得到断面二值图像；对所述断面二值图像，通过形态学运算，得到断面修补图像；步骤5、基于断面修补图像，计算每个前景像素点到背景像素点的最近距离；筛选预设范围内所述最近距离中的局部最大值，并以其对应的前景像素点为种子进行图像分割，得到区块；基于预设面积，筛选区块进行边界拟合，得到纤维断面的边界椭圆；基于预设扁率，筛选有效边界椭圆；检查识别效果并通过调整所述预设范围的大小，迭代进行识别，直至达到迭代结束条件；步骤6、基于边界椭圆，计算得到纤维分布特征数据；步骤7、对外发布所述纤维分布特征数据。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤11、对混凝土构件的待测面进行切割得到检测样品；步骤12、对检测样品的切割面进行打磨抛光；步骤13、对检测样品的切割面涂抹无色透明油，直至油液完全浸润切割面后，使用吸附工具除去切割面上的多余油液。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤21、将检测样品放置于检测台上，并使其切割面处于相机的取景范围内；步骤22、调整平行光源、检测样品及相机的相对位置，直至相机拍摄出可用于金属纤维识别的断面图像；所述断面图像中可区分出金属纤维及混凝土基体。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述检测台为万向转动平台，所述平行光源与所述相机对称地固定于所述万向转动平台两旁，所述平行光源的出射光经所述万向转动平台的载物面反射后进入所述相机的镜头内。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中断面灰度图像与检测样品原始切割面的长宽比例一致。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4的断面二值图像中混凝土基体部分为黑色，其余部分为白色。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤5包括：步骤51、基于断面修补图像，计算每个前景像素点到背景像素点的最近距离；所述背景像素点为断面修补图像中的黑色像素点；所述前景像素点为断面修补图像中的白色像素点；步骤52、根据预设范围，筛选该范围内所述最近距离中的局部最大值，将所述局部最大值对应的前景像素点作为该范围内的局部峰值点；步骤53、以所述局部峰值点作为种子，通过图像分...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗贤志，张素梅，杨新聪，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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