一種水泥基材料收縮與開裂性能檢測方法及裝置的製作方法

2023-04-24 12:12:51 5

專利名稱：：一種水泥基材料收縮與開裂性能檢測方法及裝置的製作方法
技術領域：
：本發明涉及材料檢測領域，具體涉及一種對水泥基材料收縮開裂性能進行檢測的方法及裝置。
背景技術：
：水泥生產技術以及混凝土配製技術中，水泥基材料的收縮、開裂現象會嚴重影響材料的體積穩定性和耐久性能，也是國內外學者研究的熱點。儘管相關的測試方法很多，如利用基於長度、體積變化的接觸式方法，基於傳感器及光學原理的非接觸式方法進行收縮性能的測量，但是現有測試方法各有優缺點接觸式方法設備簡單，但精度較低、易受操作人員主觀因素影響；非接觸式方法在精度上具有優勢，但存在實際操作過程較為複雜、成本高等問題，而且兩種方法都只是適用於不同階段收縮的測量。隨著技術進步，水泥混凝土傳統的測試、評價手段得到了進一步完善，較多全新的、或者交叉學科中的研究方法也在水泥混凝土的測試、監測及評價中得到了充分應用，數字圖像處理技術就是應用較為成功的一種技術，如利用數字圖像分析軟體中的頻率直方圖功能對混凝土待測區域中的氣孔進行分類測試，來評價混凝土結構中的孔結構特徵；利用背散射電子圖像(BSEI)分析技術對拋光後的試樣斷面進行圖像分析，對未水化水泥熟料進行觀察，根據每幅圖像中所有表示未水化水泥相的像素值，進行水化程度的測試。耿飛利用Delphi語言編寫了"裂縫圖片分析軟體"，進行混凝土塑性裂縫特徵的觀察與評價(東南大學碩士學位論文)，但由於該軟體主要是針對裂縫特徵的觀察和評價，在精度上存在很大的缺陷(由於取像工具的限制，其圖像解析度為640X480Pixels，實際精度為毫米級)，如果用來進行收縮測量的話，其精度是遠遠不夠的。
發明內容本發明的目的在於提供一種能夠基於數字圖像處理技術對水泥基材料收縮與開裂性能進行檢測以及評價的系統。本發明提供的一種水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統，主要包括圖像採集、圖像處理、結果顯示及通信等單元，圖像採集單元將採集到的圖像通過通信單元傳輸到計算機的圖像處理單元中，圖像經過處理，結果通過結果顯示單元輸出；其特徵在於所述圖像處理單元包括圖像預處理單元、圖像增強單元及圖像分析單元，其中圖像預處理單元完成圖像的灰度轉換、有效區域的選擇和剪切；圖像增強單元依次通過平滑處理去除實際成像過程中因成像設備和環境所造成的圖像失真，通過銳化處理使圖像灰度反差增強並形成完整的邊界，通過灰度形態學操作對邊界及邊界所包圍的圖像進行特徵突出處理，使待研究對象在黑白圖像中以與背景圖像完全相反的顏色呈現，並與背景圖像剝離；圖像分析單元完成特徵提取以及裂縫寬度和收縮值的計算。所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統中，圖像處理單元功能是通過MATLAB語言形成的圖像處理軟體在計算機中運載而實現。所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統中，針對收縮性能檢測，所述圖像增強單元中，最後還包括插值縮放處理提高圖像的解析度；圖像分析單元依據經插值縮放處理後的圖將進行特徵提取與計算。所述基於圖像處理技術的水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統中，所述計算機最低配置為IntelCore2CPU、1G以上內存、512M以上硬碟空間、32-位0penGL顯示卡。所述與圖像採集單元連接的圖像採集設備解析度為700萬以上像素。所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統中，還包括評價單元，以完成圖像處理單元的計算結果與評價單元中裝載的基準數據之間的比較，並給出評價意見，通過顯示單元輸出。本發明另一目的在於提供一種精確度高的基於數字圖像處理技術對水泥基材料收縮與開裂性能進行檢測的方法。本發明基於圖像處理技術的水泥基材料收縮與開裂性能檢測方法，使用以上所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統，包括以下步驟1)、利用與圖像採集單元相連的圖像採集設備對試樣進行圖像採集；2)、採集到的圖像通過數據線傳輸到計算機的圖像處理單元中；3)、圖像依次經過圖像預處理、圖像增強及圖像分析得到水泥基材料裂縫寬度和收縮值的計算結果；4)將結果通過與顯示單元連接的輸出設備輸出。所述基於圖像處理技術的水泥基材料收縮與開裂性能檢測方法中，步驟3)中還包括將計算結果與基準數據之間的比較過程，並給出評價結果。具體的所述基於圖像處理技術的水泥基材料收縮與開裂性能檢測方法中，針對收縮性能檢測，所述步驟3)順序包括以下操作圖像剪切選擇包括兩基準點在內的合適區域，將涵蓋基準點的區域從原圖像中分離；灰度轉換消除圖像的色調和飽和度信息而保持圖像的亮度，把真彩圖像轉化為灰度圖像；平滑處理去除實際成像過程中因成像設備和環境所造成的圖像失真，提取有用信息，採用高斯低通濾波、維納濾波及均值濾波實現線性平滑；銳化處理使圖像灰度反差增強並形成完整的邊界，將基準點從圖像中分離出來；灰度形態學操作對邊界及邊界所包圍的圖像進行特徵突出處理，使待研究對象在黑白圖像中以與背景圖像完全相反的顏色呈現，達到與背景圖像剝離的效果；插值縮放處理利用nearest算法對圖像進行放大，在不降低圖像質量的前提下增加圖像的解析度；收縮值測量與計算以t為0時刻的圖像中兩基準點之間像素值的差為初始長度L。，分別測量t時刻兩基準點之間像素值的差為檢測長度Lt，計算其差值為t齡期時材料的收縮值e;e=(L。-Lt)5具體的所述基於圖像處理技術的水泥基材料收縮與開裂性能檢測方法中，針對開裂性能檢測，所述步驟3)順序包括以下操作圖像剪切選擇有裂縫的合適區域，將涵蓋裂縫的區域從原圖像中分離；灰度轉換消除圖像的色調和飽和度信息而保持圖像的亮度，把真彩圖像轉化為灰度圖像；平滑處理去除實際成像過程中因成像設備和環境所造成的圖像失真，提取有用信息，採用高斯低通濾波、維納濾波及均值濾波實現線性平滑；銳化處理使圖像灰度反差增強並形成完整的邊界，將裂縫從圖像中分離出來；灰度形態學操作對邊界及邊界所包圍的圖像進行特徵突出處理，使待研究對象在黑白圖像中以與背景圖像完全相反的顏色呈現，達到與背景圖像剝離的效果；裂縫面積測量獲取裂縫區域包含的像素個數，用像素數目乘以每個像素對應的真實的面積；裂縫寬度測量對裂縫區域進行邊界提取操作以得到裂縫周長數值，再用裂縫面積除以長度，得到裂縫平均寬度。採用以上方案，本發明基於圖像處理技術的水泥基材料收縮與開裂性能檢測方法，其中圖像經過預處理和增強操作後，運算量減少，圖像解析度提高，可以實現對材料收縮和開裂兩種性能的檢測。本發明基於圖像處理技術的水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統，設計合理，布局緊湊，能很好地完成檢測全過程。本發明具有適用範圍廣(適用於淨漿、砂漿、混凝土)、結構穩定、可視化分析、多通道、精度高(20ym)、經濟性好、可全程評價收縮與開裂性能的優點。圖1-1:為本發明中圖像採集裝置整體結構示意圖。圖1-2:為本發明中圖像採集裝置支承架構示意圖。圖1-3:為本發明中圖像採集裝置樣品承放板。圖l-4a:為本發明中圖像採集裝置橫向位移控制杆分解圖。圖l-4b:為本發明中圖像採集裝置橫向位移控制杆與滑槽連接示意圖。圖1-5:為本發明中圖像採集裝置位移調控器結構左視圖、右視圖和正視圖。圖1-6:為本發明中圖像採集裝置縱向位移控制杆。圖1-7:為本發明中圖像採集裝置取像設備夾具結構示意圖。圖2為本發明基於數字圖像處理的水泥基材料收縮開裂性能檢測系統基本組成圖。圖3為本發明中圖像處理構成圖。圖3-1為採集裝置採集並傳輸到計算機的試樣原始圖像；圖3-2為圖3-1圖像經手動剪切後示意圖；圖3-3為圖3-2圖像經灰度轉換後效果示意圖；圖3-4為圖3-3圖像經增強後效果示意圖；圖3-5為圖3-4圖像X軸方向最大顯示像素值；圖3-6為圖3-5圖像插值縮放後X軸方向最大顯示像素值；圖3-7為採集裝置採集並傳輸到計算機的裂縫原始圖像；圖3-8為圖3-7經二值化處理後裂縫圖像。圖4為本發明中所用的檢測流程圖。圖5為本發明對裂縫檢測實例曲線圖。具體實施例方式本發明採用數字圖像處理技術，利用相關裝置採集、傳輸、處理、分析數字圖像，針對材料計算收縮、開裂的特徵，描述收縮、開裂發展的趨勢，並針對水泥混凝土的組成形式，對原材料影響其收縮與開裂發展的程度及趨勢進行評價，從而得到材料收縮與開裂性能的檢測和評價結果。—、水泥基材料收縮與開裂性能檢測評價系統本發明基於數字圖像處理的水泥基材料收縮開裂性能檢測系統，其基本組成參見圖2所示，主要包括圖像採集、圖像處理、分析評價、結果顯示及通信等五個單元，其中，圖像採集通過圖像採集裝置(參見下述)完成，採集到的圖像通過通信單元傳輸到計算機的圖像處理單元中，圖像經過一系列處理，計算機通過特徵提取進行裂縫寬度計算和收縮性能分析評價，結果通過結果顯示單元輸出。以下對主要功能單元進行進一步描述。1.圖像採集圖像採集單元完成不同時間點時試樣圖像的採集。目前圖像採集設備有數位相機(基於CCD或CMOS原理)及攝像機等。因為計算機中用圖像解析度來描繪圖像的大小等特徵，解析度又與採集設備的最大像素值密切相關，其大小直接影響到圖像的顯示質量，因此，為了滿足圖像分析的需要，儘可能地使用高解析度的圖像採集設備。本發明中圖像採集使用700萬以上像素CCD數位相機進行。對收縮性能的測量來說，所有圖像的採集必須是在相同的採像環境、研究對象與圖像採像設備保持相對位置絕對恆定的前提下進行，這樣才能保證研究對象具有相同的基準點，測量結果才更準確、科學。因此，根據水泥基材料的特點，本發明設計如圖1-1至圖l-7所示的圖像採集裝置。如圖l-l所示，該圖像採集裝置包含支承架l、橫向位移控制杆2、縱向位移控制杆3、位移調控器4和取像設備夾具5。其中，橫向位移控制杆2和縱向位移控制杆3相互垂直架設在支承架1上，橫向位移控制杆2和縱向位移控制杆3之間通過位移調控器4連接，取像設備夾具5固定連接在縱向位移控制杆3的最底端。如圖l-2所示，其中支承架1由基座11、立柱12、頂架14構成，其中基座11和頂架14通過與立柱12焊接而組成了支承架1;在頂架14的任意相對兩邊框的中部開設有滑槽13。如圖l-4a和圖l-4b所示，橫向位移控制杆2設一個位移控制杆24，在位移控制杆24的兩端上設有螺紋23，橫向位移控制杆2還設有與螺紋23相互螺接的多個螺母21和多個墊片22;在本實施例中所述的螺母21、墊片22為4對，其中的螺母21、墊片22中的兩對分別置於位移控制杆24兩端的螺紋23上，在滑槽13的內側，螺母21、墊片22與螺紋23螺接，位移控制杆24穿入支承架1的滑槽13，另外的兩對螺母21、墊片22從滑槽13外側將控制杆固定住。如圖1-5所示，為本發明位移調控器結構示意圖，位移調控器4設水平內嵌孔41、豎直內嵌孔42和螺釘43，橫向位移控制杆2(如圖1-1所示)通過水平內嵌孔41穿過圖5中的位移調控器4，並由螺釘43固定(圖l-5C所示)，以防位移調控器發生旋轉；縱向位移控制杆3(如圖1-1所示)通過圖5中豎直內嵌孔42穿過位移調控器4(如圖1-5所示)，並通過擰緊或旋鬆螺釘43(圖l-5A所示)，來調節豎直方向的位移大小。如圖1-6所示，為本發明縱向位移控制杆3的示意圖，縱向位移控制杆3設有安全螺釘31和鋼柱32。安全螺釘31設在縱向位移控制杆3的鋼柱32頂部，這樣在實驗過程中，即便由於操作失誤而將圖5B中的螺絲釘43過分鬆開，也會由於螺釘31的存在，不會出現縱向位移控制杆整體下落的現象，從而避免了損壞取像設備和試樣的可能。如圖1-7所示，為本發明取像設備夾具結構示意圖，取像設備夾具5設有多個螺釘51和夾槽52，夾槽52置於取像設備夾具5內(如圖l-7D所示)，三個螺釘51把取像設備固定在夾槽52中(如圖1-7B所示)；取像設備夾具5通過焊接與縱向位移控制杆3的鋼柱32底端連接在一起；如圖1-3所示，本發明還包含樣品承放板6，樣品承放板6為一鋼板62，在鋼板62的四周設有卡槽61，樣品承放板6通過卡槽61與支承架1中的立柱12相嵌在一起，並置於基座11之上，樣品則放在鋼板62上。通過以上組合形成本發明的圖像採集裝置，用於調整數位相機與樣品之間的相對位置以能採集到清晰的圖像。工作時，待檢樣品(如稜柱狀水泥條或其它尺寸樣品)放置在樣品承放板6上，數位相機通過螺釘51安裝在取像設備夾具5後，首先鬆開圖1-4中的各個螺母21，並移動橫向位移控制杆2至試樣的正上方位置，擰緊各螺母21以保持試樣與取像設備在水平方向位置的相對穩定；再鬆開圖l-5B中的螺釘43，上下調節縱向位移控制杆3，使數位相機獲得合適的取景深度，然後再擰緊上述螺釘43，以保持試樣與數位相機在豎直方向位置的相對穩定，這樣使得調整數位相機與樣品保持穩定的相對位置，便於數位相機依據設定的實驗條件，在不同時間段對試樣進行圖像的採集，以完成不同齡期收縮開裂性能測試。2.信號傳輸通過通信單元進行信號傳輸，包括圖像的傳輸和數據的傳輸。圖像傳輸在取像設備(數位相機)與圖像處理單元之間進行，傳輸的方式可以為電纜線、移動存儲設備；數據傳輸在圖像處理單元和結果顯示單元之間進行，可採用現有的二進位編碼方式傳輸。3.圖像處理利用圖像處理單元完成對傳輸來的圖像的系列處理。利用計算機進行圖像處理的軟體很多，如Photoshop、CorelDraw、ScionImage等，但每種軟體不可能做到面面倶到，都有其自身的側重點，如Photoshop主要偏重於對圖像視覺效果的處理，涉及到特殊領域時，這些軟體就鞭長莫及了。本發明圖像處理單元是將針對水泥基材料的收縮、開裂特徵，利用MATLAB語言形成圖像處理軟體在計算機中運載而實現。參見圖3所示，本發明圖像處理過程包括圖像預處理、圖像增強及特徵提取幾個主要步驟。1)圖像預處理針對收縮測量圖像，主要是將圖像採集裝置採集並傳輸到計算機的圖像(如圖3-l所示)進行灰度轉換(將真彩圖像轉換為灰度圖像)、剪切(有效區域的選擇)等操作。對收縮測量來講，就是選擇包括基準點在內的合適區域，以突出基準點、減小圖像處理過程的數據運算量為主要目的；其中圖像剪切將一定範圍內涵蓋基準點的區域從原圖像中分離出來，以減小圖像處理分析時的數據運算量，剪切後的圖像如圖3-2所示。灰度轉換是通過消除圖像的色調和飽和度信息，但同時保持圖像的亮度來把真彩圖像轉化為灰度圖像，便於後面的處理。計算機自動調整會對圖像進行自動選擇閾值調整圖像，灰度轉換後效果如圖3-3所示。2)圖像增強圖像增強技術是不考慮圖像降質的原因，衰減不需要的指標，而只對感興趣的特徵進行突出，如突出目標物輪廓、去除各類噪聲等。其目的是提高所研究特徵在圖像中的清晰度。增強功能中需進行平滑、銳化、灰度形態學、插值縮放等操作。圖像的平滑處理也即是去噪聲處理，主要是為了去除實際成像過程中，因成像設備和環境所造成的圖像失真，提取有用信息。採用高斯低通濾波、維納濾波及均值濾波來實現線性平滑。銳化的作用是要使灰度反差增強，因為邊緣和輪廓都位於灰度突變的地方。主要採用銳化功能對基準點的邊緣和細節進行加強，以形成完整的邊界，達到將基準點從圖像中分離出來的目的。對研究特徵進行邊界檢測操作之後，就需要對邊界及邊界所包圍的圖像進行特徵突出處理，使待研究對象在黑白圖像中以與背景圖像完全相反的顏色呈現，達到與背景圖像剝離的效果，以突出所研究的特徵，也即是灰度形態學處理。待測試樣經圖像增強(包括平滑、銳化、灰度形態學三步)處理後的圖像如圖3-4所示。改變圖像大小有兩種方式，一種是在不改變圖像解析度的前提下，增加圖像的顯示尺寸，另一種是不改變圖像顯示尺寸的條件下，變化其解析度。利用插值縮放相關函數則可以實現後者的目標，而且該功能是最為關鍵的一項，因為即便利用目前市場上配置較高的數位相機，所採集的圖像解析度依然無法達到收縮性能測試中的高精度要求，利用插值縮放功能則可以在不降低圖像質量的前提下增加圖像的解析度，為收縮性能的測量提供保證。圖3-5顯示了圖像選擇區域內(與圖3-4相同)X軸方向最大顯示像素值，其最大像素值為1662.75，兩基準點之間距離已知為22cm，因此其解析度為220000微米/1662.75像素，為132.5微米/像素，也即是每改變一個像素就會帶來132.5微米的變化，因此，其最高精度為132.5微米，這對於收縮的測量來說是遠遠不夠的。利用插值縮放功能中的nearest算法(運算量最小的常規算法)進行32倍放大後的效果如圖3-6所示，此時顯示其最大像素為53192.5，解析度為220000微米/53192.5像素，即為4.14微米/像素，也即是最高精度可達4.14微米，綜合考慮實際操作中的各種不可避免的誤差，利用該軟體進行收縮測量時可以達到IO微米的精度。而如果單純利用提高採像設備的性能則無法實現這樣高的精度，因此，本發明與其它用於收縮裂縫測量的設備相比，其對採像設備的依賴性不大。運用插值縮放功能大大提高了圖像的解析度，也增加了計算機的運算量。市場上流行的1G內存、雙核CPU的配置完全可以滿足32倍放大的要求，尤其是計算機性能更新如9此快的今天，2G內存已經在市場上得到一定程度的應用，4核甚至8核的CPU也投放市場，因此，在這種條件下，精度可以隨著計算機性能的更新得到進一步的提高。計算機不僅是圖像採集、預處理、特徵提取、測量精度等的顯示平臺，而且也是不同單元之間相互連接的橋梁，是中樞神經系統，其性能的高低直接影響到圖像分析處理的精度與速度。目前市場上商用計算機的更新換代速度非常快，其性能也得到了很大的提高，顯示設備從CRT發展到了液晶，CPU從單核發展到了雙核，甚至多核，這都大大提升了圖像處理的速度與精度，也為圖像處理提供了很好的平臺。在數字圖像處理和分析過程中會涉及到大量的數據運算，因此軟體運行的速度和精度與計算機的配置高低有直接的關係。為了取得較好的處理效果，最低計算機配置為IntelCore2CPU、1G以上內存、512M以上硬碟空間、32-位0penGL顯示卡，若高於上述配置，則可取得更好的處理效果。對於裂縫圖像，需將圖像採集裝置採集並傳輸到計算機的圖像(參見圖3-7)採用二值化處理，包括與以上相同的圖像預處理、以及圖像增強中的平滑、銳化、灰度形態學處理，使背景為白色，裂縫為黑色(參見圖3-8)。3)特徵提取特徵提取通過圖像分析單元完成。特徵提取就是要對研究對象的特徵進行測量，如收縮、開裂特徵及其它性能。圖像分析單元中，"收縮測量"功能的實現主要是基於測量試樣上兩基準點之間的距離的變化(收縮值)。具體操作過程將試樣上兩基準點分析編號為A、B，t代表齡期，At、Bt代表t齡期時基準點在軟體中的像素值。利用插值放大工具將不同齡期時待測試樣的圖形放大到合適的倍數，將針形的滑鼠指針放在圖像中A點，記錄此時系統顯示的該點的像素值Ar;在同樣的放大倍數下對B點進行同樣的操作。t為0時刻的圖像中兩基準點之間像素值的差(B。-A。)即為初始長度L。，代表22mm，以圖3_6為例，初始長度為53192.5像素，也即是4.14微米/像素；同樣可得t為1天時的(B「A》為53060.31像素，計算可知1天後試樣的長度減小了132.19個像素，即有547.27個微應變的收縮產生。收縮值的計算如式3-1所示e=(L。-Lt)(式3-l)式中e:為收縮值；L。基準點之間的初始距離(Pixels)，即B。_A。；Lt:t齡期時基準點之間的距離(Pixels)，即Bt_At;圖像處理單元中，"開裂特徵"功能實現主要是基於對試樣上出現的裂縫的開裂面積、裂縫寬度進行測量。具體操作過程1、利用圖像採集設備，採取上述1中的步驟，對成型好的試樣中出現裂縫的區域進行圖像採集，參見圖3-7;2、利用上述3的步驟，對圖像中的裂縫進行二值化處理，參見圖3-8處理後圖像；3、選擇圖像處理後待測區域(圖像預處理和增強後裂縫為黑色，參見圖3-8)，利用圖像處理單元中的"裂縫面積測量"和"裂縫寬度測量"工具，即可直接進行相關開裂特徵值的檢測。裂縫面積測量根據裂縫區域包含的像素個數，再用像素數目乘以每個像素對應的真實的面積。裂縫寬度測量對裂縫區域進行邊界提取操作，這樣可以得到周長，長近似為周長的一半，再用面積除以長度，這樣就得到平均寬度。4.分析評價根據檢測的收縮值及初裂時間、裂縫寬度等結果，結合基準的水泥基材料組成形式，評價原材料對收縮、開裂性能及其發展趨勢的影響。以收縮值和最大裂縫寬度的大小，初裂時間的早晚等為指標，與基準試樣對比分析，研究原材料對混凝土收縮與開裂性能的控制能力。將系統計算出的收縮值、最大裂縫寬度為檢測數值，與基準試樣的相關數值進行比較，檢測數值越小於基準試樣的相關數值，說明待測物品具有越強的抗收縮開裂性能。需要說明的是，評價部分不是本發明的必要過程，但可作為本發明檢測的延續。評價結果需依據待檢試樣的具體情況而定，需要與基準試樣、行業發展的狀況相匹配。5.結果輸出單元與計算機匹配的顯示器是圖像採集、預處理、特徵提取、測量精度等的顯示平臺，也可以作為運算以及評價結果的輸出單元；還可以採用印表機、USB接口等作為結果輸出設備。二、水泥基材料收縮與開裂性能檢測以及評價方法參見圖4所示，可將本發明水泥基材料收縮與開裂特徵的測量流程歸納如下1)試樣準備按照GB/T50080，結合設計的實驗方案成型水泥膠砂和混凝土試樣，並養護至特定的齡期。2)利用圖像採集裝置，對試樣分別進行1、3、7、14、28天齡期的圖像採集，圖像採集間隔為3幅/樣；採集的圖像即時通過電纜傳輸到計算機；3)計算機對獲取的圖像數據依次進行圖像預處理、圖像增強和特徵提取；4)計算機利用內置軟體得出裂縫計算數值和收縮性能計算結果；5)計算機輸出檢測結果。如計算機中裝有基準試樣的數據，還將進行比較分析，輸出評價結果。其中，步驟3)所述圖像預處理包括對圖像依次進行尺寸調整和灰度轉換的過程；所述圖像增強包括分別對預處理後的圖像進行平滑處理、銳化處理、灰度形態學、插值縮放等操作；所述特徵提取包括裂縫特徵計算和收縮值的計算。以下結合具體實施例詳細說明本發明。實施例只為具體說明本發明的檢測方案，不作為對本發明其它實施方式的限制。檢測試樣收縮值檢測試樣成型尺寸為25X25X275cm(稜柱狀)的水泥膠砂，其中試樣1不摻減縮劑，試樣2摻入1%的減縮劑。裂縫特性檢測試樣60X60X7.5cm混凝土試樣，其中，Ref:基準試樣，G-1:減縮劑1%摻量，G-2:減縮劑2%摻量，G-5:減縮劑5%摻量。操作過程將兩收縮試樣標號後一同放置在圖像採集裝置的樣品承放板上，調整數位相機與樣品之間的相對位置在30cm，開啟數位相機和計算機，到成型後1天齡期時對試樣進行拍照並將採集的圖像傳輸給計算機，計算機記錄並實時顯示圖像。對於收縮性能測試，按樣品標記的基準點作為測量區域；對於裂縫性能測試，當圖像顯示裂縫出現後，此時的時間就計為初裂時間(圖5中每條曲線的始點對應的時間)。按照圖像處理所需要的最佳效果的要求，對圖像進行預處理(灰度調整)、圖像增強(平滑、濾波、插值縮放等)等一系列圖像調整操作，並進行研究特徵(裂縫特徵或收縮值)的計算程序，得到不同時間的收縮值e和不同時間裂縫寬度。檢測結果計算得到不同時間試樣收縮值結果參見表l，不同時間裂縫寬度檢測結果見圖5。通過分析表1可知，同齡期中試樣2的收縮值小於試樣1，表明減縮劑的摻入降低了不同齡期的收縮值，而且這種效果在早期更為明顯(試樣2在1天時收縮值就降低了44%)，後期這種作用有所減弱(如試樣2在28天時收縮值降低了34%)，說明減縮劑減小了水泥石不同齡期的收縮值，但這種減小作用在早期更為明顯，後期有一定程度的減弱。通過對兩試樣的比較說明減縮劑的摻入改善了試樣2的收縮性能及其發展趨勢。表l摻減縮劑水泥膠砂收縮值計算結果tableseeoriginaldocumentpage12分析圖5可知初裂時間基準試樣在1天時即出現了裂縫，在減縮劑1%、2%摻量條件下，試樣的初裂時間推遲到了第五天，而5%摻量試樣的初裂時間在第四天出現。最大裂縫寬度與基準試樣相比，摻SRA-G減縮劑試樣28天齡期時最大寬度由0.875mm降低至0.342mm，降低了61%，摻SRA-N減縮劑試樣降低至0.358mm，降低了59.1%。分析通過延遲初裂時間、降低不同齡期最大裂縫寬度，減縮劑的摻入明顯提高了混凝土對早期收縮開裂的抵抗能力。權利要求一種水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統，主要包括圖像採集、圖像處理、結果顯示及通信等單元，圖像採集單元將採集到的圖像通過通信單元傳輸到計算機的圖像處理單元中，圖像經過處理，結果通過結果顯示單元輸出；其特徵在於所述圖像處理單元包括圖像預處理單元、圖像增強單元及圖像分析單元，其中圖像預處理單元完成圖像的灰度轉換、有效區域的選擇和剪切；圖像增強單元依次通過平滑處理去除實際成像過程中因成像設備和環境所造成的圖像失真，通過銳化處理使圖像灰度反差增強並形成完整的邊界，通過灰度形態學操作對邊界及邊界所包圍的圖像進行特徵突出處理，使待研究對象在黑白圖像中以與背景圖像完全相反的顏色呈現，並與背景圖像剝離；圖像分析單元完成特徵提取以及裂縫尺寸和收縮值的計算。2.根據權利要求1所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統，其特徵在於所述圖像處理單元功能是通過MATLAB語言形成的圖像處理軟體在計算機中運載而實現。3.根據權利要求1或2所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統，其特徵在於針對收縮性能檢測，所述圖像增強單元中，最後還包括插值縮放處理提高圖像的解析度；圖像分析單元依據經插值縮放處理後的圖將進行特徵提取與計算。4.根據權利要求3所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統，其特徵在於所述計算機最低配置為IntelCore2CPU、1G以上內存、512M以上硬碟空間、32-位0penGL顯示卡。5.根據權利要求3所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統，其特徵在於所述與圖像採集單元連接的圖像採集設備解析度為700萬以上像素。6.根據權利要求1或2所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統，其特徵在於還包括評價單元，以完成圖像處理單元的計算結果與評價單元中裝載的基準數據之間的比較，並給出評價意見，通過顯示單元輸出。7.—種基於圖像處理技術的水泥基材料收縮與開裂性能檢測方法，其特徵在於使用權利要求1-5任一所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統，包括以下步驟1)、利用與圖像採集單元相連的圖像採集設備對試樣進行圖像採集；2)、採集到的圖像通過數據線傳輸到計算機的圖像處理單元中；3)、圖像依次經過圖像預處理、圖像增強及圖像分析得到水泥基材料裂縫尺寸和收縮值的計算結果；4)將結果通過與顯示單元連接的輸出設備輸出。8.根據權利要求7所述基於圖像處理技術的水泥基材料收縮與開裂性能檢測方法，其特徵在於步驟3)中還包括將計算結果與基準數據之間的比較過程，並給出評價結果。9.根據權利要求7所述基於圖像處理技術的水泥基材料收縮與開裂性能檢測方法，其特徵在於針對收縮性能檢測，所述步驟3)順序包括以下操作圖像剪切選擇包括兩基準點在內的合適區域，將涵蓋基準點的區域從原圖像中分離；灰度轉換消除圖像的色調和飽和度信息而保持圖像的亮度，把真彩圖像轉化為灰度圖像；平滑處理去除實際成像過程中因成像設備和環境所造成的圖像失真，提取有用信息，採用高斯低通濾波、維納濾波及均值濾波實現線性平滑；銳化處理使圖像灰度反差增強並形成完整的邊界，將基準點從圖像中分離出來；灰度形態學操作對邊界及邊界所包圍的圖像進行特徵突出處理，使待研究對象在黑白圖像中以與背景圖像完全相反的顏色呈現，達到與背景圖像剝離的效果；插值縮放處理利用nearest算法對圖像進行放大，在不降低圖像質量的前提下增加圖像的解析度；收縮值測量與計算以t為0時刻的圖像中兩基準點之間像素值的差為初始長度L0，分別測量t時刻兩基準點之間像素值的差為檢測長度Lt，計算其差值為t齡期時材料的收縮值e;￡=(L0-Lt)10.根據權利要求7所述基於圖像處理技術的水泥基材料收縮與開裂性能檢測方法，其特徵在於針對開裂性能檢測，所述步驟3)順序包括以下操作圖像剪切選擇有裂縫的合適區域，將涵蓋裂縫的區域從原圖像中分離；灰度轉換消除圖像的色調和飽和度信息而保持圖像的亮度，把真彩圖像轉化為灰度圖像；平滑處理去除實際成像過程中因成像設備和環境所造成的圖像失真，提取有用信息，採用高斯低通濾波、維納濾波及均值濾波實現線性平滑；銳化處理使圖像灰度反差增強並形成完整的邊界，將裂縫從圖像中分離出來；灰度形態學操作對邊界及邊界所包圍的圖像進行特徵突出處理，使待研究對象在黑白圖像中以與背景圖像完全相反的顏色呈現，達到與背景圖像剝離的效果；裂縫面積測量獲取裂縫區域包含的像素個數，用像素數目乘以每個像素對應的真實的面積；裂縫寬度測量對裂縫區域進行邊界提取操作以得到裂縫周長數值，再用裂縫面積除以長度，得到裂縫平均寬度。全文摘要本發明提供的一種基於圖像處理技術的水泥基材料收縮與開裂性能檢測方法和系統，屬於材料檢測領域。該系統主要包括圖像採集、圖像處理、結果顯示及通信等單元，圖像處理單元包括圖像預處理單元、圖像增強單元及圖像分析單元，其中圖像預處理單元完成圖像的灰度轉換、有效區域的選擇和剪切；圖像增強單元依次通過平滑處理、銳化處理、灰度形態學操作將研究對象與背景圖像剝離；圖像分析單元完成研究對象的特徵提取以及裂縫寬度和收縮值的計算。本發明檢測方法運算量小，圖像解析度高，系統結構穩定、可視化分析、多通道、精度高(20μm)、經濟性好、適用於淨漿、砂漿、混凝土等材料的收縮與開裂性能發展過程的全程檢測及評價。文檔編號G01B11/28GK101726493SQ20091024202公開日2010年6月9日申請日期2009年12月2日優先權日2009年12月2日發明者吳浩,姚燕,王玲申請人:中國建築材料科學研究總院