一种扫描测量砂石颗粒物的粒径级配方法和系统与流程

本技术涉及图像数据处理，涉及但不限定于一种扫描测量砂石颗粒物的粒径级配方法及系统。

背景技术：

1、粒径级配是砂石颗粒中不同粒径的颗粒所占的质量百分比分布。粒径级配在工程中影响混凝土的工作性、强度与耐久性以及经济性。粒径级配良好的砂石能够降低空隙率，用更少的水泥浆即可达到理想的流动度，同时密实的骨架结构能够提升混凝土的强度和抗渗抗冻能力，并可节约水泥用量10%-15%。传统的粒径级配测量主要采用筛分法，即通过一系列不同孔径的筛网对砂石进行逐层筛分，但该方法耗时费力，难以满足工业化生产中对实时在线检测的需求。

2、相关技术，基于激光衍射原理的粒径分析方法。该方法利用激光束照射分散后的砂石颗粒群，通过测量散射光的角分布来反演颗粒的粒径分布。激光衍射法具有测量速度快、重复性好、无需接触样品等优点，能够对大量颗粒进行统计平均，已在一定程度上应用于砂石粒径的快速检测。

3、然而，激光衍射法基于球形颗粒假设来反演粒径分布，而实际砂石颗粒形状极不规则，多为棱角状或片状，导致测量结果与真实粒径之间存在系统性偏差。此外，激光衍射法无法获取单个颗粒的形状参数，如圆形度、长径比等，而这些形貌信息对于评估骨料品质和混凝土性能具有重要意义。因此，如何在快速测量的同时兼顾颗粒形貌参数的获取，成为提升砂石粒径级配检测精度的关键技术难题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术实施例提供一种扫描测量砂石颗粒物的粒径级配方法及系统，至少解决无法在快速测量的同时兼顾提升砂石粒径级配检测精度的技术问题。

2、本技术实施例的技术方案是这样实现的：

3、第一方面，本技术实施例提供一种扫描测量砂石颗粒物的粒径级配方法，所述方法包括：

4、获取包含下落砂石颗粒的高速图像序列；对所述高速图像序列中的每一帧高速图像进行二值化处理，得到二值化图像；

5、提取所述二值化图像中的每一个连通域；所述连通域为所述二值化图像中具有相同像素值且位置相邻的像素集合；

6、针对每一个所述连通域，基于图像高频能量衰减原理，计算所述连通域相对于最近邻连通域的纹理能量缩减程度，得到所述连通域的纹理能量缩减性数值；

7、针对每一个所述连通域，基于形态学骨架提取原理，计算所述连通域内边缘采样点到几何中心的距离的离散程度，得到所述连通域的骨架距离递减量；

8、将所述纹理能量缩减性数值和所述骨架距离递减量按照预设权重进行融合，得到所述连通域的模糊域得分；

9、针对每一个所述连通域，基于帧间运动追踪原理，根据所述连通域在相邻两帧所述二值化图像中的运动特征和所述模糊域得分，确定所述连通域的可信度量化值；

10、将所述可信度量化值与预设可信度阈值进行比较；当所述可信度量化值小于所述预设可信度阈值时，将所述连通域判定为拖影区域并从所述二值化图像中剔除；否则，保留所述连通域作为有效砂石颗粒区域。

11、第二方面，本技术实施例提供一种扫描测量砂石颗粒物的粒径级配系统，所述系统包括：图像获取和处理模块、连通域提取模块、机器视觉分析模块；

12、所述图像获取和处理模块，用于获取包含下落砂石颗粒的高速图像序列；对所述高速图像序列中的每一帧高速图像进行二值化处理，得到二值化图像；

13、所述连通域提取模块，用于提取所述二值化图像中的每一个连通域；所述连通域为所述二值化图像中具有相同像素值且位置相邻的像素集合；

14、所述机器视觉分析模块，用于针对每一个所述连通域，基于图像高频能量衰减原理，计算所述连通域相对于最近邻连通域的纹理能量缩减程度，得到所述连通域的纹理能量缩减性数值；

15、所述机器视觉分析模块，用于针对每一个所述连通域，基于形态学骨架提取原理，计算所述连通域内边缘采样点到几何中心的距离的离散程度，得到所述连通域的骨架距离递减量；

16、所述机器视觉分析模块，用于将所述纹理能量缩减性数值和所述骨架距离递减量按照预设权重进行融合，得到所述连通域的模糊域得分；

17、所述机器视觉分析模块，用于针对每一个所述连通域，基于帧间运动追踪原理，根据所述连通域在相邻两帧所述二值化图像中的运动特征和所述模糊域得分，确定所述连通域的可信度量化值；

18、所述机器视觉分析模块，还用于将所述可信度量化值与预设可信度阈值进行比较；当所述可信度量化值小于所述预设可信度阈值时，将所述连通域判定为拖影区域并从所述二值化图像中剔除；否则，保留所述连通域作为有效砂石颗粒区域。

19、本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

20、本技术通过获取包含下落砂石颗粒的高速图像序列；对高速图像序列中的每一帧高速图像进行二值化处理，得到二值化图像。二值化处理能够将砂石颗粒区域与背景区域分离，使砂石颗粒在二值化图像中呈现为具有相同像素值的像素集合。提取二值化图像中的每一个连通域；连通域为二值化图像中具有相同像素值且位置相邻的像素集合。从二值化图像中识别并分离出每一个连通域，能够将二值化图像中相互分离的砂石颗粒区域逐一标识出来，每一个连通域对应一个砂石颗粒和拖影区域。针对每一个连通域，基于图像高频能量衰减原理，计算连通域相对于最近邻连通域的纹理能量缩减程度，得到连通域的纹理能量缩减性数值。运动模糊产生的拖影可能导致连通域的高频分量幅值降低，通过比较当前连通域与最近邻连通域的高频分量幅值差异，得到连通域的纹理能量缩减性数值，纹理能量缩减性数值越大，代表当前连通域的高频能量衰减越严重，该连通域为拖影区域的可能性越高。针对每一个连通域，基于形态学骨架提取原理，计算连通域内边缘采样点到几何中心的距离的离散程度，得到连通域的骨架距离递减量。真实砂石颗粒的形状通常较紧凑，连通域的边缘采样点到几何中心的距离波动较小，而拖影区域往往呈现从本体边缘伸出的细长形态，其边缘采样点到几何中心的距离波动较大。通过计算骨架距离递减量，可以区分真实颗粒与拖影区域，避免将纹理能量较低的细小颗粒误判为拖影。将纹理能量缩减性数值和骨架距离递减量按照预设权重进行融合，得到连通域的模糊域得分。纹理能量缩减性数值侧重于检测运动模糊引起的高频能量损失，骨架距离递减量侧重于检测拖影特有的细长形状特征，单一特征在识别细小颗粒时可能出现误判。通过加权融合纹理能量缩减性数值和骨架距离递减量，可以同时利用纹理信息和形状信息，使模糊域得分更准确地反映连通域中的拖影，从而减少误判。针对每一个连通域，基于帧间运动追踪原理，根据连通域在相邻两帧二值化图像中的运动特征和模糊域得分，确定连通域的可信度量化值。运动模糊产生的拖影方向应与砂石颗粒的实际运动方向一致，且运动速度越快拖影越严重。通过计算可信度量化值，可以验证拖影是否符合运动规律，从而进一步提高判定的准确性，避免将静止的纹理模糊区域误判为拖影。可信度量化值越低，说明该区域越可能是需要剔除的拖影区域。将可信度量化值与预设可信度阈值进行比较；当可信度量化值小于预设可信度阈值时，将连通域判定为拖影区域并从二值化图像中剔除；否则，保留连通域作为有效砂石颗粒区域。通过设定预设可信度阈值，筛选出可信度低的连通域并将其剔除，从而消除运动模糊产生的拖影对砂石粒径计算的影响，同时保留可信度高的真实砂石颗粒区域。因此，本技术在快速测量的同时提升砂石粒径级配检测精度。