《基於光學成像技術的泥沙顆粒級配及形態測定方法研究》是依託河海大學，由陳紅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於光學成像技術的泥沙顆粒級配及形態測定方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳紅
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
泥沙顆粒粒徑、形態、圓度和級配等參量測定是研究泥沙運動和河床演變規律的基礎。常用顆粒分析方法有篩分法、沉降法、電阻法和雷射粒度法，上述方法只能獲取粒徑和級配，不能同時直接獲取形態信息，影響了對泥沙運動規律的認識和基礎理論研究深度。本項目擬基於光學成像技術，研發一種新型、無透鏡的泥沙顆粒分析方法，解決常規圖像分析法中測量範圍窄、處理速度慢、形態信息單一等問題。擬重點研究利用泥沙顆粒分散技術、光學成像裝置和圖像處理技術，獲取泥沙顆粒在平行光源照射下的投影信息，構建泥沙顆粒大小、阻光特性、光強、圖像灰度值等參量間的數學關係，通過實時動態監測泥沙顆粒不同時刻截面投影，獲取最大、中間和最小粒徑，實現泥沙顆粒形狀係數的準確測量；並基於分形理論，建立泥沙顆粒形狀分形維數計算方法，實現泥沙顆粒形態的定量描述。成果有望發展泥沙顆粒分析理論，解決寬級配、不規則形狀泥沙顆粒測量問題，為泥沙學科研究提供技術保障。
結題摘要
對比分析了常規泥沙顆粒測試技術，構建了泥沙顆粒圖像分析系統，深入研究了圖像格式、材質對泥沙圖像的影響，建立了行搜尋法提取泥沙顆粒圖像，經等效變換獲取泥沙顆粒粒徑、級配等信息，並採用顆粒表面分形維數分析了泥沙顆粒表面粗糙度。主要研究內容及成果如下： 1）對比總結了常規泥沙顆粒分析技術優缺點採用篩分法、沉降法、電阻法和雷射粒度法測量了均勻沙和非均勻沙的粒徑及級配，對於形狀規則的泥沙顆粒，雷射粒度法測試結果重複性更好、相對誤差更小。 2）構建了泥沙顆粒圖像採集裝置 構建了泥沙顆粒圖像採集裝置，中間設定隔層安裝攝像機。LED光強可根據泥沙顆粒粒徑調節，解決了固定光強情況下小顆粒泥沙被散射光淹沒等問題。 3）研究了圖像格式、材質對泥沙顆粒圖像的影響，分析了RGB行灰度分布特徵 8位灰度圖像處理單色沙效果較好，直方圖呈雙峰形態，易於閾值分割，而對於多色沙測量誤差較大；RGB圖像對單色沙和多色沙處理效果均較好，測試結果重複性優於8位灰度圖像。RGB行灰度值在泥沙顆粒邊緣處開始下降，至泥沙顆粒中心處，灰度值降至最低，隨著向顆粒邊緣發展，灰度值逐漸增大。 4）建立了泥沙顆粒圖像行搜尋法和空心圖像填充法逐行對比分析各象素RGB灰度值，基於行灰度分布特徵提取泥沙顆粒圖像。行搜尋法提取的泥沙顆粒圖像存在空心、缺失等現象，運用連通域，實現空心填充。 5）開發了具有自主智慧財產權的泥沙顆粒圖像分析系統 基於VB程式語言，開發了泥沙顆粒圖像分析系統，具有圖像採集、RGB直方圖、 圖像濾波、行灰度特徵分析、顆粒提取、粒徑計算、級配統計、數據對比和多樣本數據融合等功能。 6）運用分形分維方法分析了泥沙顆粒表面粗糙度 基於周長-面積法分析了泥沙顆粒表面分形維數，結果表明維數可用於泥沙顆粒表面粗糙度的描述。
