[發(fā)明專利]一種基于自相關(guān)算法的混合沙粒徑及級(jí)配的測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510075363.6
• 申請(qǐng)日: 2015-02-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104680527B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 成志軒;劉海江;劉慧;賴富春;於剛節(jié);劉騰君;葉洲騰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/80
• 分類號(hào): G06T7/80;G06T7/62
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司33200
• 代理人: 邱啟旺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種混合沙粒徑及級(jí)配的測(cè)量方法，特別適用于粒徑在1-10mm之間的泥沙粒徑及級(jí)配測(cè)量。

背景技術(shù)

泥沙與人類社會(huì)密切相關(guān)，一方面細(xì)沙可以淤灌農(nóng)田，肥沃土地，粗沙可作建筑材料，另一方面泥沙顆粒會(huì)影響水利水運(yùn)工程的建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)安全，因此泥沙顆粒粒徑的測(cè)定對(duì)于河道整治，水庫(kù)清淤等都具有重要的指導(dǎo)意義。泥沙粒徑是泥沙最為基本的特性，是決定泥沙起動(dòng)、輸移與沉降等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)最重要的參數(shù)。傳統(tǒng)的泥沙測(cè)量方法主要有篩分法、沉降法和激光衍射法。篩分法是最為傳統(tǒng)的泥沙粒徑測(cè)量方法，但需要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，耗時(shí)繁瑣；沉降法對(duì)粒徑的范圍有嚴(yán)格要求，適用于0.062mm～1mm之間的細(xì)沙；激光衍射法則同樣只適用于細(xì)沙，對(duì)外部環(huán)境十分敏感，對(duì)水質(zhì)要求嚴(yán)苛，且實(shí)驗(yàn)儀器昂貴，無(wú)法普及推廣使用。所以發(fā)明一種快捷簡(jiǎn)便，適用粒徑范圍廣，設(shè)備成本低，可實(shí)地實(shí)時(shí)精確測(cè)量泥沙粒徑及級(jí)配的技術(shù)具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種操作簡(jiǎn)便，適用范圍廣，設(shè)備成本低，可以在實(shí)地實(shí)時(shí)精確測(cè)量泥沙粒徑及級(jí)配的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于自相關(guān)算法的混合沙粒徑及級(jí)配的測(cè)量方法，包括以下步驟，

(1)選定涵蓋目標(biāo)混合沙尺寸范圍的M組均勻沙，依次得到M組均勻沙的相關(guān)性代表曲線，并計(jì)算每組均勻沙的平均粒徑，所述M為大于1的整數(shù)；具體包括以下子步驟：

(1.1)將沙樣平鋪在黑色平板上，用玻璃平板壓平，移走玻璃板后放置尺寸標(biāo)定物；

(1.2)通過(guò)數(shù)碼相機(jī)拍攝沙樣的圖像；所述數(shù)碼相機(jī)鏡頭與沙樣所在的平面垂直，所述數(shù)碼相機(jī)的距地距離H固定；

(1.3)通過(guò)圖像中的尺寸標(biāo)定物，確定實(shí)際長(zhǎng)度與像素長(zhǎng)度的比例關(guān)系；

(1.4)對(duì)圖像進(jìn)行灰度處理，得到灰度圖像；對(duì)灰度圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，將灰度圖像加大對(duì)比度；

(1.5)在加大對(duì)比度的灰度圖像上選定目標(biāo)區(qū)域，所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)不包括尺寸標(biāo)定物；將目標(biāo)區(qū)域從初始位置分別向上、下、左、右、左上、左下、右上、右下八個(gè)方向移動(dòng)相同的位移S；當(dāng)向上、下、左、右四個(gè)方向移動(dòng)時(shí)，步長(zhǎng)為L(zhǎng)，位移步數(shù)為t，位移距離z＝L×t，最大步數(shù)為q且滿足S＝q×L；當(dāng)向左上、左下、右上、右下四個(gè)方向移動(dòng)時(shí)，步長(zhǎng)為位移步數(shù)為t，最大步數(shù)為位移S大于沙樣的像素長(zhǎng)度，且不超過(guò)灰度圖像的邊界，分別計(jì)算在八個(gè)方向上每移動(dòng)一步后新的目標(biāo)區(qū)域y與初始目標(biāo)區(qū)域x之間的相關(guān)性r，相關(guān)性的計(jì)算公式為：

式中，x′_i和y′_i分別表示目標(biāo)區(qū)域移動(dòng)前后的區(qū)域內(nèi)的對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的灰度值，和則表示這兩個(gè)區(qū)域的所有像素點(diǎn)灰度的平均值；

(1.6)以位移距離為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的相關(guān)性r的值為縱坐標(biāo)，在同一坐標(biāo)系下繪制八個(gè)移動(dòng)方向的相關(guān)性曲線；

(1.7)確定八條相關(guān)性曲線各自達(dá)到第一次回升頂點(diǎn)時(shí)的位移距離，根據(jù)步驟1.3得到的比例關(guān)系，將位移距離轉(zhuǎn)換成實(shí)際長(zhǎng)度；

(1.8)選取八個(gè)方向計(jì)算得到的實(shí)際長(zhǎng)度的平均值作為該組沙樣的平均粒徑；

(1.9)將八個(gè)移動(dòng)方向的相關(guān)性曲線擬合成一條代表該沙樣的相關(guān)性代表曲線；

(2)在同一坐標(biāo)系下繪制M組均勻沙的相關(guān)性代表曲線，作為混合沙的校準(zhǔn)圖；

(3)對(duì)目標(biāo)混合沙重復(fù)步驟1.1‐1.6，繪制其相關(guān)性代表曲線，其中，步驟1.5中選定P個(gè)目標(biāo)區(qū)域，每個(gè)目標(biāo)區(qū)域均得到八個(gè)方向的相關(guān)性曲線，將P×8個(gè)相關(guān)性曲線擬合成一條混合沙的相關(guān)性代表曲線，P為大于1的整數(shù)；

(4)結(jié)合步驟3得到的混合沙的相關(guān)性代表曲線和步驟2得到的混合沙的校準(zhǔn)圖，利用非線性規(guī)劃方法，得到各組分均勻沙在混合沙圖像中所占的面積比；具體為：

設(shè)計(jì)變量x：x＝[x₁,x₂,…x_j…,x_m]^T，x_j為第j組分均勻沙在混合沙圖像中的面積比；

目標(biāo)函數(shù)f(x)：