[發明專利]一種基于雙相機的機制砂空隙率在線測量系統及方法

在審

• 申請號: 202111409584.4
• 申請日: 2021-11-25
• 公開（公告）號: CN113945503A
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 林文華;房懷英;楊建紅;譚國億;胡祥;李建濤
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N15/02;G06T7/00;G06T7/13;G06N20/00
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 陳雪瑩

1.一種基于雙相機的機制砂空隙率在線測量系統，其特征在于：包括基礎CCD相機、精密CCD相機、LED背光源、棱鏡組、振動給料器、傳輸管和終端，所述基礎CCD相機和精密CCD相機分別與終端連接，所述振動給料器位于傳輸管上方，所述棱鏡組位于傳輸管與兩個相機之間；

所述基礎CCD相機用于拍攝全體機制砂下落區域，所述精密CCD相機用于拍攝全體機制砂下落區域中的一部分，通過所述精密CCD相機補償基礎CCD相機無法測量的細顆粒；

所述LED背光源用于提供拍攝所需的光源；

所述棱鏡組用于調整基礎CCD相機和精密CCD相機的拍攝角度；

所述振動給料器用于將機制砂顆粒傳送給傳輸管；

所述傳輸管用于傳輸機制砂顆粒；

所述終端用于對拍攝的圖像進行處理，得到機制砂顆粒的空隙率。

2.根據權利要求1所述的一種基于雙相機的機制砂空隙率在線測量系統，其特征在于：所述棱鏡組和LED背光源位于傳輸管兩側，所述棱鏡組包括第一棱鏡、第二棱鏡和第三棱鏡，所述LED背光源、第二棱鏡、第三棱鏡和基礎CCD相機位于同一平行線上，所述第一棱鏡和第二棱鏡位于同一垂直線位置，用于調節精密CCD相機的拍攝角度。

3.根據權利要求1所述的一種基于雙相機的機制砂空隙率在線測量系統，其特征在于：所述終端進一步包括：圖像采集模塊、顆粒數量整合模塊、級配占比測量模塊、粒形測量模塊和空隙率測量模塊；

所述圖像采集模塊，用于通過基礎CCD相機和精密CCD相機同時拍攝下落狀態的機制砂圖片，并對圖片進行圖像濾波、圖像二值化和圖像輪廓提取，得到機制砂顆粒的輪廓曲線；

所述顆粒數量整合模塊，用于通過精密CCD相機補償基礎CCD相機無法測量的細顆粒；

所述級配占比測量模塊，用于通過機制砂的輪廓曲線計算得到機制砂顆粒的粒徑與面積，通過粒徑和面積得到顆粒的體積，最后統計出機制砂的級配；

所述粒形測量模塊，用于通過計算機制砂的輪廓曲線得到顆粒的粒形參數；

所述空隙率預測模塊，用于將級配與粒形參數作為輸入值，使用機器學習算法計算機制砂在自然堆積狀態下的空隙率。

4.一種基于雙相機的機制砂空隙率在線測量方法，其特征在于：需提供如權利要求1-3任一項所述的系統，所述方法包括如下步驟：

步驟1、打開LED背光源、基礎CCD相機和精密CCD相機，啟動振動給料器，控制機制砂顆粒均勻下落，雙相機垂直拍攝顆粒下落圖像；

步驟2、在圖像采集模塊中，雙相機采集顆粒圖像，然后進行圖像處理獲得機制砂顆粒的輪廓曲線，所述圖像處理包括對圖片進行圖像濾波、圖像二值化和圖像輪廓提取；

步驟3、在顆粒數量整合模塊中，通過精密CCD相機補償基礎CCD相機無法測量的細顆粒；

步驟4、利用級配占比模塊根據顆粒的輪廓去曲線得到顆粒的粒徑和面積，通過粒徑和面積得到顆粒的體積，統計出機制砂級配；

步驟5、利用粒形測量模塊通過計算機制砂的輪廓曲線得到顆粒的粒形參數；

步驟6、將級配與粒形參數作為輸入值，使用機器學習算法計算機制砂在自然堆積狀態下的空隙率。

5.根據權利要求4所述的一種基于雙相機的機制砂空隙率在線測量方法，其特征在于：所述機器學習算法包括隨機森林非線性回歸算法。

6.根據權利要求5所述的一種基于雙相機的機制砂空隙率在線測量方法，其特征在于：所述隨機森林非線性回歸算法的計算過程包括：

步驟a、重采樣獲得單個回歸樹的訓練數據；

步驟b、利用數據建立單個回歸樹；

步驟c、重復以上過程獲得多個回歸樹；

步驟d、對多個回歸樹的預測值取平均值得到預測結果；

其中，所述訓練數據包括特征值與標簽值，所述特征值為機制砂的級配和粒形參數，標簽值為空隙率。