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原文传递一种多孔混凝土孔隙率计算和孔隙参数表征方法

专利名称：	一种多孔混凝土孔隙率计算和孔隙参数表征方法
摘要：	本发明属于混凝土孔隙参数分析技术领域，涉及一种多孔混凝土孔隙率计算和孔隙参数表征方法，采用优化设计的脆性材料剖面磨削箱室配合磨削刀具对多相材料试件进行固定间距的逐层干磨，拍摄多相材料试件的连续剖面图像，进而利用图像处理软件对多相材料试件连续剖面图像进行配准、标准化处理和预处理操作获取标准可用的多相材料试件连续剖面图像，在连续剖面图像获取时考虑了剖面图像在Z轴方向的对准，实现了较小层间距和较高校准度的连续剖面图像的获取，具备“模拟CT”图像的特点，获得的真彩色图像克服了CT扫描的灰度图像信息量丢失的缺点；其图像获取的方式简单、快捷，图像获取成本低，获取的图像信息量完整，便于应用推广。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	青岛理工大学
发明人：	范宏;赵铁军;张鹏;刘树明;王鹏刚
专利状态：	有效
发布日期：	2019-01-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201810059436.6
公开号：	CN108387495A
代理机构：	青岛高晓专利事务所(普通合伙) 37104
代理人：	白莹;于正河
分类号：	G01N15/08(2006.01)I;G06F17/50(2006.01)I;G06T7/38(2017.01)I;G06T17/00(2006.01)I;G;G01;G06;G01N;G06F;G06T;G01N15;G06F17;G06T7;G06T17;G01N15/08;G06F17/50;G06T7/38;G06T17/00
申请人地址：	266520 山东省青岛市经济技术开发区长江中路2号
主权项：	1.一种多孔混凝土孔隙率计算和孔隙参数表征方法，其特征在于具体工艺过程包括获取多孔混凝土连续剖面图像、标准化处理连续剖面图像、重建多孔混凝土模型、计算孔隙率和表征孔隙特征参数共五个步骤：(一)获取多孔混凝土连续剖面图像：将磨削刀具与脆性材料剖面磨削箱室固定连接，把预制的或在多孔混凝土道路上取芯的多孔混凝土试件装设并固定在脆性材料剖面磨削箱室的试件夹持机构上，多孔混凝土试件跟随试件夹持箱门旋转，试件夹持箱门的最大旋转角度为90°，多孔混凝土试件截面中心距地面高度为105cm；将固定在三脚架上的数码相机的镜头高度调整为105cm使其与多孔混凝土试件的截面中心点在同一条直线上，将相机镜头与多孔混凝土试件截面的水平直线距离调整为30cm；开启磨削刀具沿多孔混凝土试件的Z轴方向对多孔混凝土试件进行打磨，通过磨削刀具的精密螺丝的旋转周数控制多孔混凝土试件剖面的打磨厚度和间距，精密螺丝的螺纹间距为1mm，精密螺丝旋转一周磨头的打磨进深间距为1mm；每层剖面打磨完成后进行截面拍照，每层剖面拍照后精密螺丝旋转一圈，打磨下一层剖面，以相同的拍照参数重复打磨—拍照过程，获取层间距为1mm的多孔混凝土试件连续剖面图像；(二)标准化处理连续剖面图像：采用三锚点对准方法对连续剖面图像进行校准，由于混凝土试件分层打磨时，拍摄的每一层剖面图像不能保证在层间配准，由于图像拍摄时受到各种因素的影响，如摄像机的角度、距离和方向、物体位置的移动以及其他因素，导致图像出现误差，需要对图像进行配准，选取试件夹持机构上靠近多相材料试件的三个控制点作为基准点，三个基准点不在一条直线上，连续剖面图像成像时，每个剖面图像都包含这三个基准点，选择其中一幅标准图像作为基准图像，其余剖面图像为待配准图像，标准图像是连续剖面图像中的角度、距离、方向和物体位置均符合设定要求的图像，图像配准是寻求待配准图像和标准图像间一对一的映射的过程，是将两幅图像中对应于空间同一位置的点联系起来，待配准图像中的三个控制点与基准图像中的三个基准点应重合，根据控制点的位置来推算空间映射的关系，再用空间映射的关系对待配准图像进行几何变换，在MATLAB中，使用cpselect函数交互工具对连续剖面图像进行Z轴方向的配准，获得配准结果；拍摄时包含了不属于多孔混凝土试件剖面图像的锚点，利用Photoshop、image proplus对配准后的连续剖面图像进行统一的图像剪裁，裁剪掉连续剖面图像周围包括锚点的无用区域，保留需要分析的混凝土试件打磨区域的连续剖面图像并将连续剖面图像调整为相同尺寸，完成连续剖面图像的标准化处理；(三)重建多孔混凝土模型：为保证图像像素与真实骨料尺度的比例一致，对连续剖面图像进行图像像素与真实骨料尺寸的转换推算，在连续剖面图像导入Mimics三维重建软件的过程中输入X轴、Y轴和Z轴的扫描分辨率，图像上的点坐标(x’，y’)对应真实切片上的相应点坐标(x，y)，然后对真彩色连续剖面图像进行灰度转化处理，得到的连续剖面图像中不同相的图像灰度具有不同的阈值范围；进一步对连续剖面图像进行阈值分割，分别选取多孔混凝土试件的连续剖面图像中的骨料、胶凝材料和孔隙三相并保存为各相蒙板，对骨料、胶凝材料和孔隙三相蒙板进行3D计算，分别将骨料、胶凝材料和孔隙三相蒙板重建为三维矩阵模型；(四)计算孔隙率：利用mimics软件的虚拟测量功能对骨料、胶凝材料和孔隙三相模型进行体积计量，骨料模型体积为V1，胶凝材料模型体积为V2，总孔隙模型体积为V3，有效孔隙体积为V4，则透水混凝土总孔隙率计算公式为：有效孔隙率计算公式为其中多孔混凝土有效孔隙体积V4的测量方法是通过区域增长功能，分别选取多孔混凝土连续剖面图像中第一层与最后一层的孔隙区域，其余各层分别对与边界相交的孔隙进行区域增长，经区域增长后选取的孔隙区域为与边界相连的包括连通孔隙和半连通孔隙的有效孔隙区域，舍弃中间封闭的孔隙，将区域增长选取的有效孔隙区域保存为新的蒙板，对新的蒙板进行3D计算重建为有效孔隙的三维模型，再对有效孔隙三维模型进行虚拟测量计算得到有效孔隙模型体积V4；(五)表征孔隙特征参数：通过有效孔隙三维模型能够直观的观察到孔隙空间分布特征，通过mimics软件孔隙分析模块能够对孔隙特征参数：平均孔径、孔径分布、孔喉比和孔隙迂曲度进行计量分析，其中孔隙迂曲度τ是渗流通道的实际长度与穿过渗流介质的宏观长度的比值，孔隙迂曲度τ的计算公式为：其中，Lε为流体介质渗流通道的实际长度，L为渗流介质宏观长度，流体介质渗流通道的实际长度的计量过程是：选取有效孔隙三维模型从二维平面图像中生成的孔隙边界轮廓线，基于孔隙边界轮廓线拟合孔隙中心线，通过软件输出功能输出孔隙拟合中心线的长度，孔隙拟合中心线的长度即为流体介质渗流通道的实际长度L∈，流体介质点穿越介质单位距离时质点在孔道中运动轨迹的真实长度即为渗流介质宏观长度L。
所属类别：	发明专利