[发明专利]基于数字图像技术的泥沙颗粒分析装置及分析方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种基于数字图像技术的泥沙颗粒分析装置及分析方法，属于粉体测试技术领域。

背景技术

水位、流量、泥沙是水文测量的三大基本要素。当前，水位、流量的测验通过引进新的设备，已取得一定的成效，但河流泥沙颗粒的测验依然应用传统方法。随着社会经济的快速发展，河流泥沙治理开发的任务愈来愈重，对水文工作的要求也愈来愈高。无论是防洪、水资源统一管理，还是生态环境的建设，都需要水文信息的快速、准确、及时，泥沙颗粒分析工作更是如此。传统的泥沙颗粒级配测量方法操作过程繁琐、费工费时，生产周期长、不能满足在短时间内完成大批量泥沙颗粒级配测量任务的需要，并严重制约了水文测验技术向数字化、信息化发展的步伐。为了提高泥沙颗粒级配测量技术的科技含量和水文测验市场的竞争力，需要探求能替代传统方法测量泥沙颗粒级配的新技术。

数字图像检测的基础是数字图像采集和数字图像处理部分，随着其它学科如光学镜头、CCD器件、CMOS图像传感器等的发展，以及数字图像处理理论中各种算法的改进与完善，使得基于数字图像检测的技术应用越来越广，在很多领域，数字图像检测的应用极大的改进了检测系统的准确性与速度性，能够提高检测的速度与准确性，减少了检测的不确定度。

数字图像检测技术的发展为基于数字图像处理的颗粒分析提供了可能，利用图像处理技术可以对颗粒进行亚微米甚至纳米程度上的结构观测，定量的分析颗粒性质，提取颗粒结构的各种有用信息。传统的颗粒检测方法存在着准确度低，可重复性差，速度慢等缺点。通过采用数字图像处理的方法可以大幅度提高速度，减少所用时间，提高准确性，可进行极窄级别的精细粒度分析，并且通过软件分析可以实现各种参数的实时分析，图像曲线显示，存储打印等各种功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中传统的泥沙颗粒级配测量方法的缺陷，提出一种基于数字图像技术的泥沙颗粒分析方法及分析装置，可快速而准确的对颗粒进行统计和分析，提高了工作效率。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于数字图像技术的泥沙颗粒分析装置，包括采集箱体、图像采集单元、泥沙颗粒分析系统；其中图像采集单元设置在采集箱体中，用于采集泥沙样品的图像；所述泥沙颗粒分析系统包括输入模块、图像预处理模块、图像二值化模块、边缘检测及轮廓提取模块、统计输出模块；

其中，图像采集单元将采集到的泥沙样品图像由输入模块发送至图像预处理模块，图像预处理模块对图像进行预处理后发送至图像二值化模块，图像二值化模块对预处理后的图像进行二值化操作后发送至边缘检测及轮廓提取模块，边缘检测及轮廓提取模块对图像进行边缘检测、轮廓提取后得到泥沙颗粒的各项特征参数，然后发送至统计输出模块进行数据统计和输出显示。

进一步的，本发明的一种基于数字图像技术的泥沙颗粒分析装置，所述图像采集单元包括摄像机和光源，其中所述摄像机固定在采集箱体的侧壁上，所述光源包括两个灯管，分别平行设置在采集箱体的两侧壁上。

本发明还提供一种基于数字图像技术的泥沙颗粒分析方法，包括如下步骤：

步骤101，采集泥沙颗粒图像，并对颗粒图像进行预处理；

步骤102，利用阈值分割方法进行阈值分割得到泥沙颗粒的二值图像； 

步骤103，对颗粒进行边缘检测，通过对目标颗粒进行递归法标号统计得到泥沙颗粒的边缘轮廓信息；

所述递归法具体分步骤为：

A、扫描图像，当遇到一个颗粒像素，对其进行八链码区域扫描，直至形成封闭区域；

B、将步骤A形成的封闭区域内的像素均赋予同一个标号N；

C、继续扫描，当形成第二个封闭区域后，对这个区域内的像素均赋予一个新的标号N+1；

D、继续扫描，依此类推，直至扫描完图像中的所有颗粒像素，最后最大的标号就代表着图像中颗粒的数目；

E、分别统计每个标号的像素数，得到每个颗粒所占的像素数；

步骤104，将像素点总数乘以单个像素点所对应的实际面积，得到每一个泥沙颗粒的投影面积A；对图像的边缘像素进行统计，再乘以单个像素点的长度，得到每一个泥沙颗粒的投影轮廓周长                                               ；

步骤105，根据泥沙颗粒的投影面积A，采用下式得到泥沙颗粒的等效圆直径D，

步骤106，通过对泥沙颗粒进行边缘跟踪，找出最长两点间的距离，得到所测泥沙颗粒对象的长径，记下这两个边缘点坐标；