[发明专利]基于图像处理的土样表面裂隙动态追踪提取装置及方法

权利要求书

1.基于图像处理的土样表面裂隙动态追踪提取装置，包括有遮光箱(4)，其特征在于：所述遮光箱(4)的侧壁上设置有摄像孔(43)，所述遮光箱(4)的外侧依次安装有微型激光定位器(2)和高清摄像机(1)，所述微型激光定位器(2)和高清摄像机(1)的底部均固定连接有可伸缩支架(3)，所述遮光箱(4)的内底面的中心位置上固定安装有可变转速旋转电机(6)，所述可变转速旋转电机(6)的顶端固定连接有旋转平台(5)，所述旋转平台(5)上设置有圆柱形土样(7)。

2.根据权利要求1所述的基于图像处理的土样表面裂隙动态追踪提取装置，其特征在于：所述遮光箱(4)的竖直棱边上固定连接有钢制遮光箱支架(44)，所述钢制遮光箱支架(44)上设置有多个安装孔(45)，所述安装孔(45)内插接有钢制灯光位置水平控制杆(41)，所述钢制灯光位置水平控制杆(41)上固定安装有LED灯源(42)。

3.根据权利要求1所述的基于图像处理的土样表面裂隙动态追踪提取装置，其特征在于：所述微型激光定位器(2)和高清摄像机(1)与圆柱形土样(7)相匹配，所述高清摄像机(1)的对焦位置位于圆柱形土样(7)的中心位置；所述微型激光定位器(2)的激光定位点位于圆柱形土样(7)的正下方位置；所述高清摄像机(1)的对焦位置和微型激光定位器(2)的激光定位点位置在同一条铅垂线上。

4.基于图像处理的土样表面裂隙动态追踪提取方法，所述提取方法与权利要求1-3所述的基于图像处理的土样表面裂隙动态追踪提取装置相匹配，其特征在于，包括有如下步骤：

S1、将旋转平台(5)及可变转速旋转电机(6)位置准确设置在遮光箱(4)的中心位置；随后将圆柱形土样(7)安放在旋转平台(5)正中心位置；

S2、调整钢制灯光位置水平控制杆(41)、高清摄像机(1)及微型激光定位器(2)的位置，最终使得高清摄像机(1)内的图像清晰，圆柱形土样(7)表面无发射光且微型激光定位器(2)的激光定位点位于圆柱形土样(7)正下方；

S3、通过预试验调节可变转速旋转电机(6)的转速，选择合适的旋转平台(5)转速w₀，同时通过预试验确定视频的截取时间间隔Δt；

S4、按S3中所述操作方法将旋转平台(5)调整至合适转速w₀；同时开启高清摄像机(1)、可变转速旋转电机(6)及微型激光定位器(2)电源开关，待在高清摄像机(1)内完整记录下圆柱形土样(7)的侧面视频图像后关闭上述3个电源；

S5、将S4中采集的视频带入imageJ软件中；利用imageJ内自带的Java程序包，以微型激光定位器(2)的激光定位点为基础，按等时间间隔t编写代码用来截取视频中对应的区域；将截取区域按时间顺序进行排列；

S6、将S5中排序后的截取区域重新导入imageJ软件中，利用公式对进行截取区域的水平距离进行换算，并对所有截取区域按时间顺序进行拼接处理；

S7、对拼接后的截取区域图片进行二值化处理，提取试验土样对应的侧面完整裂隙。

5.根据权利要求4所述的基于图像处理的土样表面裂隙动态追踪提取方法，其特征在于：所述S3中所选择的转速w₀要尽可能的小，旋转平台(5)在转速w₀下运行平稳，高清摄像机(1)内的圆柱形土样(7)图像无抖动。

6.根据权利要求4所述的基于图像处理的土样表面裂隙动态追踪提取方法，其特征在于：所述S3中所确定的视频的截取时间间隔Δt要尽可能的小，对土样的侧面视频按时间间隔t进行截取后需确保最后一次截取图片的完整。

7.根据权利要求4所述的基于图像处理的土样表面裂隙动态追踪提取方法，其特征在于：所述S6中所提到的计算截取区域的水平距离的公式为：

Δx＝r·ω₀·Δt

式中，r表示圆柱形土样(7)的半径，w₀表示旋转平台(5)的转速，Δt表示视频的截取时间间隔。