一种钙质砂颗粒形状参数的测量方法

本发明涉及数字图像处理的，尤其涉及到一种钙质砂颗粒形状参数的测量方法。

背景技术：

1、钙质砂是一种经物理、生物及化学作用而形成的以碳酸钙为主要成分的碳酸盐沉积物，广泛分布于我国南海岛礁区域，具有形状不规则和多孔隙等特点，这些特点使钙质砂较常规陆源砂更容易产生颗粒破碎。颗粒破碎会影响土体的形状，进而导致土体的物理力学性质发生变化。然而，传统方法对于颗粒破碎形状演化的研究，其分析结果主要基于对比颗粒破碎前后的级配曲线进行，即主要对颗粒破碎的起始状态和最终状态进行分析，缺乏中间过程。实际上，粗砂破碎后变成不同粒径的细砂、与粗砂破碎后粒径相同的原始颗粒也部分破碎成更为细小的颗粒，存在颗粒的破碎重叠掩盖。对于实际土体来说，往往都是多种粒径颗粒的组合，然而传统方法的研究对象主要集中在单一粒径组或单颗粒，难以得到真实土体颗粒破碎形状演化的全过程，这阻碍了对颗粒破碎变形机理的研究。因此，需要进一步改进和完善颗粒破碎形状参数的测量方法，便于对钙质砂颗粒受压破碎前后的形状演化分析。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种钙质砂颗粒形状参数的测量方法，借助染色标定和图像处理技术测量钙质砂颗粒受压破碎前后的形状演化。

2、为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：

3、一种钙质砂颗粒形状参数的测量方法，将钙质砂筛分成不同粒径组；

4、使用不同颜色的染色剂分别对不同粒径组钙质砂进行染色标定；

5、获取加载前不同粒径组钙质砂颗粒原始图像；

6、制备级配良好的染色钙质砂试样，进行一维压缩试验；

7、将加载后受压破碎的染色钙质砂试样进行筛分；

8、获取加载后不同粒径组钙质砂颗粒原始图像；

9、对加载前、后钙质砂颗粒原始图像中各种颜色颗粒进行图像分割预处理；

10、进行加载前、后钙质砂颗粒形状参数计算与分析。

11、进一步地，将钙质砂筛分成不同粒径组前，先将钙质砂被洗净烘干。

12、进一步地，钙质砂筛分为0.15-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-1.18mm、1.18-2.36mm、2.36-4.75mm五种不同的粒径组。

13、进一步地，使用黑色、蓝色、黄色、红色和绿色五种颜色的染色剂分别对0.15-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-1.18mm、1.18-2.36mm、2.36-4.75mm五种粒径组的钙质砂进行染色。

14、进一步地，获取加载前不同粒径组钙质砂颗粒原始图像包括：

15、a1、分别将每一粒径组的钙质砂颗粒平铺在背景板上，不断地抖动背景板，使得钙质砂颗粒以最自然的状态稳定于背景板上，此时钙质砂颗粒具有最小势能，并且控制颗粒间的间距，防止造成颗粒间的重叠，影响图像拍摄效果；

16、a2、将数字显微摄像机架设在背景板的正上方，摄像头垂直对准背景板，手动调节镜头焦距，直至得到清晰的颗粒画面，再拍照获取每一粒径组的钙质砂颗粒原始图像。

17、进一步地，制备级配良好的染色钙质砂试样时，染色钙质砂试样的级配比为1:1:1:1:1。

18、进一步地，加载后破碎的钙质砂被筛分出0.15-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-1.18mm、1.18-2.36mm、2.36-4.75mm五种不同的粒径组。

19、进一步地，对加载前、后钙质砂颗粒原始图像中各种颜色颗粒进行图像分割预处理，包括：

20、b1、将拍摄的颗粒原始图像导入imagej软件中，使用软件的threshold color功能，选择lab颜色空间，通过对比原始图像，反复调节l、a、b的值，提高被包围选中的目标颜色颗粒轮廓的精度；设置该区域以黑色显示，未选定区域以白色显示，获得黑白照片；

21、b2、将步骤b1得到的图片灰度化，通过图像二值化分割把颗粒的灰度值设为0，背景的灰度值设为255，使用imagej软件中的形态学操作相关功能消除图像中的非目标对象，最后得到待处理的目标颜色颗粒二值图；

22、b3、重复步骤b1和步骤b2，直至得到所有颜色的钙质砂颗粒待处理二值图像。

23、进一步地，进行加载前、后钙质砂颗粒形状参数计算与分析包括：

24、c1、使用imagej的analyze particles功能，对每一张待处理目标颜色颗粒二值图进行形状参数测量，得到包括颗粒面积、颗粒边界周长、颗粒圆度和颗粒粗糙度在内的形状参数的定量描述，颗粒圆度c和颗粒粗糙度s的计算公式如下：

25、

26、

27、式中，a为颗粒面积，a为颗粒边界周长，aout为颗粒外凸多边形面积；

28、c2、统计所得形状参数数据、分析不同粒径组钙质砂颗粒受压破碎后的形状变化，以及不同粒径组钙质砂破碎去向。

29、与现有技术相比，本技术方案原理及优点如下：

30、1、本技术方案使用染色标定的方法可以对不同粒径组钙质砂破碎后的颗粒进行追踪，得到不同粒径组钙质砂颗粒破碎去向。

31、2、本技术方案结合数字图像处理技术测量颗粒形状参数，能准确且定量地描述钙质砂颗粒形状及其变化，有助于我们研究钙质砂颗粒破碎形状演化。

技术特征：

1.一种钙质砂颗粒形状参数的测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种钙质砂颗粒形状参数的测量方法，其特征在于，将钙质砂筛分成不同粒径组前，先将钙质砂被洗净烘干。

3.根据权利要求1或2所述的一种钙质砂颗粒形状参数的测量方法，其特征在于，钙质砂筛分为0.15-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-1.18mm、1.18-2.36mm、2.36-4.75mm五种不同的粒径组。

4.根据权利要求3所述的一种钙质砂颗粒形状参数的测量方法，其特征在于，使用黑色、蓝色、黄色、红色和绿色五种颜色的染色剂分别对0.15-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-1.18mm、1.18-2.36mm、2.36-4.75mm五种粒径组的钙质砂进行染色。

5.根据权利要求1所述的一种钙质砂颗粒形状参数的测量方法，其特征在于，获取加载前不同粒径组钙质砂颗粒原始图像包括：

6.根据权利要求1所述的一种钙质砂颗粒形状参数的测量方法，其特征在于，制备级配良好的染色钙质砂试样时，染色钙质砂试样的级配比为1:1:1:1:1。

7.根据权利要求1所述的一种钙质砂颗粒形状参数的测量方法，其特征在于，加载后破碎的钙质砂被筛分出0.15-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-1.18mm、1.18-2.36mm、2.36-4.75mm五种不同的粒径组。

8.根据权利要求1所述的一种钙质砂颗粒形状参数的测量方法，其特征在于，对加载前、后钙质砂颗粒原始图像中各种颜色颗粒进行图像分割预处理，包括：

9.根据权利要求1所述的一种钙质砂颗粒形状参数的测量方法，其特征在于，进行加载前、后钙质砂颗粒形状参数计算与分析包括：

技术总结
本发明公开了一种钙质砂颗粒形状参数的测量方法，包括：将钙质砂筛分成不同粒径组；使用染色剂对不同粒径组钙质砂进行染色标定；获取加载前不同粒径组钙质砂颗粒原始图像；制备级配良好的染色钙质砂试样，进行压缩；将加载后受压破碎的染色钙质砂试样进行筛分；获取加载后不同粒径组钙质砂颗粒原始图像；对加载前后钙质砂颗粒原始图像中各种颜色颗粒进行图像分割预处理；进行加载前、后钙质砂颗粒形状参数计算与分析。本发明使用染色标定的方法对不同粒径组钙质砂破碎后的颗粒进行追踪，得到不同粒径组钙质砂颗粒破碎去向。结合数字图像处理技术测量颗粒形状参数，能准确且定量地描述钙质砂颗粒形状及其变化，有助于研究钙质砂颗粒破碎形状演化。

技术研发人员：王婉莹,廖梓凯,饶剑
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15