一种集料颗粒3D成像装置

一种集料颗粒3d成像装置
技术领域
1.本实用新型涉及土木工程集料颗粒成像技术领域，尤其涉及一种集料颗粒3d成像装置。


背景技术：

2.集料作为颗粒性材料在土木工程领域有着广泛的应用，是混凝土材料的主要组成部分，在铁道工程领域则是道砟的直接来源。
3.混凝土及道砟作为颗粒性材料其工程力学行为受集料颗粒的几何形状特征(形状、棱角及纹理)影响较大，研究人员对集料的二维形态学特性进行了较为广泛的研究并提出了大量的形态学指标但是其仅能反映集料某一投影方向的形态学特性与集料真三维形态学特性存在较大差别。
4.集料三维形态学评价的关键是获取集料的三维轮廓并提出相应的评价指标，当前主要采用工业ct与三维扫描仪进行集料颗粒的三维轮廓，存在成本昂贵及测试效率较低的缺陷。
5.此外，随着计算机技术、超级计算机、云计算、人工智能等技术的发展，材料的数字化设计已成为土木工程领域的重要研究方向，其中集料的数字化便是其中的主要内容。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种集料颗粒3d成像装置。本实用新型可精确、高效及低成本地实现集料的三维重构，可为集料颗粒的三维形态学评价及材料的数字化设计提供新的技术手段。
7.本实用新型通过下述技术方案实现：
8.一种集料颗粒3d成像装置，包括背景板1、盛样盘4、图像采集装置和计算机；所述图像采集装置与计算机相连接；
9.背景板1是由侧板和底板构成的，截面形状呈l型结构的背景板；
10.该盛样盘4位于背景板1底板的上方，具体连接关系是：在底板下方设置旋转装置6，旋转装置6的转轴5穿过底板并连接在盛样盘4的底部，进而将盛样盘4撑起在底板的上方；盛样盘4的底面与背景板1的底板呈隔离状态；当旋转装置6转动时，盛样盘4跟随转轴5同步转动；
11.所述盛样盘4上设置有多个用于撑起和固定集料颗粒3的集料支撑杆33；
12.所述图像采集装置位于盛样盘4一侧，用于对集料颗粒3进行成像，并通过传输线10将图像信息传输到计算机11。
13.所述图像采集装置包括相机9、固定支架8和面光源7；
14.所述相机9为多个，并通过活动连接件，以间隔的方式分布在固定支架8 的杆部；相机9的拍摄角度通过活动连接件实现可调功能；
15.所述面光源7用过活动连接件倾斜安装在固定支架8的顶部，其倾斜面朝向盛样盘
4，并通过活动连接件实现倾斜角度可调功能。
16.所述背景板1、集料支撑杆33及盛样盘4表面裹覆有涂料层或者粘贴布料层、纸层；其中涂料层、布料层或者纸层的颜色为蓝色、绿色或红色。
17.所述盛样盘4为轻质材料，包括泡沫板或木板。
18.所述盛样盘4表面粘贴有用于图像标定的标记点。
19.所述相机9为具有拍照摄像功能的手机、数码相机、ccd相机或者单反相机。
20.所述集料支撑杆33为螺栓、钉状或者针状部件；
21.若采用钉状或者针状部件，则下端直接刺入盛样盘4，上端粘结集料颗粒 3。
22.所述旋转装置6为电动旋转或者手动旋转结构；若采用电动旋转结构时，采用伺服旋转电机机构；若采用伺服旋转电机结构，则伺服电机本体固定在承载支架上；
23.若采用手动旋转结构，则转轴通过轴承与盛样盘4支架连接固定。
24.一种集料颗粒3d成像装置的建模方法，包括如下步骤：
25.步骤一、将清洗洁净并干燥的集料颗粒3与集料支撑杆33的一端进行粘接，另一端刺入盛样盘4；再将盛样盘4安装在转轴5上；
26.步骤二、打开面光源7，打开相机9，启动旋转装置6，以拍照的方式或者录像的方式对集料颗粒3进行成像，并通过传输线10将图像信息传输到计算机11；
27.步骤三、将相机9采集到的彩色图像转换到颜色空间(color space)hsv、 ycbcr或者l*a*b*中并进行图像的阈值分割，过滤影响集料颗粒3三维重构的背景图像信息，并保留用于重构模型标定的标记点；
28.步骤四、使用摄影测量技术对经背景删除处理的图像进行标记识别、照片对齐及密集点云重构处理，完成集料颗粒的三维建模。
29.本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
30.本实用新型通过背景板1、盛样盘4及图像采集装置等有机结合；采集作业时，将集料颗粒3与集料支撑杆33的一端进行粘接，另一端刺入盛样盘4；再将盛样盘4安装在转轴5上；
31.打开面光源7，打开相机9，启动旋转装置6，以拍照的方式或者录像的方式对集料颗粒3进行成像，并通过传输线10将图像信息传输到计算机11；
32.然后，将相机9采集到的彩色图像转换到颜色空间hsv、ycbcr或者 l*a*b*中并进行图像的阈值分割，过滤影响集料颗粒3三维重构的背景图像信息，并保留用于重构模型标定的标记点；
33.最后，使用摄影测量技术对经背景删除处理的图像进行标记识别、照片对齐及密集点云重构处理，完成集料颗粒的三维建模。
34.上述技术方案，可实现集料颗粒的三维成像，相较于工业ct及激光扫描技术具有低成本的特点，此外盛样盘的设计能同时实现多颗粒，多角度成型，提高了集料颗粒的成像效率。
35.本实用新型技术手段简便易行，设计简单合理便于操作，推广；可为集料三维形态学评价及颗粒性材料数字化设计提供简便有效的基础数据。
附图说明
36.图1为本实用新型集料颗粒3d成像装置的结构示意图。
具体实施方式
37.下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。
38.实施例
39.本实用新型公开了一种集料颗粒3d成像装置，包括背景板1、盛样盘4、图像采集装置和计算机；所述图像采集装置与计算机信号连接；
40.背景板1是由侧板和底板构成的，截面形状呈l型结构的背景板；
41.该盛样盘4位于背景板1底板的上方，具体连接关系是：在底板下方设置旋转装置6，旋转装置6的转轴5穿过底板并连接在盛样盘4的底部，进而将盛样盘4撑起在底板的上方；盛样盘4的底面与背景板1的底板呈隔离状态；当旋转装置6转动时，盛样盘4跟随转轴5同步转动；
42.所述盛样盘4上设置有多个用于撑起和固定集料颗粒3的集料支撑杆33；
43.所述图像采集装置位于盛样盘4一侧，用于对集料颗粒3进行成像，并通过传输线10将图像信息传输到计算机11。
44.所述图像采集装置包括相机9、固定支架8和面光源7；
45.所述相机9为多个，并通过活动连接件，以间隔的方式分布在固定支架8 的杆部；相机9的拍摄角度通过活动连接件实现可调功能；
46.所述面光源7用过活动连接件倾斜安装在固定支架8的顶部，其倾斜面朝向盛样盘4，并通过活动连接件实现倾斜角度可调功能。
47.所述背景板1、集料支撑杆33及盛样盘4表面裹覆有涂料层或者粘贴布料层、纸层；其中涂料层、布料层或者纸层的颜色为蓝色、绿色或红色。
48.所述盛样盘4为轻质材料，包括泡沫板或木板。
49.所述盛样盘4表面粘贴有用于图像标定的标记点。
50.本实用新型盛样盘4采用泡沫板制作，其表面粘贴有蓝色布料并在布料上粘贴有标记点。
51.所述相机9为具有拍照摄像功能的手机、数码相机、ccd相机或者单反相机。
52.本实用新型采用huawei nova2智能手机作为图像采集装置。
53.所述集料支撑杆33为螺栓、钉状或者针状部件。
54.若采用钉状或者针状部件，则下端直接刺入盛样盘4，上端粘结集料颗粒 3。
55.所述旋转装置6为电动旋转或者手动旋转结构；若采用电动旋转结构时，采用伺服旋转电机机构；若采用伺服旋转电机结构，则伺服电机本体固定在承载支架上；
56.若采用手动旋转结构，则转轴通过轴承与盛样盘4支架连接固定。
57.本实用新型集料颗粒3d成像装置建模方法，可通过如下步骤实现：
58.步骤一、将清洗洁净并干燥的集料颗粒3与集料支撑杆33的一端进行粘接，另一端刺入盛样盘4；再将盛样盘4安装在转轴5上。
59.步骤二、打开面光源7，打开相机9，启动旋转装置6，以拍照的方式或者录像的方式对集料颗粒3进行成像，并通过传输线10将图像信息传输到计算机11；
60.步骤三、将相机9采集到的彩色图像转换到l*a*b*颜色空间(color space) 中，对通道3设置阈值[1.427，22.670]并进行阈值分割，过滤影响集料颗粒三维重构的背景图像信息但保留用于重构模型标定的标记。
[0061]
步骤四、使用摄影测量技术对经背景删除处理的图像进行标记识别、照片对齐及密集点云重构处理，完成集料颗粒的三维建模。
[0062]
建模完成后，即可将进行集料三维形态学评价及颗粒性材料的数字化仿真与设计。
[0063]
如上所述，便可较好地实现本实用新型。
[0064]
本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。