基于图像识别对粗集料粒形的分析

林书庆

（重庆交通大学 材料科学与工程学院，重庆400074）

随着城市化进程加快及基础设施建设规模加大，混凝土用量剧增。粗集料是混凝土组成中不可或缺且用量最大的组分，在工程实际中用量巨大、。每天一个混凝土拌合站的开盘量数以千吨计，按照粗集料的用量来看，几乎每一千吨混凝土就需要消耗五百吨粗集料左右。然而在运送粗集料的货车过磅之后，要经过一系列的检测才能入仓投产，其中检测包括含水率、筛分试验、压碎值、针片状颗粒含量、密度、泥块含量检测等等，几乎所有的试验检测都需要烘干，这是一个比较漫长的过程；既容易使现场为了节约时间不按规程进行检测，也容易耽搁工程进度和造成劳动力浪费[1]。本文选择四川省青川县至平武县地区的粗集料为研究对象，对该地区的粗集料进行调查和分析，并用MATLAB 的图像分析对粗集料的粒形进行分析，辨认出针片状颗粒并计算含量，希望为以后的智能化、快速检测作出贡献。

1 粗集料针片状含量研究意义

1.1 针片状颗粒

根据《建设用卵石、碎石》（GB/T 14685-2011）中对粗集料中卵石，碎石的针片状含量做出了规定。针状颗粒指颗粒度大于平均粒径2.4 倍的颗粒，片状颗粒指颗粒厚度小于平均粒径0.4倍的颗粒[2]。

1.2 粒形的研究意义

集料是混凝土拌合物主要的组成成分之一，体积含量占到70%以上,粗集料的性能直接影响混凝土的性能，工作性能优良的粗集料不仅有效可以提高混凝土的工作性能和力学性能，更能增加混凝土的耐久性以减少后期的维护费用，因此研究粗集料对混凝土性能影响有重要意义。

水泥混凝土使用粗集料时用正体颗粒为佳。不宜含有过多的针片状颗粒，否则将显著影响混凝土的拌合性和硬化后的力学强度。根据《建设用卵石、碎石》（（GB/T 14685-2011）中对粗集料中卵石，碎石的针片状含量做出了规定，见表1。理想情况下，针片状含量越低，获得的混凝土质量越好。所以针片状颗粒含量不仅是材料进仓所需检测的关键项目，也是影响混凝土性能的关键因素，有很大的研究价值。

表1 针、片状含量

2 基于MATLAB 的图像识别

2.1 图像识别技术

图像识别技术是利用计算机通过对所采集的图像进行识别区分，进行特征分析，并用一定的手段将图片划分为互不重叠的子空间，然后将分析被测物空间信息的技术[3-4]。其利用计算机对图中物体像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对象的特征参数，是应用深度学习算法的一种实践应用[5-6]。现阶段图像识别技术一般分为人脸识别与商品识别，人脸识别主要运用在安全检查、身份核验与移动支付中。商品识别主要运用在商品流通过程中，特别是无人货架、智能零售柜等无人零售领。

中国的经济发展非常迅速，但也关系到高速公路的快速发展，对铺路性能的要求也越来越高。柏油混凝土铺路在中国的高级道路和城市道路上具有绝对的优势。具有低噪音，高平坦，简易铺路维持，小型运转振动的优良特性。骨料是柏油混凝土的主要成分，其优异的形态特性影响柏油路面的性能。近年来，数码技术也可以与其他领域的集成技术。这种特性在许多领域中经常使用，也适用于柏油路铺路材料测试，研究了各种参数结果。现在取得了很大的成果。今后，本研究将鲜明描述骨料的形态特征，保证沥青混合物的优良品质，推动道路产业的发展。

目前，许多专家学者和相关公路工程研究人员引入了成像技术，探讨了粗粒料、沥青混合料和集料对图像分析的基础上，实现了对集料的自动定量描述，可以为沥青路面的使用提供足够的人力和物力资源，可广泛应用，延长沥青路面的使用寿命，从而促进骨料检测技术的发展。图像的传统识别流程分为四个步骤：图像采集→图像预处理→特征提取→图像识别。图像识别软件国外代表的有康耐视等，国内代表的有图智能、海深科技等。

2.2 针状颗粒的识别

利用光学成像技术采集集料颗粒的二维图像,然后对集料颗粒进行预处理消除图像采集过程中可能引入的噪声, 再利用图像分割将各个集料分离得到集料的二值图像, 之后利用形态学处理进一步消除噪声,再利用颗粒分析技术,最终得到集料的形态特征参数,从而完成对集料颗粒形态特征的评价。

把获得的每一个阴影图像按最大长度和最大宽度先拓展为一个矩形，再通过计算矩形的最大长度是否大于宽度的2.4 倍，是则判断是针状颗粒；否则判断不是针状颗粒。基于此原理，在Matlab 中建立M文件。

图1 图像识别效果图

图2 识别结果

将待测试样按一定的间距随机整齐摆放于深色纸布，于光照条件充足情况下，清晰拍照，传至Matlab 程序中进行识别，输出识别结果。并采用传统的规准仪对同一批试样进行验证，结果见表2。

分析表2，可以得到：8 次图像法识别试样为针状颗粒的平均准确率为98.1%，表明图像法在二维上能准确的反映出集料的针状特性；但采用传统的规范法判定集料特性时，由于人为操作，具有一定的主观因素，使得传统规准法与图像识别法在某些情况产生分歧。

3 结论

集料的针片状对混凝土性能有重要影响，传统的规准仪法和游标卡尺法只能在混凝土生产前对集料针片状进行筛选，且耗时较长，耽误生产；无法在对混凝土的生产过程进行指导，而图像法可以在混凝土生产集料传输阶段进行挑选，再配以传感设备将其进行剔除，将对混凝土强度提高和质量管理体系做出重要贡献。但目前此模型仅能用于二维识别集料的针状特性，需要进一步改进以用于三维识别集料的片状特性。

表2 图像法试验结果