激光圖像在壓實(shí)土密度檢測(cè)中的應(yīng)用

萬(wàn)思蘭 李細(xì)榮 林碩

摘?要：闡述激光圖像在壓實(shí)土密度檢測(cè)中的原理，搭建激光圖像檢測(cè)壓實(shí)土密度裝置.圖像灰度在半徑上的變化率隨著壓實(shí)土密度的增加而變大，可實(shí)現(xiàn)壓實(shí)土安全無(wú)損檢測(cè).

關(guān)鍵詞：激光圖像;壓實(shí)土;灰度

[中圖分類號(hào)]U416.1?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

文章編號(hào)：1003-6180（2019）02-0025-03

壓實(shí)土密度檢測(cè)方法有環(huán)刀法和灌沙法，密度檢測(cè)時(shí)需要破壞壓實(shí)土壤，且精確度不高.核子密度儀法可以實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)，但會(huì)影響人的健康.[1-2]本文利用激光成像的方法來(lái)測(cè)量壓實(shí)土的密度，以實(shí)現(xiàn)安全無(wú)損檢測(cè).

1?檢測(cè)原理

經(jīng)過壓實(shí)后的土，如果光被散射的概率大，被吸收的概率就小，漫反射出表面組織的光就多些.如圖1所示，s^是方向的單位矢量，r處的單位長(zhǎng)度是ds ，單位面積是dA;ω′為s^′方向的立體角， s^′是任意方向到單元體積的單位矢量，I（r，s^）為r處沿s^方向的輻射強(qiáng)度.

2?圖像采集系統(tǒng)

采用聯(lián)想臺(tái)式電腦、He-Ne激光器（波長(zhǎng)632.8 nm，功率35 mW）、Basler相機(jī)、聚光透鏡和天創(chuàng)恒達(dá)TC540N1-L圖像采集卡搭建圖像采集系統(tǒng).如圖2所示.圖像處理軟件采用C++.入射光束盡量接近垂直入射到壓實(shí)土表面.調(diào)試好試驗(yàn)平臺(tái)，并用游標(biāo)卡尺進(jìn)行標(biāo)定.不同密度的壓實(shí)土樣品由擊實(shí)試驗(yàn)[3]得到，將所有的樣品逐個(gè)放入試驗(yàn)平臺(tái)，并采集每個(gè)樣品的三個(gè)位置.圖2中.

3?激光圖像處理

傳感器采集到的原圖見圖3.通過基于灰度形態(tài)學(xué)的噪聲濾波、圖像二值化、基于二值形態(tài)學(xué)的濾波處理，處理結(jié)果見圖4-圖6.

圖像中的白色區(qū)域成為一個(gè)完整的區(qū)域.做邊緣檢測(cè)，找到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圓，從而找到光斑的中心.采用Sobel邊緣算子，將圖7所示的Sobel算子兩個(gè)模板在圖像移動(dòng)，并在每個(gè)位置計(jì)算對(duì)應(yīng)中心像素的梯度值，最后得到二值圖像的邊緣線[4]，如圖8所示.

得到圖像邊緣線后，通過圓擬合法擬合出光斑的近似圓及半徑[5]，如圖9所示.以光斑中心為圓心，提取不同半徑上的所有像素的灰度均值，得到不同半徑上灰度變化的梯度，如圖10所示.圖像灰度在半徑上的變化率隨著壓實(shí)土密度的增加而變大.

3?結(jié)束語(yǔ)

本文搭建了激光圖像檢測(cè)壓實(shí)土密度裝置，獲取圖像并進(jìn)行圖像處理分析.圖像灰度在半徑上的變化率隨著壓實(shí)土密度的增加而變大，說明隨著壓實(shí)土密度的變化，其激光圖像的灰度變化率也會(huì)不同.

參考文獻(xiàn)

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編輯：琳莉