專利名稱：三軸試驗(yàn)土樣變形的數(shù)字圖像測(cè)量方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像識(shí)別技術(shù)在常規(guī)土工三軸試驗(yàn)試樣變形測(cè)量中的應(yīng)用。
目前，常規(guī)三軸試驗(yàn)方法主要步驟如下(1)將土切成圓柱體套在橡皮膜內(nèi)或者直接在橡皮膜內(nèi)裝土成樣，放到密封的壓力室中。橡皮膜下端綁扎在底座上，上端綁扎在試驗(yàn)帽上，使試樣內(nèi)的孔隙水與壓力室內(nèi)的水完全隔開。孔隙水通過試樣下端的透水石與孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)連通，或者通過上端透水石與排水管連通。(2)向壓力室內(nèi)施加壓力，使試件各向受到周圍壓力σ3，并使液壓在整個(gè)試驗(yàn)過程中保持不變。(3)然后再通過傳力桿對(duì)試件施加豎向壓力，這樣，豎向應(yīng)力就大于水平向應(yīng)力，當(dāng)水平向應(yīng)力保持不變，而豎向應(yīng)力逐漸增大時(shí)，試件受剪破壞。
試樣的軸向變形通過量測(cè)試樣帽的軸向位移獲得，反映的是土樣總體的軸向變形，據(jù)此得到的軸向應(yīng)變也是試樣的軸向平均應(yīng)變。試樣的徑向變形是通過測(cè)量土樣的體積變化換算得到的，而試樣的體積變化則通過試樣在試驗(yàn)過程中排出的水體體積確定。因此實(shí)際上通過試驗(yàn)得到的僅僅是試樣的平均體積應(yīng)變和由此換算得到的試樣整體的平均徑向應(yīng)變。但是由于受到剛性試樣帽的影響，試驗(yàn)過程中土樣的徑向變形極不均勻，因此平均的徑向變形并不能夠準(zhǔn)確反映土樣的徑向應(yīng)變狀態(tài)。除此之外常規(guī)土工三軸儀在變形測(cè)量方面還存在以下缺陷(1)不能計(jì)入土樣在三軸儀上成樣和飽和過程(安裝壓力室、加小圍壓釋放吸力、通二氧化碳?xì)怏w和注水飽和)中土樣的體積變形。(2)不能在測(cè)量中消除橡皮膜嵌入土樣表層孔隙引起排水量變化帶來的體積測(cè)量誤差。(3)不能考慮土樣端部約束對(duì)土樣變形的影響。(4)為了測(cè)量徑向變形，要求土樣必須完全飽和，這不僅費(fèi)時(shí)，而且通常難以做到。(5)對(duì)于非飽和土，因?yàn)椴荒芡ㄟ^測(cè)排水量的方法確定土樣的體積變形，所以也不能直接用于非飽和土的試驗(yàn)。
對(duì)試樣的徑向變形已有的改進(jìn)測(cè)量設(shè)備及方法為(1)日本東京大學(xué)龍岡試驗(yàn)室采用局部位移傳感器LDT和El-Ruwayih設(shè)計(jì)的徑向應(yīng)變儀，都是依據(jù)導(dǎo)體中阻值的變化來測(cè)定試樣徑向應(yīng)變。(2)Escario&Uriel采用純光學(xué)手段，通過玻璃外罩的豎直標(biāo)志線與試樣直徑的視線在標(biāo)尺上的讀數(shù)，來量測(cè)試樣直徑的尺寸。(3)Morgn&Moore將帶狀鋁箔繞在試樣周圍并用薄層硅脂粘貼在橡皮膜上，利用測(cè)微顯微鏡測(cè)讀標(biāo)記間的距離以測(cè)定試樣周長的變化。(4)Akai&Acadchi通過試樣的中間高度處掛上的徑向應(yīng)變指示器來測(cè)得直徑的變化。(5)David M.Cole依據(jù)渦流電流虧損法則，采用卡曼Multi-Vriel傳感器來測(cè)定三軸試驗(yàn)中的徑向變形。如上所述，有很多研究者為了實(shí)現(xiàn)三軸試樣徑向變形的直接測(cè)量作了很多努力，但他們所提出的方法或多或少都存在一些不盡如人意的地方。如局部位移傳感器LDT和徑向應(yīng)變儀有很高的精度，但難以適應(yīng)大變形，并且在密封室的水中測(cè)量時(shí)操作困難；卡曼Multi-Vriel傳感器存在的問題是有靜態(tài)漂移，難以控制測(cè)量精度；用測(cè)微顯微鏡記錄繞在試樣上的帶狀鋁箔標(biāo)記間的距離，試驗(yàn)過程非常復(fù)雜。采用雙層壓力室，可以在常規(guī)三軸儀進(jìn)行非飽和土的應(yīng)力應(yīng)變特性測(cè)試，但是試驗(yàn)得到的仍然是土樣的平均體積變化，而且試驗(yàn)儀器改制、試驗(yàn)控制和操作都比較復(fù)雜。
本發(fā)明的目的是提供一種不干擾土樣的變形，非接觸式直接測(cè)量，提高測(cè)量精度，對(duì)土樣的任何部分實(shí)現(xiàn)徑向變形和軸向變形的同步測(cè)量，研究土樣局部變形特性與整體變形特性的差異，可以直接測(cè)量非飽和土變形的三軸試驗(yàn)土樣變形的數(shù)字圖像測(cè)量方法及設(shè)備。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的三軸試驗(yàn)土樣變形的數(shù)字圖像測(cè)量設(shè)備由三軸壓縮儀、數(shù)字圖像采集設(shè)備和微型計(jì)算機(jī)組成。三軸壓縮儀的密封外罩為透明鋼化玻璃方形密封容器，底座上設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)直徑長度；數(shù)字圖像采集設(shè)備由電荷耦合裝置、調(diào)焦鏡頭和擴(kuò)倍鏡組成，電荷耦合裝置前端連接擴(kuò)倍鏡和調(diào)焦鏡頭；微型計(jì)算機(jī)中安裝視頻采集卡和顯示卡，電荷耦合裝置的數(shù)據(jù)傳輸線接視頻采集卡。程序分兩個(gè)部分第一部分是象素當(dāng)量的標(biāo)定，第二部分是三軸試樣變形測(cè)量。每個(gè)部分都由圖像的采集與處理及邊緣識(shí)別與記錄二大模塊組成。
三軸試驗(yàn)土樣變形的數(shù)字圖像測(cè)量方法為第一部分象素當(dāng)量的標(biāo)定。在數(shù)字圖像測(cè)量設(shè)備安裝時(shí)，為了糾正系統(tǒng)誤差，進(jìn)行象素當(dāng)量的標(biāo)定。象素當(dāng)量標(biāo)定的主要內(nèi)容就是在整個(gè)成像區(qū)域即768象素×576象素內(nèi)，確定不同位置處不同的象素當(dāng)量值，并把它們存貯在二維表中。為了減少標(biāo)定時(shí)的工作量，只是標(biāo)定少數(shù)幾個(gè)特征點(diǎn)處的象素當(dāng)量，在其它位置用已標(biāo)定的特征點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合并插值求得。數(shù)字圖像測(cè)量系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)軸向變形和徑向變形的同時(shí)測(cè)量，因此象素當(dāng)量標(biāo)定也應(yīng)有橫向象素當(dāng)量和豎向象素當(dāng)量標(biāo)定兩部分。橫向象素當(dāng)量的標(biāo)定與豎向象素當(dāng)量標(biāo)定完全相同，下面的程序流程是橫向象素當(dāng)量標(biāo)定。
橫向象素當(dāng)量標(biāo)定程序流程如圖3所示。
橫向象素當(dāng)量標(biāo)定程序?yàn)?、開始，首先調(diào)用Matrix圖形開發(fā)庫中的MdigGrabContinuous函數(shù)連續(xù)攝像。
2、為了保證物體中心軸對(duì)稱，需要判斷標(biāo)定物是否處于整幅圖像中心，如果不是，調(diào)節(jié)電荷耦合裝置使得圖像居中。
3、把標(biāo)定物依次置于不同象素高度處，調(diào)用Matrix圖形開發(fā)庫中的MbufGet函數(shù)獲取數(shù)字圖像信息數(shù)據(jù)，對(duì)圖像進(jìn)行分析和處理，檢測(cè)標(biāo)定物左、右邊緣位置，用公式Knh11=柱體直徑/(右邊緣-左邊緣)計(jì)算不同高度處的橫向象素當(dāng)量。判斷是否還有標(biāo)定物需要標(biāo)定，如果沒有，把所有標(biāo)定得到的象素當(dāng)量值存貯到一張二維數(shù)據(jù)表中，結(jié)束程序。
第二部分三軸試樣變形測(cè)量。使用在表面加印白色標(biāo)記的橡皮膜裝土成樣，測(cè)量軸向變形需要確定橡皮膜表面的白色標(biāo)記線位置；徑向變形則通過測(cè)量柱狀試樣被研究截面處的邊緣位置得到。從上述象素當(dāng)量二維表中直接讀取或通過插值方法得到相應(yīng)的象素當(dāng)量，用公式計(jì)算對(duì)象長度從而得到試驗(yàn)過程中試樣不同時(shí)刻的變形量。變形測(cè)量程序流程如圖4所示。
變形測(cè)量程序?yàn)?、開始，首先調(diào)用Matrix圖形開發(fā)庫中的MdigGrabContinuous函數(shù)連續(xù)攝像。
2、為了保證試樣中心軸對(duì)稱，判斷試樣圖像是否處于中心位置，如果不是，移動(dòng)電荷耦合裝置使得圖像居中。
3、調(diào)用Matrix圖形開發(fā)庫中的MbufGet函數(shù)獲取數(shù)字圖像信息數(shù)據(jù)，對(duì)圖像進(jìn)行分析和處理檢測(cè)三軸儀底座上設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)直徑長度，確定圖像放大倍數(shù)β。檢測(cè)標(biāo)志線位置并貯存，計(jì)算相鄰標(biāo)志線間象素高度，從豎向象素當(dāng)量二維表中直接讀取或通過插值方法得到相應(yīng)的象素當(dāng)量，用公式Hvi=Ni×KnVi×β計(jì)算標(biāo)志線之間的真實(shí)高度；檢測(cè)試樣左、右邊緣位置并貯存，從橫向象素當(dāng)量二維表中直接讀取或通過插值方法得到相應(yīng)的象素當(dāng)量，用公式HHi=Ni×KnHi×β計(jì)算試樣的真實(shí)直徑。輸出試樣的實(shí)時(shí)長度，由此得到不同時(shí)刻的變形量。判斷是否繼續(xù)測(cè)量，如果需要繼續(xù)，上述過程，否則結(jié)束程序。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是把計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于土工三軸試驗(yàn)的變形測(cè)量，(1)能夠?qū)崿F(xiàn)土樣軸向變形和徑向變形的非接觸式直接測(cè)量，減小了對(duì)試樣體的擾動(dòng)，具有較高的測(cè)量精度，而且實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)識(shí)別、記錄自動(dòng)化，不再要求試樣必須完全飽和，大大減小試驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。(2)能夠排除土樣兩端剛性底座和試樣帽對(duì)土樣變形的影響。(3)能夠?qū)ν翗尤我鈨蓚€(gè)代表性水平斷面之間的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量，并研究局部試樣與整體試樣應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的差異。(4)能夠捕捉三軸壓縮過程中試樣剪切帶的形成時(shí)間和形成規(guī)律。(5)能夠把常規(guī)三軸壓縮儀應(yīng)用于非飽和土的試驗(yàn)研究。


圖1為現(xiàn)有三軸壓縮儀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為橫向象素當(dāng)量標(biāo)定流程圖。
圖4為三軸試樣變形測(cè)量流程圖。
三軸試驗(yàn)土樣變形的數(shù)字圖像測(cè)量設(shè)備，如圖2所示，由三軸壓縮儀、數(shù)字圖像采集設(shè)備和微型計(jì)算機(jī)組成。三軸壓縮儀的密封外罩為透明鋼化玻璃方形密封容器1，底座上設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)直徑長度；數(shù)字圖像采集設(shè)備由電荷耦合裝置2、調(diào)焦鏡頭3和擴(kuò)倍鏡4組成，電荷耦合裝置2前端連接擴(kuò)倍鏡4和調(diào)焦鏡頭3；微型計(jì)算機(jī)6中裝視頻采集卡和顯示卡，電荷耦合裝置的數(shù)據(jù)傳輸線5接視頻采集卡。程序分兩個(gè)部分第一部分是象素當(dāng)量的標(biāo)定，第二部分是三軸試樣變形測(cè)量。每個(gè)部分都由圖像的采集與處理及邊緣識(shí)別與記錄二大模塊組成。
土工三軸試驗(yàn)是用來測(cè)定土抗剪強(qiáng)度的一種常用方法。三軸壓縮儀由壓力室、軸向加荷系統(tǒng)、施加周圍壓力系統(tǒng)、孔隙水壓力測(cè)量系統(tǒng)等組成，如圖1所示。壓力室是三軸壓縮儀的主要組成部分，常規(guī)三軸儀中壓力室是一個(gè)由金屬上蓋、底座和有機(jī)玻璃組成的筒形密封容器。本發(fā)明中，壓力室改為由金屬上蓋、底座和透明鋼化玻璃組成的方形密封容器，底座上設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)直徑長度。
數(shù)字圖像采集設(shè)備電荷耦合裝置(Charge Coupled Device)選用Panasonic CCD攝像機(jī)(MODEL:WV BP310/G，分辨率800(H)×600(V)。
日本精工SK 12575手動(dòng)調(diào)焦鏡頭。
日本精工X2擴(kuò)倍鏡。
視頻采集卡Matrix Electronic Systems Ltd(Matrix Imagingadapter,Meteor PCI frame grabber(支持24位RGB高分辨率))。
顯示卡Matrix Electronic systems Ltd(Matrix MGA MillenniumPower Desk(2M顯存)，RAMDAC Speed:220MHz,Power DeskVersion:3.22.059)。
微型計(jì)算機(jī)Pentium 100,24M EDORAM,2.1G Fireball HD,14′Bridge Monitor。
土工三軸試驗(yàn)計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像測(cè)量方法主要包括電荷耦合裝置攝像和計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理兩部分。其工作過程可以概括為三軸土樣的圖像由電荷耦合裝置采集，經(jīng)過視頻采集卡處理后暫存于幀存里，再經(jīng)過程序處理，將幀存中的信息與需要的圖形文本混合，通過顯示卡送至顯示器。同時(shí)對(duì)幀存中的信息進(jìn)行分析處理，通過識(shí)別圖像邊緣確定土樣的形狀進(jìn)而確定變形量。
測(cè)量系統(tǒng)的主要組件之一電荷耦合裝置，它以電荷包的形式存儲(chǔ)和傳送信息。電荷耦合裝置器件有線陣和面陣之分。本發(fā)明采用面陣黑白電荷耦合裝置，它由800×600個(gè)光敏二極管構(gòu)成光電器件陣列。當(dāng)景物成像于光敏面上時(shí)，各光敏二極管接受光的強(qiáng)弱不同，感生不同量的光電荷。積累起來的光電荷在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下，由輸出電路輸出視頻信號(hào)。電荷耦合裝置和圖像采集線路中的A/D轉(zhuǎn)換器完成圖像的抽樣和量化工作，使得模擬圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，便于計(jì)算機(jī)的識(shí)別和處理。
任何連續(xù)物體的形變，在宏觀上都表現(xiàn)為物體邊緣的位置變化。因此土樣變形的計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像測(cè)量，就是實(shí)時(shí)記錄和識(shí)別土樣邊緣并檢測(cè)其位置的變化。物體的邊緣，在黑白成像條件下可以由灰度的不連續(xù)性來反映，粗略地分為階躍性邊緣和屋頂狀邊緣。階躍性邊緣的象素灰度值在邊緣附近有顯著不同；屋頂狀邊緣則位于灰度值的變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)處。用邊緣鄰近一階導(dǎo)數(shù)或二階導(dǎo)數(shù)的變化規(guī)律，就可以找出邊緣所在的位置。
在數(shù)字圖像測(cè)量系統(tǒng)中，由于鋼化玻璃密封罩、圍壓室中水體等對(duì)光的折射以及變焦鏡頭、擴(kuò)倍鏡、電荷耦合裝置等光學(xué)器件本身的非線性，會(huì)導(dǎo)致圖像畸變失真。圖像畸變的存在，意味著相同長度的物體在不同的成像區(qū)域內(nèi)會(huì)得到不同長度的圖像，這必然引起較大的測(cè)量誤差，影響測(cè)量精度。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)圖像畸變?cè)谡麄€(gè)圖像區(qū)域內(nèi)具有明顯規(guī)律性，屬于系統(tǒng)誤差，可以進(jìn)行修正。測(cè)量方法的第一部分象素當(dāng)量的標(biāo)定，就是對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行修正，因此每組設(shè)備組裝后，首先進(jìn)行的就是象素當(dāng)量的標(biāo)定，并將當(dāng)量值存貯在二維數(shù)據(jù)表中，以后每次測(cè)量，只需將相應(yīng)的二維表中的數(shù)據(jù)查出，計(jì)算出相應(yīng)值即可，數(shù)字圖像測(cè)量軟件實(shí)現(xiàn)變形測(cè)量的同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)誤差的修正。編程語言選用Visual Basic，同時(shí)調(diào)用了Matrix圖形開發(fā)庫中的一些現(xiàn)有庫函數(shù)，測(cè)量方法如方案所述。
三軸試驗(yàn)中的軸向應(yīng)力是用試樣受力除以試樣變形過程中試樣體的實(shí)際受力面積，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)依據(jù)體積變形和軸向變形換算得到的試樣平均受力面積與用本發(fā)明方案數(shù)字圖像測(cè)量得到的直徑計(jì)算出的試樣面積存在差異，所以用兩種不同方法計(jì)算得到的軸向應(yīng)力也存在一定差異，在土樣軸向的中央部位用數(shù)字圖像測(cè)量方法直接量測(cè)得到的徑向應(yīng)變比用常規(guī)方法換算得到的徑向應(yīng)變要大。在實(shí)際操作中可以得到試驗(yàn)土樣任意水平斷面的徑向變形或任意一段高度上土樣的平均徑向變形，為研究土體的強(qiáng)度和應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系提供了更加準(zhǔn)確、方便的測(cè)量手段。采用本發(fā)明的數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù)，土樣的應(yīng)變測(cè)量精度可達(dá)到2.0×10-4-3.0×10-4，滿足精確測(cè)量目的。
給出本實(shí)施例一程序段，支持本發(fā)明方案。下面這段程序是測(cè)量定標(biāo)柱體在某一位置的橫向像素當(dāng)量’’’定義變量’’’’’’
<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[Dim B1(0 To 442367)As ByteDim PosY,i,j,Margin1,Margin2,Counter As IntegerDim datastr As StringDim tMargin1,tMargin2,rMargin1,rMargin2,vv1,vv2,vv3,vv4 AsSingleDimk As LongDim Kn1(10),L1,L2,Km1,Km2 As Singlebegin:’’’’’’’攝像并讀取圖像數(shù)據(jù)(灰度值)到數(shù)組B1()中’’’’’’’’’’’’’If Start Yes No=1 Then MdigHalt(MilDigitizer) Call MbufGet(MilBuffer,Bl(0)) Call MdigGrabContinuous(MilDigitizer,MilBuffer)ElseCall MdigGrabContinuous(MilDigitizer,MilBuffer) MdigHalt(MilDigitizer) Call MbufGet(MilBuffer,B1(0))EndIfk=Va1(Text6.Text)*768Ifk=0 ThenMsgBox″請(qǐng)輸入位置值！″Exit SubEnd IfKn=0Counter=10Forj=1To10k=k+(j-4)*768’’’’’’計(jì)算左邊緣粗略位置’’’’’’’ Fori=5To398 If (CDec(B1(i-1+k))-CDec(B1(i+k)))＞TH And(CDec(B1(i+k))-CDec(B1(i+1+k)))＞TH And(CDec(B1(i+1+k))-CDec(B1(i+2+k)))＞TH ThenIf Abs(CDec(B1(i+20+k))-CDec(B1(i+50+k)))＞35Then　　Else　　Marginl=i　　GoTo ok1　　End If End If Next’’’’’’計(jì)算左邊緣亞像素位置’’’’’’’ok1:　　vv1=0:vv2=0　　Fori=Margin1-LPixelnum1 To Margin1-LPixelnum2　　vv1=vv1+B1(i+k)　　Next　　Fori=Margin1+RPixelnum2 To Margin1+RPixelnum1　　vv2=vv2+B1(i+k)　　Next　　tMargin1=(vv1/10+vv2/10)/2　　Fori=Margin1-10 To Margin1+10　　IfB1(i+k)＞tMargin1 And B1(i+1+k)＜tMargin1 Then　　rMargin1=i+(B1(i+k)-tMargin1)/(B1(i+k)-B1(i+1+k))　　 End If　　Next　　’’’’’’計(jì)算右邊緣粗略位置’’’’’’’　　Fori=760 To 400 Step-1　　If(CDec(B1(i-1+k))-CDec(B1(i+k)))＜-TH And(CDec(B1(i+k))-CDec(B1(i+1+k)))＜-TH And(CDec(B1(i+1+k))-CDec(B1(i+2+k)))＜-TH Then′And(CDec(B1(i+2+k))-CDec(B1(i+3+k)))＜-TH Then　　 If Abs(CDec(B1(i-20+k))-CDec(B1(i-50+k)))＞35Then′Form5.R1.Text=Form5.R1.Text+Trim(str(i))+str(CDec(B1(i+k))-CDec(B1(i+1+k)))+Chr(10)+Chr(13)　　Else　　Margin2=i　　GoTo ok2　　EndIf　　 EndIf　　Next’’’’’’計(jì)算右邊緣亞像素位置’’’’’’’ok2:　　vv1=0:vv2=0　　Fori=Margin2-RPixelnum1 To Margin2-RPixelnum2　　vv1=vv1+B1(i+k)　　Next　　Fori=Margin2+LPixelnum2 To Margin2+LPixelnum1　　vv2=vv2+B1(i+k)　　Next　　tMargin2=(vv1/10+vv2/10)/2　　Fori=Margin2-10 To Margin2+10　　IfB1(i+k)＜tMargin2 And B1(i+1+k)＞tMargin2 Then　　rMargin2=i+1-(B1(i+1+k)-tMargin2)/(B1(i+1+k)-B1(i+k))　　End If　　Next　　’’’’’’計(jì)算像素當(dāng)量’’’’’’’’　　Kn1(j)=(rMargin2-rMargin1)　　Kn=Kn+Kn1(j)NextKn=Kn/10Fori=1 To 10　　If Abs(Kn1(i)-Kn)＞10 Then　　 Kn1(i)=0　　 Counter=Counter-1　　EndIfNextIf Counter=0 Then　　Erase B1　　GoTo beginEndIfKn=0Fori=1 To 10Kn=Kn+Kn1(i)NextKn=(kn/Counter)Text10.Text=str(Kn)L1=KnKn=Val(C1.Text)/KnKm1=Va1(C1.Text)rMar1=rMargin1rMar2=rMargin2Tet11.Text=str(Va1(Text11.Text)+1)Erase B1]]></pre>
權(quán)利要求
1.三軸試驗(yàn)土樣變形的數(shù)字圖像測(cè)量設(shè)備，其特征是由三軸壓縮儀、數(shù)字圖像采集設(shè)備和微型計(jì)算機(jī)組成，三軸壓縮儀的密封外罩為透明鋼化玻璃方形密封容器[1]，底座上設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)直徑長度；數(shù)字圖像采集設(shè)備由電荷耦合裝置[2]、調(diào)焦鏡頭[3]和擴(kuò)倍鏡[4]組成，電荷耦合裝置[2]前端連接擴(kuò)倍鏡[4]和調(diào)焦鏡頭[3]；微型計(jì)算機(jī)[6]中裝視頻采集卡和顯示卡，電荷耦合裝置的數(shù)據(jù)傳輸線[5]接視頻采集卡；程序分兩個(gè)部分第一部分是象素當(dāng)量的標(biāo)定，第二部分是三軸試樣變形測(cè)量，每個(gè)部分都由圖像的采集與處理及邊緣識(shí)別與記錄二大模塊組成。
2.三軸試驗(yàn)土樣變形的數(shù)字圖像測(cè)量方法，首先向三軸壓縮儀放置試樣，向壓力室內(nèi)施加壓力，然后再通過傳力桿對(duì)試樣施加豎向壓力，計(jì)算得到軸向變形和徑向變形，其特征是第一部分橫、豎向象素當(dāng)量標(biāo)定，橫向象素當(dāng)量標(biāo)定程序?yàn)?1)、開始，首先調(diào)用Matrix圖形開發(fā)庫中的MdigGrabContinuous函數(shù)連續(xù)攝像；(2)、為了保證物體中心軸對(duì)稱，需要判斷標(biāo)定物是否處于整幅圖像中心，如果不是，調(diào)節(jié)電荷耦合裝置使得圖像居中；(3)、把標(biāo)定物依次置于不同象素高度處，調(diào)用Matrix圖形開發(fā)庫中的MbufGet函數(shù)獲取數(shù)字圖像信息數(shù)據(jù)，對(duì)圖像進(jìn)行分析和處理，檢測(cè)標(biāo)定物左、右邊緣位置，用公式Knh11=柱體直徑/(右邊緣-左邊緣)計(jì)算不同高度處的橫向象素當(dāng)量；判斷是否還有標(biāo)定物需要標(biāo)定，如果沒有，把所有標(biāo)定得到的象素當(dāng)量值存貯到一張二維數(shù)據(jù)表中，結(jié)束程序；標(biāo)定特征點(diǎn)處的象素當(dāng)量，在其它位置用已標(biāo)定的特征點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合并插值求得；豎向象素當(dāng)量標(biāo)定同橫向象素當(dāng)量標(biāo)定程序；第二部分三軸試樣變形測(cè)量，使用在表面加印白色標(biāo)記的橡皮膜裝土成樣，變形測(cè)量程序?yàn)?1)、開始，首先調(diào)用Matrix圖形開發(fā)庫中的MdigGrabContinuous函數(shù)連續(xù)攝像；(2)、為了保證試樣中心軸對(duì)稱，判斷試樣圖像是否處于中心位置，如果不是，移動(dòng)電荷耦合裝置使得圖像居中；(3)、調(diào)用Matrix圖形開發(fā)庫中的MbufGet函數(shù)獲取數(shù)字圖像信息數(shù)據(jù)，對(duì)圖像進(jìn)行分析和處理檢測(cè)三軸儀底座上設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)直徑長度，確定圖像放大倍數(shù)β；檢測(cè)標(biāo)志線位置并貯存，計(jì)算相鄰標(biāo)志線間象素高度，從豎向象素當(dāng)量二維表中直接讀取或通過插值方法得到相應(yīng)的象素當(dāng)量，用公式HVi=Ni×KnVi×β計(jì)算標(biāo)志線之間的真實(shí)高度；檢測(cè)試樣左、右邊緣位置并貯存，從橫向象素當(dāng)量二維表中直接讀取或通過插值方法得到相應(yīng)的象素當(dāng)量，用公式HHi=Ni×KnHi×β計(jì)算試樣的真實(shí)直徑；輸出試樣的實(shí)時(shí)長度，由此得到不同時(shí)刻的變形量；判斷是否繼續(xù)測(cè)量，如果需要繼續(xù)，上述過程，否則結(jié)束程序。
全文摘要
三軸試驗(yàn)土樣變形的數(shù)字圖像測(cè)量方法及設(shè)備,涉及計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像識(shí)別技術(shù)在常規(guī)土工三軸試驗(yàn)試樣變形測(cè)量中的應(yīng)用,由三軸壓縮儀、數(shù)字圖像采集設(shè)備和微型計(jì)算機(jī)組成,程序分兩個(gè)部分:象素當(dāng)量的標(biāo)定和三軸試樣變形測(cè)量,每個(gè)部分都由圖像的采集與處理及邊緣識(shí)別與記錄二大模塊組成。不干擾土樣的變形,非接觸式直接測(cè)量,提高測(cè)量精度,對(duì)土樣的任何部分實(shí)現(xiàn)徑向變形和軸向變形的同步測(cè)量,可廣泛應(yīng)用于三軸試驗(yàn)土樣變形測(cè)量。
文檔編號(hào)G06F17/00GK1319812SQ0111383
公開日2001年10月31日 申請(qǐng)日期2001年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月4日
發(fā)明者邵龍?zhí)? 王助貧, 劉永祿 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)