本發(fā)明涉及一種快速確定混凝土切片內(nèi)骨料/砂漿面積含量的方法，尤其是一種基于彩色圖像分割技術(shù)快速確定混凝土切片內(nèi)骨料/砂漿面積含量的方法。

背景技術(shù)：
在細(xì)觀尺度下混凝土可看作由骨料和砂漿組成的兩相復(fù)合材料。混凝土微觀檢測(cè)分析中常常需要確定切片中砂漿/骨料的面積或面積含量（面積含量指混凝土切片中的砂漿/骨料的面積占切片總面積的百分比）。目前，通常采用的方法是將切片圖像導(dǎo)入CAD或Photoshop等繪圖軟件中，手工勾繪出骨料的輪廓，然后計(jì)算確定骨料的面積，再通過得出的骨料面積計(jì)算切片中砂漿/骨料的面積含量。該方法存在如下缺陷：1、手工勾繪耗時(shí)長(zhǎng)，導(dǎo)致該方法的效率不高，尤其是處理量較大時(shí)，弊端更為明顯；2、由于切片中各區(qū)域的面積大小不一，且形狀各異，而且手工勾繪過程操作時(shí)間較長(zhǎng)，因此，不僅操作效率低，而且對(duì)于操作人員而言也是一種考驗(yàn)，稍不注意即會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，若要保證結(jié)果的準(zhǔn)確，操作人員往往要付出極大的辛勞，而且長(zhǎng)期從事該工作時(shí)，還容易對(duì)操作人員的身體造成些許危害，如近視等；3、該種方法對(duì)于操作人員的個(gè)人能力、業(yè)務(wù)水平具有較高的依賴程度，對(duì)于相關(guān)素質(zhì)不高的人員而言，難以勝任該工作；4、由于切片中主要是砂漿和骨料，二者的色澤、亮度等差別不大，使得制成的切片內(nèi)，骨料的邊緣存有不夠清晰的情況，此時(shí)，肉眼往往難以區(qū)分，使得手工勾繪困難，進(jìn)一步容易導(dǎo)致結(jié)果偏差；5、操作過程一定要先計(jì)算出骨料的面積，之后才能確定面積含量，對(duì)于僅需要面積含量的情況，其計(jì)算骨料面積的中間步驟實(shí)屬多余，使得整個(gè)過程更加繁瑣，增加了工作量，也導(dǎo)致出錯(cuò)率更高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決以上問題，本發(fā)明提出一種快速確定混凝土切片內(nèi)骨料/砂漿面積含量的方法，可快速且準(zhǔn)確地確定混凝土內(nèi)砂漿、骨料的面積或面積含量。本發(fā)明提供的主要技術(shù)方案是：一種快速確定混凝土切片內(nèi)骨料/砂漿面積含量的方法，其包括如下步驟：步驟S100、獲取混凝土切片的數(shù)字圖像中砂漿和/或骨料的像素?cái)?shù)；步驟S200、利用步驟S100中獲取的像素?cái)?shù)來計(jì)算得出混凝土切片內(nèi)砂漿/骨料的面積含量。其中，優(yōu)選為，所述步驟S100中，所述數(shù)字圖像為彩色的。優(yōu)選為，所述像素?cái)?shù)是通過對(duì)黑白圖像的像素計(jì)數(shù)獲得的。優(yōu)選為，所述黑白圖像是通過彩色圖像分割得到的。優(yōu)選為，所述彩色圖像分割是以HSB空間中亮度通道的兩峰值的中間值的±5作為分割閾值進(jìn)行的。上述任一種所述的方法中，優(yōu)選為，所述混凝土切片是經(jīng)過染色的。優(yōu)選為，所述混凝土切片是采用染色溶液進(jìn)行染色的，所述染色溶液是由有機(jī)染色劑和酒精配置而成的或是由染色劑和水溶性液體配置而成的。優(yōu)選為，所述混凝土切片是浸泡于所述染色溶液中進(jìn)行染色的。優(yōu)選為，所述浸泡的時(shí)間為5至24小時(shí)。優(yōu)選為，所述混凝土切片經(jīng)浸泡染色晾干后，進(jìn)行打磨以除去表面殘留的溶質(zhì)。優(yōu)選為，所述染色的整個(gè)過程是在不對(duì)混凝土切片進(jìn)行加熱、抽真空或施加高壓的常態(tài)試驗(yàn)室條件下進(jìn)行的。本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單方便，采用數(shù)字圖像處理方式獲得骨料、砂漿的面積/面積含量，效率很高，尤其是處理量較大時(shí)，效果更明顯，且該方法的可再現(xiàn)性好，對(duì)于人工操作水平的依賴度較低，減少了人工誤差的操作出錯(cuò)幾率，并降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，還有助于節(jié)約人工資源，經(jīng)過染色處理后骨料邊緣易于分割，準(zhǔn)確度更高，且可以在不計(jì)算出面積的情況下即可得出面積含量，步驟更簡(jiǎn)潔。附圖說明圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的流程示意圖；圖2是本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的流程示意圖；圖3是本發(fā)明中對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行對(duì)比的對(duì)比例的流程示意圖；圖4是本發(fā)明第一對(duì)比例中的混凝土切片染色前的組織結(jié)構(gòu)的數(shù)字圖像示意圖；圖5是圖4的HSB空間通道信息統(tǒng)計(jì)示意圖；圖6是本發(fā)明第一對(duì)比例中的混凝土切片染色后的組織結(jié)構(gòu)的數(shù)字圖像示意圖；圖7是圖6的HSB空間通道信息統(tǒng)計(jì)示意圖；圖8是對(duì)圖6中的組織結(jié)構(gòu)示意圖利用圖7中的統(tǒng)計(jì)信息進(jìn)行圖像分割后得到的黑白組織結(jié)構(gòu)的數(shù)字圖像示意圖（其中，白色區(qū)域?yàn)楣橇希?；圖9是對(duì)圖4中的組織結(jié)構(gòu)示意圖利用現(xiàn)有技術(shù)手工劃分骨料后的切片圖像示意圖；圖10是本發(fā)明第二對(duì)比例中的混凝土切片染色前的組織結(jié)構(gòu)的數(shù)字圖像示意圖；圖11是圖10的HSB空間通道信息統(tǒng)計(jì)示意圖；圖12是本發(fā)明第二對(duì)比例中的混凝土切片染色后的組織結(jié)構(gòu)的數(shù)字圖像示意圖；圖13是圖12的HSB空間通道信息統(tǒng)計(jì)示意圖；圖14是對(duì)圖12中的組織結(jié)構(gòu)示意圖利用圖13中的統(tǒng)計(jì)信息進(jìn)行圖像分割后得到的黑白組織結(jié)構(gòu)的數(shù)字圖像示意圖（其中，白色區(qū)域?yàn)楣橇希?；圖15是對(duì)圖10中的組織結(jié)構(gòu)示意圖利用現(xiàn)有技術(shù)手工劃分骨料后的切片圖像示意圖。具體實(shí)施方式為更好的解釋本發(fā)明，以便于理解，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參見圖1，本發(fā)明提供的一種快速確定混凝土切片內(nèi)骨料/砂漿面積含量的方法的實(shí)施例，其包括如下步驟：步驟S100、獲取混凝土切片的數(shù)字圖像中砂漿和/或骨料的像素?cái)?shù)；步驟S200、利用步驟S100中獲取的像素?cái)?shù)來計(jì)算得出混凝土切片內(nèi)砂漿/骨料的面積含量。本發(fā)明的基本設(shè)計(jì)思路為：像素是數(shù)字圖像的基本組成單位，并且，像素?cái)?shù)量的多少可用來表征數(shù)字圖像的實(shí)際尺寸大小，同時(shí)，對(duì)一幅數(shù)字圖像而言，統(tǒng)計(jì)像素?cái)?shù)目是很容易實(shí)現(xiàn)的。因此，基于數(shù)字圖像的像素?cái)?shù)可以被快速、準(zhǔn)確的獲取，對(duì)于需要確定面積含量的混凝土切片而言，可以利用數(shù)字圖像的該種特性，利用獲得的像素?cái)?shù)確定其中的骨料/砂漿面積含量。若要獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，首先需要保證獲取的骨料/砂漿各自的像素?cái)?shù)的準(zhǔn)確性，然而，實(shí)際上，基于混凝土切片獲取的數(shù)字圖像中，由于混凝土中的不同結(jié)構(gòu)組分（如骨料與砂漿）難以區(qū)分，因此，若要直接獲得其中的骨料/砂漿的準(zhǔn)確的像素?cái)?shù)，往往較為困難。因此利用像素?cái)?shù)來確定骨料/砂漿面積含量的關(guān)鍵是如何利用像素的特定屬性對(duì)骨料/砂漿進(jìn)行區(qū)分，以期準(zhǔn)確獲取骨料/砂漿各自的像素?cái)?shù)。為了能更準(zhǔn)確的獲取骨料/砂漿的像素?cái)?shù)，本發(fā)明中采取了多種手段，以期快速、準(zhǔn)確的獲取骨料/砂漿的像素?cái)?shù)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，以黑白數(shù)字圖像作為獲取骨料和砂漿各自像素?cái)?shù)的基礎(chǔ)，以期獲得區(qū)分骨料和砂漿的更佳效果。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，以黑白數(shù)字圖像中的黑與白分別表征骨料和砂漿，以期獲得區(qū)分骨料和砂漿的更佳效果。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，首先對(duì)獲取的數(shù)字圖像進(jìn)行處理，以期獲得區(qū)分骨料和砂漿的更佳效果。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，獲取數(shù)字圖像之前首先對(duì)混凝土切片進(jìn)行處理，以期獲得區(qū)分骨料和砂漿的更佳效果。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，獲取數(shù)字圖像之前首先對(duì)混凝土切片進(jìn)行染色處理，以期獲得區(qū)分骨料和砂漿的更佳效果。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，獲取數(shù)字圖像之前首先將混凝土切片染成彩色的，并獲取彩色的數(shù)字圖像，以期獲得區(qū)分骨料和砂漿的更佳效果。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)獲取的彩色的數(shù)字圖像進(jìn)行處理，以期獲得區(qū)分骨料和砂漿的更佳效果。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，首先獲取彩色的數(shù)字圖像，再對(duì)彩色數(shù)字圖像進(jìn)行彩色圖像分割，形成黑白圖像，之后再獲取黑白圖像中表征骨料和砂漿的各自的像素?cái)?shù)，以期獲得區(qū)分骨料和砂漿的更佳效果。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，利用數(shù)字圖像中HSB空間中的相應(yīng)通道信息來進(jìn)行彩色圖像分割，以期獲得區(qū)分骨料和砂漿的更佳效果。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，利用數(shù)字圖像中亮度值的不同來識(shí)別表征混凝土的不同結(jié)構(gòu)組分（如骨料和/或砂漿），以期獲得區(qū)分骨料和砂漿的更佳效果。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在HSB空間中的右邊的峰值（亮度值較大的峰）來源于所有砂漿像素亮度值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，表示砂漿像素的亮度值在該峰值附近分布；而左邊的峰值（亮度值較小的峰）來源于所有骨料像素亮度值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，表示骨料像素的亮度值在該峰值附近分布。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，利用HSB空間中亮度通道的兩峰值的中間值作為分割閾值來進(jìn)行彩色圖像分割，以期獲得區(qū)分骨料和砂漿的更佳效果。其中，當(dāng)分割閾值取為兩峰值中間值的±5范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)最終骨料/砂漿的面積含量幾乎沒有影響。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，選取合適的染色劑對(duì)混凝土進(jìn)行染色的原則是選擇的染色劑只對(duì)骨料和砂漿中的一種組分進(jìn)行染色，而不浸染另一種組分，這樣在切片數(shù)字圖像中骨料和砂漿像素的亮度特性就會(huì)有明顯的區(qū)別而實(shí)現(xiàn)了區(qū)分。骨料和砂漿在物理特性方面最大的不同是孔隙率的不同（巖石致密、砂漿疏松多孔，砂漿孔隙率明顯高于巖石），利用這種不同，經(jīng)嘗試，發(fā)現(xiàn)一種有機(jī)染色劑在有效浸染砂漿的同時(shí)對(duì)骨料幾乎沒有浸染作用，且染色步驟簡(jiǎn)單快捷。該染色劑的特性是能充填進(jìn)入疏松多孔的砂漿而實(shí)現(xiàn)染色作用，而對(duì)致密的骨料幾乎沒有浸漬染色能力。參見圖2，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，其包括如下步驟：步驟S10、制備切片；步驟S40、之后將切片浸泡于一種染色溶液中5-24小時(shí)（例如可以浸泡于有機(jī)染色劑的酒精溶液中12小時(shí)）；步驟S50、取出晾干，并稍稍打磨；步驟S60、獲取染色后的該切片的數(shù)字圖像；步驟S70、獲取步驟S60得到的該數(shù)字圖像的HSB空間各通道信息；步驟S90、以步驟S70獲取的切片數(shù)字圖像的HSB空間中亮度通道的兩峰值的中間值作為分割閾值進(jìn)行彩色圖像分割，可得到砂漿、骨料分割后的黑白圖像；步驟S100、對(duì)黑白圖像進(jìn)行像素計(jì)數(shù)獲取砂漿和/或骨料的像素?cái)?shù)；步驟S200、利用步驟S100中獲取的像素?cái)?shù)來計(jì)算得出混凝土切片內(nèi)的骨料面積含量。為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的有益效果，以下還提供了本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的兩個(gè)對(duì)比例。參見圖3至圖9，本發(fā)明的方法相較現(xiàn)有技術(shù)的第一對(duì)比例，其主要包括如下步驟：步驟S10、制備切片1（可以是將一種典型混凝土試件的切片進(jìn)行磨平）；步驟S20、采集該切片1的數(shù)字圖像（參見圖4）；步驟S30、獲取步驟S20得到的該數(shù)字圖像的HSB空間各通道信息統(tǒng)計(jì)（參見圖5）；步驟S40、之后將切片1浸泡于一種染色劑的酒精溶液中12小時(shí)；步驟S50、取出晾干，并稍稍打磨；步驟S60、獲取染色后的該切片1的數(shù)字圖像（參見圖6）；步驟S70、獲取步驟S60得到的該數(shù)字圖像的HSB空間各通道信息（參見圖7）；步驟S80、將步驟S20獲取的切片1的數(shù)字圖像（圖4）導(dǎo)入autoCAD（v2010a）軟件中，采用現(xiàn)有技術(shù)下手工勾畫輪廓的方式提取骨料區(qū)域（參見圖9），并求得勾畫出的骨料區(qū)域面積含量為46.0%；步驟S90、以步驟S70獲取的切片1數(shù)字圖像的HSB空間中亮度通道的兩峰值的中間值作為分割閾值進(jìn)行彩色圖像分割，可得到砂漿、骨料分割后的黑白圖像（參見圖8）；步驟S100、對(duì)黑白圖像進(jìn)行像素計(jì)數(shù)獲取砂漿和/或骨料的像素?cái)?shù)；步驟S200、利用步驟S100中獲取的像素?cái)?shù)來計(jì)算得出混凝土切片1內(nèi)的骨料面積含量為47.1%。參見圖3、圖10至圖15，本發(fā)明的方法相較現(xiàn)有技術(shù)的第二對(duì)比例，其主要包括如下步驟：步驟S10、制備切片2（可以是將另一種典型混凝土試件的切片進(jìn)行磨平）；步驟S20、采集該切片2的數(shù)字圖像（參見圖10）；步驟S30、獲取步驟S20得到的該數(shù)字圖像的HSB空間各通道信息統(tǒng)計(jì)（參見圖11）；步驟S40、之后將切片2浸泡于一種染色劑的酒精溶液中12小時(shí)；步驟S50、取出晾干，并稍稍打磨；步驟S60、獲取染色后的該切片2的數(shù)字圖像（參見圖12）；步驟S70、獲取步驟S60得到的該數(shù)字圖像的HSB空間各通道信息（參見圖13）；步驟S80、將步驟S20獲取的切片2的數(shù)字圖像（圖11）導(dǎo)入autoCAD（v2010a）軟件中，采用現(xiàn)有技術(shù)下手工勾畫輪廓的方式提取骨料區(qū)域（參見圖15），并求得勾畫出的骨料區(qū)域面積含量為56.3%；步驟S90、以步驟S70獲取的切片2數(shù)字圖像的HSB空間中亮度通道的兩峰值的中間值作為分割閾值進(jìn)行彩色圖像分割，可得到砂漿、骨料分割后的黑白圖像（參見圖14）；步驟S100、對(duì)黑白圖像進(jìn)行像素計(jì)數(shù)獲取砂漿和/或骨料的像素?cái)?shù)；步驟S200、利用步驟S100中獲取的像素?cái)?shù)來計(jì)算得出混凝土切片2內(nèi)的骨料面積含量為57.6%。將上述第一、第二對(duì)比例中的結(jié)果分別進(jìn)行比對(duì)，參見表1。表1本發(fā)明的方法與現(xiàn)有技術(shù)所得結(jié)果的對(duì)比表1顯示了經(jīng)圖像分割后得到的骨料面積含量與現(xiàn)有技術(shù)的方法所得到的數(shù)值的對(duì)比，可看出，以骨料面積含量為例，利用彩色圖像分割技術(shù)處理后切片1和切片2的骨料面積含量與現(xiàn)有技術(shù)的相對(duì)誤差不超過2.4%，具有很高的精度，且其速度更快，操作更簡(jiǎn)單。將圖2和圖4、圖8和圖10分別進(jìn)行對(duì)比可以看出，基于染色后的混凝土切片獲取的數(shù)字圖像中，砂漿和骨料在亮度通道有了明顯的區(qū)分，呈現(xiàn)雙峰值的特點(diǎn)，而飽和度通道則分布的更加均勻，色調(diào)通道更加集中，消除了其中紊亂的干擾。由此可知，基于染色后的混凝土切片獲取的數(shù)字圖像更適合于圖像分割。綜上所述，本發(fā)明優(yōu)選的的主要技術(shù)方案是：首先對(duì)混凝土切片內(nèi)的砂漿進(jìn)行浸漬染色以增強(qiáng)砂漿和骨料在彩色圖像HSB(色調(diào)-飽和度-亮度)空間中的對(duì)比度，然后利用彩色圖像分割技術(shù)提取切片圖像中的砂漿（或骨料）區(qū)域，從而快速確定出切片內(nèi)的砂漿/骨料的面積和面積含量。本發(fā)明主要有兩個(gè)步驟。第一個(gè)步驟是染色。首先是將混凝土樣品切片置于一種染色溶液中浸泡，然后取出樣品晾干。將切片表面采用1200#磨料研磨5分鐘，即可去除約5～10微米厚的表層，這樣可有效避免部分骨料表面殘留的溶質(zhì)對(duì)染色效果的影響（研磨時(shí)間不能過久，否則可能將已經(jīng)染色了的砂漿全部磨去，從而造成染色過程的失?。?。該過程的目的是將砂漿染色。經(jīng)過染色處理后，切片數(shù)字圖像中砂漿和骨料在飽和度、亮度等參數(shù)方面對(duì)比明顯，便于圖像分割。第二個(gè)步驟是數(shù)字圖像處理。利用骨料和砂漿在HSB空間中的亮度或飽和度通道呈現(xiàn)出的明顯的兩峰值特性，進(jìn)行彩色圖像分割，即可實(shí)現(xiàn)砂漿和骨料的區(qū)分和分離。分割出砂漿或骨料后，可獲得混凝土的二值圖像，砂漿/骨料的面積很容易通過簡(jiǎn)單的像素計(jì)數(shù)計(jì)算得到，進(jìn)而求出砂漿/骨料的面積含量。本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)單方便，采用數(shù)字圖像處理方式獲得骨料、砂漿的面積含量，效率很高，尤其是處理量較大時(shí)，效果更明顯。