张伟 宗兰 张士萍
摘 要:该文通过混凝土早期塑形收缩裂缝的检测方法阐述,进一步研究光测法在评价混凝土塑性收缩开裂性能中应用的可行性。运用数字图像处理技术对混凝土表面塑性收缩裂缝进行处理,并对处理为二值化的裂缝图像进行分析研究,结果表明:光测法对于测试单根裂缝数值参数简单、便捷且准确。
关键词:光测法 混凝土裂缝 塑形收缩
中图分类号:TU528 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)09(a)-0049-02
对于混凝土早期塑性收缩裂缝的无损检测方法目前有很多,例如目测法、声发射(AE)法、红外线法和摄影法等[1]。目测法是把目测结果绘成草图,用裂缝刻度尺,放大镜等测量裂缝宽度,这需要大量的人力和时间,且精度不高。声发射(AE)法可检测出裂缝的位置、大小、扩展情况、种类和深度,但只适于正在发生的裂缝。摄影法主要用作调查混凝土表面发生的裂缝,包括用普通相机、录像机,放射线、红外线摄影等进行检测。这种裂缝检测问题不仅存在于工业建筑中,而且国防、航空航天、机械制造等许多领域也会不同程度地碰到类似问题[2]。
该文主要研究的光测法与摄影法相似,其基本原理是:CCD 摄像机(图像传感器)的芯片将光信号转变成电信号,再通过A/D(高速信号处理器)转换成数字信息,在计算机上获得裂缝图像,最后,通过不断调整镜头和光源,使裂缝图像清晰,对比度大,这样便于后期图像处理。
1 光测系统与测试方法
1.1 光测系统
该实验采用的光测系统为二维数字散斑相关测量系统,它是一种基于数字图像处理的非接触表面变形测量技术。由高灵敏度、高分辨率、低噪声的CCD摄像机、图像采集系统(包括高速信号处理转换器(A/D)和图像处理卡)、计算机、光纤冷光源、二维数字散斑相关测量处理软件等设备组成。主要技术指标如下所示。
有效测量面积:100×140 mm2~1000×1400 mm2
系统分辨率:优于0.01像素;
实时条纹显示速度:24帧/s;
图像采集分辨率:2352×1726;
黑白CCD摄像头:信噪比大于56 dB,C接口;
照明系统:光纤冷光源150 W。
CCD图像传感器由光电转换单元构成,光电传感單元的排列分为线阵排列和面阵排列两种。图像传感器的工作原理是把光能量转换为电荷,并且具有将转换得到的电荷进行存储的能力,以及使电荷输出电极移动的扫描能力。
1.2 试验方法
该实验首先制作一块混凝土平板试件,尺寸为600 mm×600 mm×63 mm,试件浇注、振实、抹平后,放入观测环境,控制环境温度(28±3 ℃)和相对湿度(50±2%),混凝土表面的温度为35±2 ℃[3]。其次,在其表面施加人工散斑,做法是均匀涂抹一层石灰水,以增加混凝土表面的信息载体,图3是采集的混凝土表面裂缝和相同背景下的标准尺寸图。
再次,搭建的光测系统如图2所示。对所采集的图像进行图像处理,数字图像处理的基本内容包括图像输入、图像存储与检索、图像增强、图像特征提取、图像识别与理解和图像输出。图像处理系统的基本结构见图4,其工作过程为:对象物反射的光在摄像单元被转换成电信号(模拟信号),再由A/D转换器把其转换成数字信号,然后被存储在图像存储器中,有待计算机作进一步的处理。最后,根据处理后的裂缝二值化图像,由数字散斑相关测量处理软件找出裂缝每一点的边缘位置,由origin6.1应用软件绘出边缘形状,按照公式(1)计算出裂缝宽度。
2 结果处理与分析
把RGB图像(所拍摄的裂缝照片)进行图像增强(预处理),然后通过图像分割技术将预处理后的图像转化为二值化图像(只含黑白两色,黑色为裂缝对象,白色为背景)。经图像处理后的二值化裂缝图像见图5,图6为裂缝宽度图,表1是计算的裂缝宽度结果。
3 结语
(1)光测法为分析混凝土裂缝提供了一套科学的测试系统。该系统通过光学处理将混凝土实际表面的裂缝处理成作为裂缝研究的相应参数。
(2)光测法对于混凝土裂缝参数的测试简单、便捷且准确。
(3)不足之处是只能对单根裂缝进行测试分析,对于多根裂缝测试分析技术有待于进一步研究。
参考文献
[1] 侯宝隆,蒋之峰.混凝土的非破损检测[M] 北京:地震出版社,1992.
[2] Vogel H J,Hoffmann H,Roth K.Studies of crack dynamics in clay soil.I:Experimental methods,results,and morpholog2ical quantification[J].Geoderma,2005(125):203-211.
[3] 张伟.外加剂对聚丙烯纤维增强混凝土的早期抗裂性影响[J].南京航空航天大学学报,2008(1):129-133.