CN105486352B - 一种贝壳等效特征信息的综合检测装置及方法 - Google Patents

一种贝壳等效特征信息的综合检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种贝壳等效特征信息的综合检测装置及方法，解决贝壳的等效尺寸信息的直接测量问题。通过重量检测得出贝壳的质量，通过图像检测得出贝壳的数量和等效面积，基于排水体积检测得出贝壳的总体体积，从而计算得出贝壳的等效密度、等效尺寸和等效厚度。本发明所述的方法具体采用了粗略筛选贝壳样品后，运用称重法、图像检测技术和排水体积检测技术得出贝壳总体特征，从而计算得出贝壳的等效特征信息，此方法效率高，而且精度高。

Description

一种贝壳等效特征信息的综合检测装置及方法
技术领域
本发明涉及海洋声学探测领域，特别是研究海底声学传播散射和损失特性，提供一种贝壳等效特征信息的综合检测装置及方法。
背景技术
海底沉积物中的分散着大量各种形态的贝壳，存在于海底沉积物的各层中，通常表层海底沉积物，成为海底声学混响中的主要散射体之一，直接影响了声波散射特性。贝壳的大小和形状多种多样，难于直接分析其散射特性，通常将贝壳等效成圆柱形状、球形状、椭圆柱形状。如何测量贝壳的等效状态尺寸，目前没有非常有效的方法。通过研究贝壳的质量和平面信息，得出贝壳的等效尺寸信息，有助于提高海底混响和海洋声学探测的精度。
目前测量贝壳尺寸的方法主要是基于采集海底沉积物后进行：标准筛子筛选法、X射线法和计算机断层扫描法(CT法)。这些方法特点在于：标准筛子筛选法能够按照标准筛孔筛选出相邻两种尺寸筛孔之间的贝壳，将贝壳尺寸等效成尺寸小的筛孔的尺寸，此种方法因贝壳的形状差异较大而等效精度很低；x射线法和CT法都可以进行无损检测，这两种方法都是基于密度比较来判别对象，而非依赖于形状来判别对象形状，当前海底的贝壳往往混合在沉积物中，浅海的碳酸盐类贝壳与石英质砂具有相似的密度，基于密度分析很难有效的区分开来，即使后续处理应用专用的图形处理软件，对于贝壳的尺寸形状区分仍然精度不高，分析成本高昂。以上方法的不足之处都在于无法直接实现测定贝壳的平面特征信息，从而测量贝壳的等效特征信息的精度低。
发明内容
本发明提供了一种贝壳等效特征信息的综合检测方法，通过选则一定体积的海底沉积物里的贝壳，根据研究尺度需要选取4目至30目中所需尺寸的筛子筛选后分成几个尺寸等级的贝壳，对每个尺寸等级的贝壳采用本方法进行精确测量，测量贝壳的等效特征信息。基于重量检测和体积检测得到贝壳的重量、体积，从而计算得出贝壳的密度。基于图像处理方法，识别贝壳数量、面积、基本尺寸从而实现贝壳的平面信息全部获取，进而基于平面信息和体积来换算其等效尺寸。此方法可以获得贝壳的全部等效特征信息(包含密度、等效体积、等效面积、等效厚度、等效形状、数量)，提高测量贝壳的等效尺寸精度低的问题，可以检测0.6mm至30mm尺寸范围的贝壳。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种贝壳等效特征信息的综合检测方法，其包括以下步骤：
a)、对贝壳3进行初筛选，按照大小尺寸分成若干个等级；
b)、分别对初筛选后的每个尺寸等级的贝壳3进行称重，得到每个尺寸等级贝壳3的总重量Mt；
c)、将每个尺寸等级贝壳3散开放置，采用摄像装置5拾取每个尺寸等级贝壳3图像，进行边界分析，识别每个尺寸等级贝壳3的数量和总等效面积At，记录每个尺寸等级贝壳3的总数量；
d)、将每个尺寸等级贝壳3放入到盛装蒸馏水的量杯9中；记录放置每个尺寸等级贝壳3前蒸馏水的体积Vw1和放置每个尺寸等级贝壳3稳定后的蒸馏水的体积Vw2，计算贝壳3总体积Vt；
e)计算每个尺寸等级贝壳3等效特征信息，计算公式如下：(1)Av＝At/n，(2)Rv＝(At/π)1/2，(3)Vt＝Vw2-Vw1，(4)ρt＝Mt/Vt，(5)Ht＝Vt/At，(6)Mv＝Mt/n，其中Av为单个贝壳的等效面积，At为总等效面积，n为总数量，Rv为贝壳等效尺寸半径，Vw2为放置贝壳后蒸馏水的体积，Vw1为放置贝壳前蒸馏水的体积；Mv为单个贝壳等效重量，ρt为等效密度，Ht为贝壳等效厚度。
优选的，步骤e)中，摄像装置测量和量杯测量的数据均传输给计算机，由计算机计算。
优选的，上述所述的一种贝壳等效特征信息的综合检测方法的装置，包括贝壳总等效面积和数量测量装置、贝壳总体积测量装置、天平和计算机。
优选的，所述贝壳总等效面积和数量测量装置包括图像检测光学平台、灯箱、暗箱和摄像装置；所述灯箱放置于所述图像检测光学平台上；将贝壳放置于所述灯箱上；所述暗箱将所述灯箱罩住；所述摄像装置穿过且安装于所述暗箱的顶端；所述计算机与所述摄像装置连接。
优选的，所述贝壳总体积测量装置包括体积检测平台、设置有液位计的量杯；所述量杯置于所述体积检测平台上；所述量杯内装有蒸馏水；所述液位计通过变送器与所述计算机连接。
优选的，所述液位计通过支架悬挂于所述量杯内。
优选的，所述支架是由横杆和竖杆组成的L型结构；所述L型结构的横杆安装于所述竖杆上，用于安装所述液位计；所述竖杆将所述支架安装于所述体积检测平台上。
优选的，所述摄像装置为摄像机。
优选的，步骤e)中的等效尺寸信息可以根据球形、圆柱形、椭圆形等研究需要由计算机计算。
本发明通过综合了重量检测、体积检测、面积检测、数量检测四方面特征的检测方法，可以获得贝壳的密度、体积、面积、厚度、数量等特征参数；采用液体体积变化的方法测量非规则的贝壳的体积；采用图像处理的方法获得数量较多(尤其是对尺寸较小的贝壳如1mm的贝壳，数量可能达到数百个)，通过图像检测数量准确，而且可以其他方法无法获得的贝壳总面积。可以通过得的总面积和数量，计算单个贝壳的面积，基于此面积可以计算贝壳的等效形状。可以通过测量得到的体积和面积，计算等效厚度。此方法不仅效率高，而且精度高。
附图说明
图1是本发明一个具体实施例的示意图。
其中：1-图像检测光学平台，2-灯箱，3-贝壳，4-暗箱，5-摄像机，6-计算机，7-体积检测平台，8-液位计，9-量杯,10-支架，101-横杆，102-竖杆。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
一种贝壳等效特征信息的综合检测方法，其包括以下步骤：
a)、对贝壳3进行初筛选，按照大小尺寸分成若干个等级；
b)、分别对初筛选后的每个尺寸等级的贝壳3进行称重，得到每个尺寸等级贝壳3的总重量Mt；
c)、将每个尺寸等级贝壳3散开放置，采用摄像装置5拾取每个尺寸等级贝壳3图像，进行边界分析，识别每个尺寸等级贝壳3的数量和总等效面积At，记录每个尺寸等级贝壳3的总数量；
d)、将每个尺寸等级贝壳3放入到盛装蒸馏水的量杯9中；记录放置每个尺寸等级贝壳3前蒸馏水的体积Vw1和放置每个尺寸等级贝壳3稳定后的蒸馏水的体积Vw2，计算贝壳3总体积Vt；
e)计算每个尺寸等级贝壳3等效特征信息，计算公式如下：(1)Av＝At/n，(2)Rv＝(At/π)1/2，(3)Vt＝Vw2-Vw1，(4)ρt＝Mt/Vt，(5)Ht＝Vt/At，(6)Mv＝Mt/n，其中Av为单个贝壳的等效面积，At为总等效面积，n为总数量，Rv为贝壳等效尺寸半径，Vw2为放置贝壳后蒸馏水的体积，Vw1为放置贝壳前蒸馏水的体积；Mv为单个贝壳等效重量，ρt为等效密度，Ht为贝壳等效厚度。
将粗筛选后的每个尺寸等级贝壳3在精密天平上称重，获得每个尺寸等级贝壳3的总重量Mt。然后采用摄像装置5对每个尺寸等级贝壳3散开后摄像，拾取贝壳图像，进行边界分析，识别多个每个尺寸等级贝壳的数量和总等效面积。基于总等效面积At和总数量n，参照式(1)可以计算单个贝壳的等效面积Av。根据等效面积Av计算贝壳等效尺寸半径Rv(如圆柱形状，其他有球形状和椭圆柱形状)。然后将贝壳放入到盛装蒸馏水的带有液位检测传感器的精确量杯中，计算放置前蒸馏水的体积Vw1和放置贝壳稳定后的蒸馏水的体积Vw2，从而获得贝壳总体积Vt。基于总重量Mt和总体积Vt计算贝壳的等效密度ρt。基于总体积Vt和总等效面积At计算贝壳等效厚度Ht。基于贝壳的总重量Mt和总数量n可以计算单个贝壳等效重量Mv。各等效特征信息计算公式如下:(1)Av＝At/n，(2)Rv＝(At/π)1/2，(3)Vt＝Vw2-Vw1，(4)ρt＝Mt/Vt，(5)Ht＝Vt/At，(6)Mv＝Mt/n；此测量方法检测步骤简单，测量得出贝壳的总重量Mt、贝壳的总等效面积(At)和总数量(n)以及总体积(Vt)，根据上述的各等效特征信息计算公式测量出等效面积(Av)、等效厚度(Ht)、等效尺寸以及单个贝壳等效重量(Mv)等的等效特征信息。
基于图像识别贝壳，能够消除筛选法筛选贝壳尺寸存在的较大误差。同时基于简易的图像检测光学平台，可以解决x射线法和CT扫描法需要专用设备和复杂处理程序的问题，同时可以解决单个贝壳无法测量平面信息的问题。基于以上综合检测方法，可以实现测定贝壳的平面特征信息；而且此方法不仅效率高，而且精度高。
优选的，步骤e)中，摄像装置测量和量杯测量的数据均传输给计算机，由计算机6计算。
采用所述计算机处理后面的数据，提高计算效率，而且准确度高。
优选的，上述所述的一种贝壳等效特征信息的综合检测方法的装置，包括贝壳总等效面积和数量测量装置、贝壳总体积测量装置、天平和计算机6。
贝壳总等效面积和数量测量装置测量出每个尺寸等级贝壳3总等效面积和数量，贝壳总体积测量装置测量每个尺寸等级贝壳3的总体积，天平测量总重量Mt，然后就可以按照每个尺寸等级贝壳3等效特征信息计算公式如下：(1)Av＝At/n，(2)Rv＝(At/π)1/2，(3)Vt＝Vw2-Vw1，(4)ρt＝Mt/Vt，(5)Ht＝Vt/At，(6)Mv＝Mt/n计算出别的等效特征信息，因此只需要两个测量装置就能得出贝壳各个等效特征信息，结构简单、操作简单，而且采用测量装置测量的这些数据都是非常准确的，以至于通过测量的数据采用公式计算出别的等效特征信息，这样的结果也是非常准确的，在加上采用计算机6的计算，效率高，而且精度高。
优选的，所述贝壳总等效面积和数量测量装置包括图像检测光学平台1、灯箱2、暗箱4和摄像装置5；所述灯箱2放置于所述图像检测光学平台1上；将贝壳3放置于所述灯箱2上；所述暗箱4将所述灯箱2罩住；所述摄像装置5穿过且安装于所述暗箱的顶端；所述计算机与6所述摄像装置5连接。
如图1所示，将贝壳3放置在灯箱2上；基于灯箱2保证一定的光强，通过暗箱4保持图像检测光学不受外界光线影响；通过计算机6控制的摄像机5摄取图像，传输数据进入计算机6，进行图像分析和处理；基于边界像素点分析得出贝壳的数量、面积和基本尺寸信息。此装置结构简单、操作方便，成本低、加上计算机6的计算、效率高、精度高。
优选的，所述贝壳总体积测量装置包括体积检测平台7、设置有液位计8的量杯9；所述量杯9置于所述体积检测平台7上；所述量杯9内装有蒸馏水；所述液位计8通过变送器与所述计算机6连接。
如图1所示，测得所述量杯9的直径，在所述量杯9注半杯蒸馏水，稳定后，通过液位计8测量量杯内水的初始液位，将数据采集进入到计算机显示，记录；然后加入贝壳3，稳定后，液位计8测量得出贝壳+蒸馏水的液位，基于两者液位差和量杯的直径，在程序中计算得到贝壳3的体积。此装置结构简单、操作方便，成本低、加上计算机6的计算、效率高、精度高。
优选的，所述液位计8通过支架10悬挂于所述量杯9内。
通过所述支架10安装所述液位计8，使所述液位计8悬挂于所述量杯9内安装容易、快捷、方便。
优选的，所述支架10是由横杆101和竖杆102组成的L型结构；所述L型结构的横杆101安装于所述竖杆102上，用于安装所述液位计8；所述竖杆102将所述支架10安装于所述体积检测平台7上。
L型结构的所述支架10方便安装于所述体积检测平台7的同时，方便安装所述液位计8，而且所述横杆101安装于所述竖杆102上，方便调节所述液位计的升降。
优选的，所述摄像装置5为摄像机。
摄像机摄像的图像清楚、效果好；提高检测的精度。
优选的，等效尺寸信息可以根据球形状、圆柱形状、椭圆形状等研究需要由计算机计算。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种贝壳等效特征信息的综合检测方法，其特征在于：其包括以下步骤：
a)、收集海底沉积物中的贝壳，对贝壳进行初筛选，按照大小尺寸分成若干个等级，选取4目至30目中所需尺寸的筛子筛选后分成几个尺寸等级的贝壳；
b)、分别对初筛选后的每个尺寸等级的贝壳进行称重，得到每个尺寸等级贝壳的总重量Mt；
c)、将每个尺寸等级贝壳散开放置，采用摄像装置拾取每个尺寸等级贝壳图像，进行边界分析，识别每个尺寸等级贝壳的数量和总等效面积At，记录每个尺寸等级贝壳的总数量；
d)、将每个尺寸等级贝壳放入到盛装蒸馏水的量杯中；记录放置每个尺寸等级贝壳前蒸馏水的体积Vw1和放置每个尺寸等级贝壳稳定后的蒸馏水的体积Vw2，计算贝壳总体积Vt；
e)计算每个尺寸等级贝壳等效特征信息，计算公式如下：(1)Av＝At/n，(2)Rv＝(At/π)1/2，(3)Vt＝Vw2-Vw1，(4)ρt＝Mt/Vt，(5)Ht＝Vt/At，(6)Mv＝Mt/n，其中Av为单个贝壳的等效面积，At为总等效面积，n为总数量，Rv为贝壳等效尺寸半径，Vw2为放置贝壳后蒸馏水的体积，Vw1为放置贝壳前蒸馏水的体积；Mv为单个贝壳等效重量，ρt为等效密度，Ht为贝壳等效厚度；
该方法包括贝壳总等效面积和数量测量装置、贝壳总体积测量装置、天平和计算机；
所述贝壳总等效面积和数量测量装置包括图像检测光学平台、灯箱、暗箱和摄像装置；所述灯箱放置于所述图像检测光学平台上；将贝壳放置于所述灯箱上；所述暗箱将所述灯箱罩住；所述摄像装置穿过且安装于所述暗箱的顶端；所述计算机与所述摄像装置连接；
所述贝壳总体积测量装置包括体积检测平台、设置有液位计的量杯；所述量杯置于所述体积检测平台上；所述量杯内装有蒸馏水；所述液位计通过变送器与所述计算机连接。
2.根据权利要求1所述的一种贝壳等效特征信息的综合检测方法，其特征在于：步骤e)中，摄像装置测量和量杯测量的数据均传输给计算机，由计算机计算。
3.根据权利要求1所述的一种贝壳等效特征信息的综合检测方法，其特征在于：所述液位计通过支架悬挂于所述量杯内。
4.根据权利要求3所述的一种贝壳等效特征信息的综合检测方法，其特征在于：所述支架是由横杆和竖杆组成的L型结构；所述L型结构的横杆安装于所述竖杆上，用于安装所述液位计；所述竖杆将所述支架安装于所述体积检测平台上。
5.根据权利要求4所述的一种贝壳等效特征信息的综合检测方法，其特征在于：所述摄像装置为摄像机。
6.根据权利要求1所述的一种贝壳等效特征信息的综合检测方法，其特征在于：步骤e)中，等效尺寸信息可以根据球形、圆柱形和/或椭圆形研究需要由计算机计算。
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