Agregaların geometrik özelliklerinin belirlenmesine yönelik yeni görüntü analiz yöntemleri geliştirilmesi
Development of new digital image analysis methods for determination of the geometrical properties of aggregates
Yazar: ALİ TOPAL
Danışman: PROF. DR. BÜLENT BARADAN
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Bölümü / Yapı Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Agrega = Aggregate ; Beton = Concrete ; Görüntü analizi = Image analysis ; Görüntü işleme = Image processing ; Görüntüleme sistemleri = Imaging systems ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Şekil = Shape

Özet:
Şekil, köşelilik ve yüzey dokusu terimleri, agregaların karakterize edilmesinde sıklıkla kullanılan geometrik özelliklerdir. Bu özellikler, agreganın kullanıldığı asfalt ve beton vb. malzemelerin performansı üzerinde etkilidir. Bununla birlikte, agrega geometrik özelliklerini belirlemeye yönelik genel kabul görmüş bir yöntem mevcut değildir. Günümüz geleneksel ölçüm yöntemleri sübjektif ve zaman alıcı olduğundan, doğrudan ölçüm yapabilecek alternatif yöntemlere ihtiyaç vardır.Tez çalışması kapsamında, görüntü işleme tekniklerinin hızlı ölçüm yöntemleri olarak beton agregalarına uygulanabilirliği araştırılmıştır. Bu amaçla aydınlatma paneli, lazer kameralı ve sanal kameralı sistemler geliştirilmiştir. Bu sistemlerle, iri ve ince agrega tanelerinin geometrik özelliklerini belirlemeye yönelik çalışmalar yapılmıştır. Geliştirilen sistemler, görüntü alma ve işleme aşamaları boyunca en az veri kaybına neden olacak şekilde optimize edilmişlerdir. Aydınlatma panelli sistem, agregaların yuvarlaklık, konkavlık ve dış merkezlik gibi geometrik özelliklerini belirlemek amacıyla 2 boyutlu ve derinlik bilgileri içeren analizlerde kullanılmıştır. Analizler için C++ programlama dilinde Aggreganalysis adını verdiğimiz özel bir görüntü analiz programı yazılmış ve kullanıcı arayüzü tasarlanmıştır. MatLab® görüntü işleme araç kutusu, derinlik bilgisi içeren görüntülerdeki agrega tanelerini geometrik özelliklerine göre sınıflandırılmak amacıyla kullanılmıştır. Lazer kameralı sistemde ise agregalar, üzerlerine düşürülen lazer çizgisi görüntülerinin birleştirilmesi ile üç boyutlu modellenebilmektedir. Üç boyutlu görüntüleme için MatLab® da kullanıcı arayüzü tasarlanmıştır. Bir kamera ve sanal kamera olarak kullanılan 4 özel ayna ile tasarımı yapılan Sanal kameralı sistemde ise, agrega tanelerinin 3. boyuta en yakın öznitelikleri 5 farklı yüzeyden alınan görüntülerle çok daha az donanım ve maliyetlerle sağlanabilecektir. Son olarak, agrega geometrik özelliklerinin taze ve sertleşmiş beton performansı üzerine etkisinin mertebesini belirlemek amacı ile bazı çimento harcı ve beton deneyleri yapılmıştır.

Abstract:
Shape, angularity, and texture are the key geometrical properties which are frequently used to characterize aggregates. These properties have significant effects on the performance of construction materials such as asphalt and concrete. Also, there is no established and accepted general test method for determination of the geometrical properties of aggregates. Current standard test methods are subjective, labor-intensive and time consuming. In the absence of an effective and objective test method for quantifying aggregate geometrical properties, there is an urgent need for determining the geometrical properties of aggregates directly.The present dissertation focuses on to development of new modules for accurate determining of geometrical properties of aggregates. Three different modules; illuminated panel, laser based imaging, and virtual imaging systems have been developed for the several shape characterization of the aggregates using various digital image analysis techniques. The developed systems have been optimized to minimize the mistakes during image capturing and processing. Aggreganalysis software tool with user friendly surface property which was coded in C++ programming language allows accurate determination of geometric properties of aggregates such as angularity, compactness, concavity and eccentricity. Illuminated panel system may be implemented in 2D and in 3D image analysis of aggregates including depth information. For the one in 3D, MatLab® Image processing toolbox can be used to classify the aggregates according to their geometrical properties. Laser based imaging system enables capturing aggregates in 3D form. A special software surface was coded in MatLab® to recognize the geometrical properties of the aggregates. The developed virtual imaging system has advantages comparatively in capturing images in 3D with only one camcorder and with 4 special mirrors. The most important advantage of this economical virtual imaging system is to capture the real aggregate images in 3D with only one camcorder from 5 different surface angles. Finally, the magnitude of effects of the geometrical properties of aggregates has been determined on the mechanical properties of some mortar and concrete mixtures.