[發明專利]一種纖維過濾介質結構的擬態化重建及其性能計算方法

有效

• 申請號: 201410217062.8
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN103971395B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 錢付平;趙鵬;楊洪;魯進利;余紹龍;王帆;林清源
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T19/00;G06K9/38
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 蔣海軍

1.一種纖維過濾介質結構的擬態化重建方法，其步驟為：

步驟一、將真實纖維過濾介質在掃描電子顯微鏡下掃描，獲得纖維過濾介質的掃描電鏡圖像；

步驟二、確定最佳閾值，對步驟一所得圖像進行二值化處理，提取纖維過濾介質與孔隙的二值圖像，纖維像素點值為1，孔隙像素點值為0；其中，最佳閾值的確定過程如下：

a、將纖維過濾介質掃描電鏡圖像進行灰度拉伸：

K＝255/(b-a)

M＝(-255*a)/(b-a)

Y＝KX+M

上式中，a為掃描電鏡圖像最小灰度值；b為掃描電鏡圖像最大灰度值；X為掃描電鏡圖像任意像素點灰度值；Y為像素點X對應的灰度拉伸值；

b、確定最佳閾值：

設經步驟a灰度拉伸后圖像中目標范圍內像素點個數占整幅圖像的比例為ω0，目標范圍內像素點灰度平均值為μ0，背景范圍內像素點個數占整幅圖像的比例為ω1，背景范圍內像素點灰度平均值為μ1，目標和背景的分割閾值記為T_m，目標和背景的類間方差記為g，則：

g＝ω0ω1(μ0-μ1)^2

采用遍歷的方法得到使類間方差g最大時對應的閾值T_m，該閾值即為所述的最佳閾值；

步驟三、對步驟二所得二值圖像進行纖維過濾介質中心線檢測，獲得纖維過濾介質中心線ss；

步驟四、以步驟三所得中心線上像素點為基點進行四對角方向對比，獲得中心線上各像素點的三維旋轉半徑di和三維旋轉方向df；

步驟五、以步驟三所得中心線上像素點為旋轉基點，以步驟四所得三維旋轉半徑di和三維旋轉方向df為旋轉參數，進行三維旋轉，獲得纖維過濾介質擬態化重建圖像。

2.根據權利要求1所述的一種纖維過濾介質結構的擬態化重建方法，其特征在于：步驟三中獲得纖維過濾介質中心線ss的方法為：以步驟二所得二值圖像中像素點值為1的像素點為中心向外延伸8個方向，所述的8個方向等45°間隔，統計8個方向上連續像素點值為1的像素點個數，如所述像素點任意兩對角方向統計的像素點個數均相等或相差為1，則保留該像素點，否則舍棄；對所有像素點值為1的像素點均執行上述操作，即得纖維過濾介質中心線ss。

3.根據權利要求2所述的一種纖維過濾介質結構的擬態化重建方法，其特征在于：步驟四所述四對角方向對比具體為：對步驟三保留的像素點再進行4對角方向連續像素點值為1的像素點個數對比，將像素點個數最少的對角方向作為三維旋轉方向df，該對角方向上像素點個數的二分之一作為三維旋轉半徑di。

4.一種纖維過濾介質結構的性能計算方法，其步驟為：

步驟A、獲取真實纖維過濾介質的掃描電鏡圖像；

步驟B、確定最佳閾值，對步驟A所得圖像進行二值化處理，提取纖維過濾介質與孔隙的二值圖像，纖維像素點值為1，孔隙像素點值為0；

步驟C、對步驟B所得二值圖像進行纖維過濾介質中心線檢測，獲得纖維過濾介質中心線ss；

步驟D、以步驟C所得中心線上像素點為基點進行四對角方向對比，獲得中心線上各像素點的三維旋轉半徑di和三維旋轉方向df；

步驟E、對步驟B所得二值圖像進行反相處理，纖維像素點值為0，孔隙像素點值為1，統計像素點值為1的像素點個數，記為a；統計步驟A獲得的真實纖維過濾介質圖像像素點個數，記為b，得纖維過濾介質圖像孔隙率a/b；統計像素點值為1的像素點區域個數，獲得纖維孔隙直方圖；

步驟F、對步驟D所得三維旋轉半徑di進行統計，獲得纖維直徑統計圖以及纖維平均直徑d_f；

步驟G、代入步驟F所得纖維平均直徑d_f以及過濾流體絕對溫度T、濾料厚度t、迎面風速V以及顆粒物直徑d_p，應用經驗公式得出纖維過濾介質在不同風速下的過濾效率曲線和壓力損失曲線。