[發明專利]一種復合材料細觀結構的計算機圖形識別方法

有效

• 申請號: 201610240707.9
• 申請日: 2016-04-18
• 公開（公告）號: CN105803623B
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 高希光;宋迎東;于皓;韓笑
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;D03C19/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，尤其指代一種2.5維復合材料細觀結構計算機圖形識別與三維模型建模方法。

背景技術

2.5D纖維增強復合材料具有高比剛度、比強度的特點，且具有良好的抗分層特性，廣泛應用于軍事、能源及交通運輸等行業。細觀結構的識別是2.5維復合材料結構設計的重要環節。細觀識別過程一般采用無損檢測方法獲得材料細觀結構的數字化圖像，然后通過計算機技術識別出各類組分結構。以它為基礎可以建立材料的細觀力學模型，進行材料的力學性能和破壞計算，也可以用來檢測材料細觀結構是否符合設計要求。

一些學者采用電鏡獲得復合材料的微觀結構照片，然后通過灰度圖像分割技術識別出纖維絲，如：中國專利申請號為201410319004.6，發明名稱為“基于微結構圖像識別的纖維增韌復合材料各向異性導熱系數預估方法”，由于電鏡僅能得到材料表面形貌的數字圖像，這種方法無法用來建立材料內部結構的三維模型。此外，2.5維復合材料中經紗和緯紗的灰度值基本接近，僅僅采用灰度圖像分割技術并不能區分出經紗和緯紗。

另外一些學者采用XCT技術獲得復合材料的內部圖像，然后通過像素的灰度值計算出各組分在該像素所占的比例，如：中國專利申請號為：201410091284.X，發明名稱為“纖維增強復合材料等效彈性參數的計算方法”，這種方法采用了XCT技術獲得內部三維結構的數字化圖像，可以用來建立復合材料細觀結構的三維模型，但是需要實現通過人工方法對經紗和緯紗進行標記，工作量巨大。

由于復合材料細觀結構的復雜性和隨機特性，其細觀結構的數字圖像通常雜亂無章，不同組分之間的灰度值及數字特征非常接近甚至基本相同；這種特性使得采用計算機技術識別復合材料的細觀結構變得十分困難。國內外很少有關于2.5維復合材料細觀結構計算機圖形識別技術的公開報道。

發明內容

針對于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種復合材料細觀結構的計算機圖形識別方法，以解決現有技術中識別復合材料的細觀結構十分困難的問題，本發明的方法無需人工干預，可建立復合材料細觀結構的三維模型，且可由計算機自動識別出經紗、緯紗和基體。

為達到上述目的，本發明的一種復合材料細觀結構的計算機圖形識別方法，包括步驟如下：

1)采用X光計算機斷層掃描技術得到2.5維復合材料的細觀結構圖片，所述的圖片的面外方向與緯紗的軸向平行，并且圖片的長度方向與材料的長度方向平行；

2)采用閾值分割技術識別出基體區域，并對每個獨立的基體區域進行編號；

3)將每個基體區域作為扭曲的四邊形結構處理，識別出每個基體區域的四條邊界，并分別對基體區域的上、左、下和右邊界進行標記；

4)利用基體區域左右對稱的規律，找到與左邊基體區域配對的基體區域；

5)利用基體區域從上往下移動等間距分布的規律，將左右對稱的基體區域上下邊界分別作為經紗區域的下邊界和上邊界的一部分，以每一組對稱基體區域的上下邊界為樣本點，通過樣條擬合得到經紗區域完整的邊界；

6)每一組對稱基體區域中，由左邊基體區域的邊界、右邊基體區域的邊界以及上下經紗邊界線之間包圍的區域為緯紗區域，完成組分的識別；

7)將每一幅經過識別的圖片堆疊起來，建立2.5維內部細觀結構的三維模型。

本發明的有益效果：

1、本發明采用XCT技術獲取細觀結構數字化圖片，可建立材料細觀結構三維模型，克服了基于電鏡的識別方法只能用于建立二維模型的缺點。

2、本發明將組分材料的灰度特征和形狀特征，可精確識別出經紗、緯紗和基體，克服了已有的基于灰度圖像的識別方法無法識別具有相近灰度特征的組分的缺點。

3、本發明實現了計算機自動識別，無需人工干預，不僅大大降低了工作量，而且避免了人為因素對識別結果的影響。

附圖說明

圖1為2.5維編織復合材料XCT圖片示意圖。

圖2為采用閾值分割并對獨立基體區域進行編號后的結果示意圖。

圖3為用A、B、C和D標記的基體區域的上、左、下和右邊界的示意圖。

圖4為左右對稱的基體區域的示意圖。

圖5為經紗區域完整的邊界的示意圖。

圖6為完成組分識別后的單個切片示意圖。

圖7為將所有切片層疊后得到的三維模型示意圖。

具體實施方式

為了便于本領域技術人員的理解，下面結合實施例與附圖對本發明作進一步的說明，實施方式提及的內容并非對本發明的限定。