[發明專利]動物黏附接觸區實際接觸面積的計算方法及計算系統

在審

• 申請號: 201710685333.6
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN107424157A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 戴振東;劉琦;宋逸
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/136;G06T7/187;G06T7/62
• 代理公司: 北京高沃律師事務所11569
• 代理人: 王戈

技術領域

本發明涉及動物黏附接觸力學和圖像處理領域，特別是涉及動物黏附接觸形成的不規則微小實際接觸面積的計算方法及系統。

背景技術

經典剛體接觸力學中，不考慮接觸固體間作用力與接觸面積之間的關系。日常經驗和彈性接觸力學中，固體的變形使得接觸面積發生變化，一般隨著力學增加，接觸面積也增加。經典赫茲理論給出了規則物體彈性接觸過程的實際接觸面積與所受到外力的關系。涉及到材料塑性變形的實際接觸面積的確定可采用有限元方法分析?，F有的理論模型無法表征黏附(剛毛型或者柔性軟墊結構)接觸表面間所受到的外力與實際接觸面積的關系。而現有黏附研究認為，黏附接觸固體間的實際接觸面積是決定粘附力的關鍵因素，因此測定動物黏附運動過程的實際接觸面積是認識動物黏附接觸規律的核心技術。

同步測試動物黏附接觸下的運動反力和實際接觸面積，對揭示動物的黏附接觸運動規律具有重要意義。而由于動物黏附器官結構和材料的多樣性，受力狀態的復雜性，實際接觸面積微小、形態復雜，因此，精確測量黏附接觸中形成的非規則的微小接觸面積是實現定量研究的前提。采用已有技術(專利號：201611030857.3)提供的方案能夠動態同步獲得多維接觸力及真實接觸面積，但是如何通過高速攝像機獲取的圖像計算實際接觸面積，成為本領域技術人員亟需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種動物黏附接觸區實際接觸面積的定量計算方法，能夠精確計算動物黏附接觸區的實際接觸面積。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種動物黏附接觸區實際接觸面積的計算方法，所述計算方法包括：

獲取動物黏附器官在運動狀態下的實際接觸區的原始圖像；

對所述實際接觸區的原始圖像進行去噪預處理，得到去噪的實際接觸區的圖像；

對所述實際接觸區的圖像進行閾值分割，得到與所述實際接觸區對應的接觸區二值圖；

對所述接觸區二值圖中的接觸區域進行聚類填充后，采用八鄰域搜索方法將各所述接觸區域進行區域連通和區域標記，得到所述實際接觸區的輪廓線；

計算所述輪廓線內的二值圖的灰度累計值；

根據單位像素對應的實際面積及所述灰度累計值確定所述實際接觸區的面積。

可選的，所述單位像素對應的實際面積的確定方法包括：

獲取拍攝有標準參照物的基準幀，所述基準幀的拍攝環境與所述實際接觸區的圖像的拍攝環境相同；

根據設定的參照物選取閾值對所述基準幀進行二值化處理，獲得基準幀二值圖；

對所述基準幀二值圖進行聚類填充后，獲得所述標準參照物的輪廓線；

根據所述標準參照物的輪廓線在所述基準幀中標記出所述標準參照物的輪廓線；

根據所述參照物選取閾值對標記有輪廓線的所述基準幀進行二值化處理，并計算所述基準幀上的輪廓線內的二值圖的灰度累計值，獲得所述標準參照物的像素總數；

根據所述標準參照物的實際面積及所述標準參照物的像素總數確定單位像素對應的實際面積。

可選的，所述對所述實際接觸區的原始圖像進行去噪預處理，得到去噪的實際接觸區的圖像具體包括：

根據所述基準幀對所述實際接觸區的原始圖像進行去噪預處理，得到去噪的實際接觸區的圖像。

本發明的目的是提供一種動物黏附接觸區實際接觸面積的定量計算系統，能夠精確計算動物黏附接觸區的實際接觸面積。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種動物黏附接觸區實際接觸面積的計算系統，所述計算系統包括：

圖像獲取模塊，用于獲取動物黏附器官在運動狀態下的實際接觸區的原始圖像；

預處理模塊，與所述圖像獲取模塊連接，用于對所述實際接觸區的原始圖像進行去噪預處理，得到去噪的實際接觸區的圖像；

二值化模塊，與所述預處理模塊連接，用于對所述實際接觸區的圖像進行閾值分割，得到與所述實際接觸區對應的接觸區二值圖；

接觸區輪廓線確定模塊，與所述二值化模塊連接，用于對所述接觸區二值圖中的接觸區域進行聚類填充后，采用八鄰域搜索方法將各所述接觸區域進行區域連通和區域標記，得到所述實際接觸區的輪廓線；

接觸區灰度累計模塊，與所述接觸區輪廓線確定模塊連接，用于計算所述輪廓線內的二值圖的灰度累計值；

接觸面積確定模塊，與所述接觸區灰度累計模塊連接，用于根據單位像素對應的實際面積及所述灰度累計值確定所述實際接觸區的面積。

可選的，所述計算系統還包括：