[發(fā)明專利]閉孔泡沫鋁的三維細觀模型建模算法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810370333.1
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108648263A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張亞棟;張錦華;王貴坤;陳力;范俊余;方秦;彭裴
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學(xué)
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T15/08;G06T7/155
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

1.一種閉孔泡沫鋁的三維細觀模型建模算法，其特征在于，算法步驟如下：

第一步，讀取圖像，采用改進的XCT圖像處理算法處理二進制泡沫鋁X-CT序列圖像，獲得BMP格式的泡沫鋁X-CT序列圖像，通過vtkBMPReader類，讀取上述BMP格式的泡沫鋁X-CT序列圖像；

第二步，轉(zhuǎn)換圖像類型，將上述泡沫鋁X-CT圖像，通過調(diào)用vtkImageCast類，轉(zhuǎn)換成UnsignedChar格式的圖像；

第三步，設(shè)置圖像屬性，采用vtkVolumeProperty類，設(shè)置泡沫鋁體屬性；

第四步，繪制三維細觀模型，通過映射器vtkVolumeRayCastMapper類SetInput函數(shù)設(shè)置輸入泡沫鋁體數(shù)據(jù)，然后調(diào)用SetVolumeRayCastFunction函數(shù)載入已封裝好體繪制算法的vtkVolumeRayCastCompositeFunction類將體數(shù)據(jù)映射為屏幕圖像；

第五步，顯示三維細觀模型，通過vtkVolume類將體數(shù)據(jù)屬性與體數(shù)據(jù)圖像結(jié)合，建立的泡沫鋁三維細觀模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉孔泡沫鋁的三維細觀模型建模算法，其特征在于：上述第一步中，讀取圖像，具體方法如下：

步驟1-1、輸入二進制泡沫鋁X-CT序列圖像；

步驟1-2、提取胞壁骨架圖像：

調(diào)用MATLAB中bwmorph函數(shù)的skel運算，在保持二進制泡沫鋁X-CT序列圖像不被分割開的情況下，不斷移除每幅圖像的邊界，最后得到寬度為1像素的胞壁圖像骨架；

步驟1-3、識別胞壁圖像骨架的交點和末端點：

根據(jù)交點以及末端點的幾何結(jié)構(gòu)，分別建立交點集合和末端點集合，運用滑動窗口法對交點集合和末端點集合分別進行檢測，設(shè)置檢測窗口大小為3×3像素，通過滑動檢測窗口遍歷每個像素，將每個像素對應(yīng)的窗口內(nèi)圖像分別與交點集合和末端點集合中的數(shù)據(jù)進行配對，識別交點和末端點；

步驟1-4、通過減法布爾運算，用胞壁圖像骨架減去交點得到各個獨立骨架，根據(jù)末端點的坐標，檢索包含末端點的獨立骨架，即為斷裂骨架；

步驟1-5、根據(jù)斷裂骨架坐標檢索粘連胞孔并標記，對標記的粘連胞孔進行距離變換，再根據(jù)粘連胞孔的距離圖像進行分割，得到初步的分割線；

步驟1-6、對初步的分割線進行優(yōu)化，獲得最優(yōu)分割線；

步驟1-7、計算每一條優(yōu)化的分割線與對應(yīng)的斷裂骨架的夾角，篩選與斷裂骨架夾角最小的分割線作為最優(yōu)分割線；

步驟1-8、通過減法布爾運算，用泡沫鋁胞孔減去分割線，得到泡沫鋁胞孔分割圖像，即BMP格式的泡沫鋁X-CT序列圖像；

步驟1-9、調(diào)用vtkBMPReader類中的SetDataExtent函數(shù)、SetFilePrefix函數(shù)和SetFilePattern函數(shù)，首先通過SetDataExtent函數(shù)設(shè)置輸入圖像分辨率和圖像序列號，再采用SetFilePrefix函數(shù)設(shè)置文件名相同部分，并用SetFilePattern函數(shù)設(shè)置文件名中序號變化部分，從而讀取BMP格式的泡沫鋁X-CT序列圖像。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閉孔泡沫鋁的三維細觀模型建模算法，其特征在于，上述步驟1-6中，對初步的分割線進行優(yōu)化，獲得最優(yōu)分割線，具體如下：

步驟1-6-1，提取單個分割線，計算與粘連胞孔邊緣的交點坐標，判斷該交點與末端點的距離，如果所有交點的距離與末端點的距離均大于閾值，則認為該分割線為無效分割線并舍棄，如果存在交點距離與末端點距離小于閾值，則將該點設(shè)為基準點并將該分割線保留；

步驟1-6-2，通過減法布爾運算，用分割線減去交點集合中的交點，得到分割線的分支，分別計算各個分支角度以判定分割線的總方向，分割線的總方向分為兩種情況：一是總方向與x軸正半軸方向夾角為0-90°；二是總方向與x軸正半軸夾角為90-180°；

步驟1-6-3，根據(jù)分割線的總方向，用直線將基準點與滿足總方向的點連接，得到優(yōu)化后的分割線。