[發明專利]一種基于混凝土CT圖像像素特征的細觀結構重構方法

有效

• 申請號: 201810833630.5
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN109087396B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 胡靖;錢振東
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06T7/136
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種基于混凝土CT圖像像素特征的細觀結構重構方法，其特征在于，該方法包括下述步驟：

(1)采用X-Ray?CT設備對混凝土試件進行掃描，獲取內部結構的N張彩色圖像，利用MATLAB軟件按照圖像掃描順序進行讀取與導入操作；

(2)選取第i張彩色圖像，將該彩色圖像轉換為灰度圖像，根據相同材料灰度值沿著圓形半徑逐漸減小的分布規律，將該灰度圖像劃分為n個環狀子區域，以各環狀子區域的灰度直方圖自動計算針對該子區域的分割閾值，i＝1,2……N；

(3)根據步驟(2)確定的n個環狀子區域的分割閾值，分別對第i張灰度圖像的各環狀子區域進行二值化操作，即大于等于分割閾值的圖像像素為集料，其統一標記為1，反之為膠漿與孔隙，統一標記為0，待n個環狀子區域均處理完成后，即完成第i張灰度圖像中集料的動態識別過程，重復步驟(2)～(3)直至完成所有N張掃描圖像；

(4)按照X-Ray?CT所掃描的混凝土試件尺寸，采用ABAQUS建立與該試件完全相同的宏觀有限元模型結構，以邊長為L的空間立方體單元劃分網格后導出模型的INP文件，該INP文件包含兩部分信息：網格單元結點編號與結點坐標，以及不同網格單元所對應的8個結點編號；

(5)采用MATLAB按照掃描順序批量讀取通過步驟(2)～(3)處理完成后的N張二值化圖像，生成僅包含數值0與1的三維矩陣，值為1的矩陣單元為集料，值為0的矩陣單元為膠漿與孔隙，三維矩陣單元尺寸l與灰度圖像像素尺寸相同，建立邊長為L的空間立方體網格，采用該網格劃分三維矩陣，L是l的整數倍，確定空間立方體網格中屬于集料的立方體及其8個結點數據；

所述步驟(5)中，采用MATLAB函數imread讀取N張二值化圖像文件并按照掃描順序排列生成僅包含數值0與1數據的三維矩陣，三維矩陣中矩陣單元P_t所代表的邊長l與灰度圖像像素大小相同，其中t＝1,2……T，T為所有二值化圖像所包含的像素數量，同樣構建尺寸為L的空間網格將該三維矩陣劃分為K部分，即K個尺寸為L的空間網格立方體單元E_q，其中q＝1,2……K，對每一個空間網格立方體單元E_q中所包含的尺寸為l的三維矩陣單元P_t進行判斷，L＞l，若數值為1的三維矩陣單元數量超過總數量的二分之一，則認為該空間網格立方體單元E_q為集料單元，記錄該集料單元的8個集料結點及相應集料結點坐標；

(6)讀取步驟(4)中INP文件的網格單元結點坐標數據，對步驟(5)中集料的空間立方體8個結點坐標進行遍歷匹配，確定INP文件中屬于集料的結點編號與坐標，根據所確定的INP文件集料結點編號，遍歷INP文件中不同網格單元所包含的8個結點，確定INP文件中屬于集料的網格單元集合，完成上述流程后，輸出明確集料結點與集料網格單元的INP文件；

所述步驟(6)中，首先提取INP文件中結點坐標，通過與步驟(5)所確定的屬于集料單元的E_q所包括的8個集料結點坐標進行比較，確定INP文件中屬于集料的結點編號；為明確位于集料表面的結點，遍歷每一個集料結點與所有非集料結點距離，若該距離等于空間網格尺寸L，則標記該集料結點為集料表面結點；提取INP文件中不同空間網格單元E_k所對應的8個結點編號，與上述確定的INP文件集料結點編號進行匹配，若E_k中所包含的8個結點編號均為集料結點編號，則確定空間網格單元E_k屬于集料網格單元；

(7)利用ABAQUS讀取明確集料結點與網格單元的INP文件，構建細觀結構的空間數值模型。

2.根據權利要求1所述的一種基于混凝土CT圖像像素特征的細觀結構重構方法，其特征在于：所述步驟(1)中，采用X-Ray?CT設備對混凝土試件進行掃描，獲取N張JPG或BMP格式的混凝土CT掃描彩色圖像，并以MATLAB按照掃描順序采用imread函數分別讀取彩色圖像。