[發(fā)明專利]一種基于圖像處理的微米級(jí)河鲀表皮體刺輪廓建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910957108.2
• 申請(qǐng)日: 2019-10-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110930355B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮曉明;田桂中;劉晨慶;周宏根;賈長(zhǎng)峰;朱燁圣;范東亮;張耀升;崔杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06T7/62;G06T5/30;G06T5/00;G06T17/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于圖像處理的微米級(jí)河鲀表皮體刺輪廓建模方法，所述方法首先通過(guò)顯微技術(shù)獲取位于同一焦平面內(nèi)目標(biāo)樣本的顯微圖像，然后獲得樣本圖像的完整輪廓；借助軟件獲取輪廓圖像的CAD文件；通過(guò)CAD軟件重構(gòu)坐標(biāo)系并批量獲取輪廓樣條點(diǎn)；最后在MATLAB中實(shí)現(xiàn)輪廓曲線樣條點(diǎn)的擬合并獲得較高精度的樣本輪廓曲線數(shù)學(xué)表達(dá)式，從而建立三維模型。該方法僅需通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件即可實(shí)現(xiàn)微小樣件輪廓的數(shù)學(xué)模型獲取，操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，同時(shí)可根據(jù)結(jié)果進(jìn)行局部特征參數(shù)的提取，提高了建模效率及質(zhì)量，解決了現(xiàn)有技術(shù)中微小尺寸樣件建模精度較低的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物建模技術(shù)，具體涉及一種基于圖像處理的微米級(jí)河鲀表皮體刺輪廓建模方法。

背景技術(shù)

在仿生學(xué)中，通常需要提取生物表面微小結(jié)構(gòu)進(jìn)行特征分析，以建立減阻元模型應(yīng)用于飛機(jī)、船舶、泳衣等表面達(dá)到減阻的效果。以往因樣件過(guò)小建模困難而采取形態(tài)輪廓簡(jiǎn)化，忽略了眾多結(jié)構(gòu)特征、模型精度較低。因此，對(duì)微米級(jí)結(jié)構(gòu)的建模缺少一種操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)且能夠高精度獲取輪廓特征的建模方法。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于圖像處理的微米級(jí)河鲀表皮體刺輪廓建模方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中建模精度低、效率低的問(wèn)題。

技術(shù)方案：一種基于圖像處理的微米級(jí)河鲀表皮體刺輪廓建模方法，包括如下步驟：

(1)通過(guò)顯微鏡獲取輪廓位于同一焦平面的河鲀表皮體刺顯微圖像；

(2)通過(guò)Halcon軟件獲取顯微圖像中輪廓條線及其輪廓圖像；

(3)將輪廓圖像導(dǎo)入Photoshop中進(jìn)行去噪處理，并導(dǎo)出AI文件；再通過(guò)3DMax軟件將AI文件導(dǎo)出為CAD文件；

(4)在CAD軟件中處理轉(zhuǎn)化為CAD文件的曲線輪廓；

(5)使用MATLAB導(dǎo)入所有點(diǎn)的坐標(biāo)，以x為自變量，y為因變量進(jìn)行曲線擬合后建立河鲀表皮體刺模型。

進(jìn)一步的，步驟(1)中樣本置于液體，通過(guò)液面靜置的方式使樣本輪廓均位于同一焦平面內(nèi)，待測(cè)的樣本中心軸或?qū)ΨQ軸為水平線或垂直于水平線。

步驟(2)具體步驟如下：

(21)將原圖像轉(zhuǎn)換為RGB單通道圖像，選擇對(duì)比度最高的分量圖像進(jìn)行二值化處理，進(jìn)而獲得完整的圖像信息及清晰的目標(biāo)輪廓線條；

(22)將二值圖像中的空洞區(qū)域進(jìn)行填充，并采用腐蝕運(yùn)算消除邊緣毛體刺與干擾噪聲；

(23)邊緣連接存在小的縫隙，通過(guò)膨脹運(yùn)算實(shí)現(xiàn)輪廓的平滑過(guò)渡；

(24)通過(guò)圖像增強(qiáng)中的梯度銳化算子提高圖像信噪比，提取出微小結(jié)構(gòu)的真實(shí)邊緣，獲取到完整的河鲀表皮體刺輪廓線。

由于體刺尺寸微小，在顯微拍攝過(guò)程中無(wú)法控制其位置，需對(duì)體刺進(jìn)行坐標(biāo)系重建與統(tǒng)一；為保證數(shù)學(xué)模型的精確性，樣條點(diǎn)的提取應(yīng)避免人工操作帶來(lái)的誤差，使用CAD軟件能夠滿足要求且操作簡(jiǎn)便、功能穩(wěn)定。因此將輪廓圖像通過(guò)Photoshop軟件的工作路徑功能導(dǎo)出AI文件，經(jīng)過(guò)3Dmax軟件轉(zhuǎn)換為CAD文件。

步驟(4)具體包括如下步驟：

(41)對(duì)河鲀表皮體刺輪廓進(jìn)行坐標(biāo)系的重置：將表皮體刺兩邊切線交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，切線所成角的角平分線為Y軸，其過(guò)原點(diǎn)的垂直方向?yàn)閄軸，通過(guò)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系的統(tǒng)一；

(42)通過(guò)CAD軟件的樣條曲線功能對(duì)樣件輪廓密集取點(diǎn)；

(43)使用list功能批量獲取樣條曲線上所有點(diǎn)的坐標(biāo)。

通過(guò)所獲得的樣條點(diǎn)坐標(biāo)在MATLAB中進(jìn)行擬合，得到體刺的輪廓曲線數(shù)學(xué)模型和構(gòu)建傅里葉函數(shù)表達(dá)式。