[發明專利]一種直接將圖像像素轉換成有限元單元的方法

在審

• 申請號: 202010217947.3
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111462838A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 劉旺玉;謝衛規;黨艷萍;吳霖
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G06F30/23;G06T17/20
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裴磊磊

1.一種直接將圖像像素轉換成有限元單元的方法，其特征在于，包括步驟：

采用掃描電子顯微鏡獲取研究對象的微觀圖像，并對圖像進行圖像處理以及進行不同相的劃分；

所述并對圖像進行圖像處理以及進行不同相的劃分的步驟中，包括：

通過Matlab編程平臺將SEM圖像讀取為RGB三維矩陣；

將SEM圖像從彩色RGB圖像格式轉換成灰度圖；

采用默認閾值將灰度圖轉換成二值圖，前景值為1，背景值為0；

采用形態學處理對二值圖進行優化；

將圖像的像素點矩陣坐標值轉換成二維空間坐標系的點坐標值；

所述將圖像的像素點矩陣坐標值轉換成二維空間坐標系的點坐標值的步驟中，坐標轉換公式為：

其中，(x₀,y₀)為大小為m×n的像素矩陣中某一個像素點(i,j)轉換到平面坐標系中的坐標值；

將每個像素點定義成一個有限單元并計算其相應的節點坐標，對每個單元與節點坐標分別進行編號；

所述將每個像素點定義成一個有限單元并計算其相應的節點坐標，對每個單元與節點坐標分別進行編號的步驟中，包括：

將每個像素點(i,j)轉換成一個平面矩形四節點單元，并且像素點坐標(x₀,y₀)直接作為單元左下角節點坐標；

每個單元包括4個節點，從左下角開始進行逆時針編號為1～4，以1個單位為節點間隔，則4個節點的坐標值表示為：

分別對單元與節點進行編號，并界定好每個單元對應的節點編號，即完成了圖像矩陣像素點坐標轉換成有限元單元節點坐標；

將有限元網格模型中每個單元的材料屬性根據其圖像像素顏色進行區分，并分別定義好相對應的單元屬性；

所述將網格模型中每個單元的材料屬性根據其圖像像素顏色進行區分，并分別定義好相對應的單元屬性的步驟中，包括：

在對SEM圖像的灰度圖進行圖像處理時，對不同材料的區域進行相的區分；

給不同材料的區域賦予不同顏色，分別獲取對應的二值圖，建立不同相的單元模型；

根據圖像中不同顏色對應的材料相對有限元網格模型進行不同材料屬性的定義；

建立特殊相以及各個邊界的單元和節點集。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，由于相鄰的像素點在轉換成相鄰單元時會出現節點共享的情況，且節點定義中需要避免重復定義，因此在計算某單元的節點坐標以及對單元與節點的歸屬關系進行界定時，需要優先判斷該單元相鄰單元的節點是否已完成定義。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，由于像素矩陣的掃描順序是從左上角像素點開始，并按照從左往右，從上往下的順序進行逐行掃描，因此節點定義的原則為：

基于掃描轉換順序，不管該單元的上鄰與左鄰是否已存在單元，右下角節點都未生成，優先根據像素點坐標值定義2號節點坐標值；

如果該單元上鄰已有定義單元，即該單元的3號和4號節點坐標可以分別直接提取上鄰單元的2號和1號節點坐標；

如果該單元左鄰也有已定義單元，則該單元的1號節點坐標直接提取左鄰單元的2號節點坐標；否則，則需要根據像素點坐標值定義1號節點的坐標值；

如果該單元上鄰沒有已定義單元，則需要根據像素點坐標值定義3號節點的坐標值；

如果左鄰有已定義單元，則該單元的1號和4號節點坐標可以分別直接提取上鄰單元的2號和3號節點坐標；否則，則需要根據像素點坐標值定義1、4號節點的坐標值。