[發(fā)明專利]一種巖土體孔裂隙結(jié)構(gòu)多尺度表征方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011021471.2
• 申請(qǐng)日: 2020-09-25
• 公開（公告）號(hào): CN112132965A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉江峰;王陽光;浦海;黃炳香;陳旭;李震;倪宏陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/05
• 分類號(hào): G06T17/05;G06T7/136;G01N15/08
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運(yùn)紅

本發(fā)明公開了一種巖土體孔裂隙結(jié)構(gòu)多尺度表征方法，包括：(1)獲取不同尺度的巖土體孔裂隙結(jié)構(gòu)圖像；(2)對(duì)所述中圖像分別進(jìn)行預(yù)處理；(3)對(duì)經(jīng)過預(yù)處理之后的圖像進(jìn)行閾值分割及二值化；(4)對(duì)所述閾值分割及二值化后的低分辨率圖像進(jìn)行三維數(shù)字模型重構(gòu)，并進(jìn)行細(xì)化處理后，使第一細(xì)化組合體素單元的分辨率和目標(biāo)分辨率相同；(5)對(duì)所述閾值分割及二值化后的高分辨率圖像進(jìn)行粗化處理，并進(jìn)行三維數(shù)字模型重構(gòu)，使第二粗化組合體素單元的分辨率和目標(biāo)分辨率相同；(6)對(duì)所述第一細(xì)化組合體素單元和第二粗化組合體素單元進(jìn)行布爾疊加運(yùn)算。本發(fā)明獲得的多尺度三維圖像具有較大的物理尺寸和較高的像素點(diǎn)分辨率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種巖土體孔裂隙結(jié)構(gòu)多尺度表征方法。

背景技術(shù)

諸多多孔介質(zhì)材料，其內(nèi)部往往分布有低至納米-高至毫米等各種不同尺度的孔裂隙。利用計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)(CT)、聚焦離子束/電子束雙束顯微成像技術(shù)(FIB/SEM)和模擬退火算法(SAA)的數(shù)值計(jì)算重構(gòu)技術(shù)所獲得的試樣內(nèi)部不同分辨率的三維孔裂隙結(jié)構(gòu)模型，其內(nèi)部包含從納米尺度到微米尺度的孔裂隙，孔裂隙尺寸分布十分廣泛。

目前的孔裂隙結(jié)構(gòu)三維數(shù)字模型重構(gòu)方法，無論是物理掃描重構(gòu)法，還是數(shù)值模擬合成法，大多數(shù)方法均無法對(duì)試樣內(nèi)部的多尺度孔裂隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面準(zhǔn)確的表征。現(xiàn)階段，造成上述問題的主要原因是成像技術(shù)條件的限制，即掃描成像前需要在試樣分辨率和試樣掃描區(qū)域兩者間進(jìn)行權(quán)衡：較高分辨率對(duì)應(yīng)于較小掃描區(qū)域；較大掃描區(qū)域只能選擇較低的分辨率。

對(duì)于基于數(shù)字圖像法的多孔介質(zhì)材料性質(zhì)研究，不應(yīng)只選擇其中某一尺度進(jìn)行孤立分析，應(yīng)將不同尺度下的孔裂隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行融合和疊加，而如何將不同尺度下的孔裂隙結(jié)構(gòu)融合和疊加，是目前亟需解決的一個(gè)技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)如何將不同尺度下的孔裂隙結(jié)構(gòu)融合和疊加問題，本發(fā)明提出一種巖土體孔裂隙結(jié)構(gòu)多尺度表征方法。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同尺度下的孔裂隙結(jié)構(gòu)融合和疊加的問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種巖土體孔裂隙結(jié)構(gòu)多尺度表征方法，所述巖土體孔裂隙結(jié)構(gòu)多尺度表征方法包括：

(1)獲取不同尺度的巖土體孔裂隙結(jié)構(gòu)圖像，所述不同尺度得巖土體孔裂隙結(jié)構(gòu)圖像包括高分辨率圖像和低分辨率圖像；

(2)對(duì)所述高分辨率圖像和低分辨率圖像分別進(jìn)行預(yù)處理；

(3)對(duì)經(jīng)過所述預(yù)處理之后的高分辨率圖像和低分辨率圖像進(jìn)行閾值分割及二值化；

(4)對(duì)所述閾值分割及二值化后的低分辨率圖像進(jìn)行三維數(shù)字模型重構(gòu)，獲取低分辨率圖像的第一組合體素單元，對(duì)所述第一組合體素單元進(jìn)行細(xì)化處理后，獲取第一細(xì)化組合體素單元，所述第一細(xì)化組合體素單元的分辨率和目標(biāo)分辨率相同；

(5)對(duì)所述閾值分割及二值化后的高分辨率圖像進(jìn)行粗化處理，對(duì)粗化處理后的所述高分辨率圖像進(jìn)行三維數(shù)字模型重構(gòu)，得高分辨率圖像的第二粗化組合體素單元，所述第二粗化組合體素單元的分辨率和目標(biāo)分辨率相同；

(6)對(duì)所述第一細(xì)化組合體素單元和第二粗化組合體素單元進(jìn)行布爾疊加運(yùn)算，得多尺度三維圖像。

更進(jìn)一步地講，所述獲取不同尺度的巖土體孔裂隙結(jié)構(gòu)圖像的方式包括但不限于CT掃描成像、FIB/SEM掃描成像和SEM掃描成像。

更進(jìn)一步地講，所述預(yù)處理包括降噪處理、亮度調(diào)整和對(duì)比度調(diào)整中的至少一種。

更進(jìn)一步地講，對(duì)所述步驟(2)中預(yù)處理后的圖像進(jìn)行二值化處理后，其中白色為孔裂隙結(jié)構(gòu)，黑色為基質(zhì)結(jié)構(gòu)。

更進(jìn)一步地講，采用模擬退火算法對(duì)所述步驟(4)和所述步驟(5)中的低分辨率圖像和高分辨率圖像進(jìn)行三維數(shù)字模型重構(gòu)。