[發明專利]一種基于圖像的孔隙特征計算方法

在審

• 申請號: 202011174808.3
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112435288A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 劉江峰;馬士佳;李曉昭;林遠健;張凱;黃炳稥
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學;徐州江恒能源科技有限公司
• 主分類號: G06T7/60
• 分類號: G06T7/60;G06T7/62;G06T7/11;G01N15/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 周科技

本發明公開了一種基于圖像的孔隙特征計算方法，涉及巖土體材料孔隙表征技術領域，具體為一種基于巖土體材料細微觀圖像進行計算孔隙尺寸分布情況用以表征孔隙結構的方法。本發明所提出的方法通過對由微觀數字成像技術采集的圖像(如掃描電子顯微鏡、計算機斷層掃描技術等)進行分析測算，獲取樣本材料不同尺寸孔隙的分布情況，測算結果可用于后續工程應用或科學研究。實現所需代碼結構簡單，測算結果具有快速準確、可執性好的特點，測算結果可應用范圍廣泛。

技術領域

本發明屬于數字圖像信息提取領域，尤其涉及一種基于圖像的孔隙特征計算方法。

背景技術

近年常用孔隙參數提取試驗方法(MIP、NAI、NMR)難以測算到孤立未聯通的孔隙，但這些孔隙在外力作用下可能重新與孔隙網絡聯通，同時相關操作會改變或破壞對微觀孔隙結構；而其他基于數字圖像(CT、SEM、FIB/SEM)以汞壓入原理通過不同方法計算距離來獲取孔隙特征參數，但有對孔隙幾何定義模糊且由于數字圖像自身的模糊性，現有基于圖像的算法準確度低，同時處理大尺度三維圖像時效率較低。

發明內容

發明目的：針對以上問題，本發明提出一種基于圖像的巖土體孔隙特征計算方法，準確高效地獲取巖土體材料等的不同尺寸孔隙分布情況，測算結果合理可靠。其結果可用于描述表征巖土體孔隙結構，可用于推導求取滲透性、彈性模量等物理力學性質或孔隙結構三維重構工作。

技術方案：為實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案是：一種基于圖像的孔隙特征計算方法，首先對孔隙幾何定義重新界定，再使用由大至小不同尺寸最大球體(圓)對孔隙區域填充，最后計算填充區域的等效面積以獲取目標材料的孔隙結構參數。具體包括如下步驟：

步驟1：獲取目標材料的包含孔隙與骨架的微觀二值圖像，所述微觀二值圖像為通過數字成像技術獲取的離散數字圖像，識別骨架和孔隙各自區域；

步驟2：計算每個孔隙像素與最近骨架像素的距離，并將最近距離數值標記在其對應位置；使用以所計算出的距離中最大值所標記的位置為圓心，以該最大值為半徑的球體對數字圖像中的孔隙進行填充；

步驟3：若所用球體與骨架區域發生干涉，則在當前圓心不斷縮減半徑值來繼續填充，直至所用球體與骨架不發生干涉；填充完畢后更新圖像，將填充部分劃歸為骨架，孔隙未填充部分仍劃歸孔隙部分，并記錄本次填充所用球體半徑；

步驟4：重復步驟2～步驟3，直至所有孔隙均被填充，即此時全圖為骨架；統計每次填充所用球體的不同半徑及對應數量，獲得目標材料的微觀孔隙結構特征參數。

基于上述技術方案的優選方案，所述步驟1中，微觀二值圖像是通過數字圖像處理軟件Imagj對孔隙材料的細觀圖像中孔隙部分進行分割后得到的圖像，即圖像中只包含孔隙與骨架兩部分。

基于上述技術方案的優選方案，所述步驟4中，統計填充過程所用不同半徑球體及其數量，具體計算方法如下：

將所用球體按半徑降序排列，序列首位為最大半徑，得到半徑數組{r_i|i＝1，2，...，n}，以及與半徑數組每個元素對應的球體數量數組{k_i|i＝1，2，...，n}；其中r_i，k_i分別為第i個半徑值和該半徑球體的數量，n表示n種不同半徑球體；

計算不同半徑孔隙體積累積占比ψi，形成體積累加數組{ψ_i|i＝1，2，...，n}：

計算不同半徑孔隙面積累積占比形成面積累加數細

根據圖像分辨率對半徑數組進行換算，即1個像素的長度換算為步驟1所獲圖像在單位長度上像素數目的倒數；將換算后的半徑數組和體積、面積累加數組整合即得到目標材料孔隙特征參數。