[發明專利]一種巖石節理面幾何形貌頻譜分析與重建方法

有效

• 申請號: 202011203436.2
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112329595B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 趙煉恒;黃棟梁;祝志恒;李亮;金昶睿;張帥浩;劉樂
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06V20/64
• 分類號: G06V20/64;G06T7/42;G06T15/04
• 代理公司: 長沙歐諾專利代理事務所(普通合伙) 43234
• 代理人: 歐穎;張文君

1.一種巖石節理面幾何形貌頻譜分析與重建方法，其特征在于，所述巖石節理面幾何形貌頻譜分析與重建方法包括以下步驟：

步驟一，對巖石節理面的點云數據進行重新采樣得到格柵數據，即離散時域信號；

步驟二，使用離散余弦變換算法將離散時域信號轉換為離散頻譜，并統計分析每個頻譜分量的分布特征；

步驟三，根據分布特征進行擬合，得到各頻譜分量的經驗關系，且將頻譜的歸一化幅值定義為描述因子，所述經驗關系中包含了待定系數，基于大量樣本頻譜的統計求解出待定系數；

步驟四，在分段頻譜控制的基礎上，調整特定頻譜分量的歸一化幅值，代入待定系數，利用離散余弦逆變換算法即可完成巖石節理面幾何形貌的重建；

步驟二和步驟四中，通過頻譜矩陣的歸一化策略改寫二維余弦正變換和逆變換的公式，改寫后的二維余弦正變換和逆變換公式即離散余弦變換算法和離散余弦逆變換算法，包含下列信息：

1)用于頻譜矩陣歸一化的因子z₀：

2)改寫后的二維余弦正變換公式及歸一化后的頻譜矩陣D：

3)改寫后的二維余弦逆變換公式：

式中，z[x,y]是時域信號，D[u,v]是頻域信號(時域信號的長度與頻域信號的長度相同)；N是每個維度上的信號長度，信號是包含N×N個離散點的方陣；z₀是[z]的平均值；x＝1,2,…,N-1且y＝1,2,…,N-1。

2.根據權利要求1所述的巖石節理面幾何形貌頻譜分析與重建方法，其特征在于，所述巖石節理面幾何形貌頻譜分析與重建方法還包括在步驟一之前，使用攝影測量技術采集野外巖石節理表面，獲得點云數據。

3.根據權利要求1所述的巖石節理面幾何形貌頻譜分析與重建方法，其特征在于，所述步驟二中，將離散時域信號轉換為離散頻譜的過程如下：首先通過用于頻譜矩陣歸一化的因子z₀和改寫后的二維余弦正變換公式及歸一化后的頻譜矩陣D將離散時域信號分解為從低頻到高頻分布的N×N個余弦面波，并且每個面波都與節理面的大小一致；然后通過提取每個余弦面波的幅值并將它們排列成矩陣形式就形成頻譜[D]。

4.根據權利要求3所述的巖石節理面幾何形貌頻譜分析與重建方法，其特征在于，所述步驟二中，擬合過程假設頻譜中相同水平的元素具有相等的值，并定義了從頻譜左上角到右下角排列的描述因子D₀,D₁,D₂,D₃,…,D₈,…,D_N-1；擬合函數如下：

式中，α和β是擬合中待定的系數，其中α∈[-2,0)，而β∈[-2,0)；擬合模型中D₀＝1是頻譜矩陣歸一化的結果。

5.根據權利要求4所述的巖石節理面幾何形貌頻譜分析與重建方法，其特征在于，所述擬合函數的分段特征將頻譜分為三個部分，第一部分是D₂；第二部分是D₃,D₄,…,D₇，由D₃主導；第三部分是D₈,D₉,…,D_N-1，由D₈主導。

6.根據權利要求1所述的巖石節理面幾何形貌頻譜分析與重建方法，其特征在于，新頻譜矩陣的重建公式如下：

式中，D′[u，v]＝|D[u，v]|，即D′[u，v]為頻譜矩陣[D]的絕對值分量，即為完全由-1和1組成的符號矩陣；

巖石節理面重建的計算公式如下：

7.根據權利要求1所述的巖石節理面幾何形貌頻譜分析與重建方法，其特征在于，所述格柵數據的網格節點在顯示上包含了RGB三個通道顏色的色彩空間，能夠呈現巖石節理面的彩色紋理。