[發明專利]一種基于真實金相圖結構的晶粒有限元模型建模方法

有效

• 申請號: 202110017737.4
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112712860B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 詹肇麟;衛書超;張帆;史東進
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G06F30/23;G06T5/00;G06T5/30;G06T7/187;G06F119/02
• 代理公司: 天津煜博知識產權代理事務所(普通合伙) 12246
• 代理人: 朱維

1.一種基于真實金相圖結構的晶粒有限元模型建模方法，其特征在于，具體步驟如下：

(1)采集真實材料的金相數字圖像，經亮度調整和銳度增強預處理后，進行灰度處理、二值化和開運算，得到晶粒灰度二值圖像；

(2)對晶粒灰度二值圖像進行連通區識別，獲得圖像中所有的獨立性區域，進行連通區域像素量的排序，以面積最大的連通區為目標連通區，得到晶粒晶界位置與形狀圖；根據晶粒晶界位置與形狀圖重繪晶粒晶界特征圖；

(3)采用不破壞連通性的連續遍歷，對重繪的晶粒晶界圖像區域進行骨架提取，得到單像素寬度的晶界輪廓圖，晶粒晶界圖像轉化為樹形結構數據；

所述樹形結構數據以單個晶粒為頂層層級，次級層級為決定單個晶粒形狀的各個點的坐標，依先后順序連接；

(4)對單像素寬度的晶界輪廓圖進行多線段近似擬合；

所述多線段近似擬合的公式為：

以原圖左下角像素點為原點，圖像長方向為橫坐標，寬方向為縱坐標，建立平面坐標系，圖像中關鍵坐標點的關系為

式中，(x₀,y₀)、(x₁,y₁)為某曲線段兩端端點坐標值，(X_j,Y_i)為該曲線上的關鍵點的坐標值，j、i表示為不同關鍵點的角標，b為兩點確定直線函數里的常數量，c為擬合程度值；

(5)經多線段近似擬合的圖形數據進行坐標轉化，建立“點-線-面”晶粒模型得到多晶粒有限元模型；

所述坐標轉化的公式為

其中X_i'、Y_i'為關鍵點進行坐標轉化后的橫縱坐標值，m為橫軸偏移距離，n為縱軸偏移距離，x_i、y_i為坐標點轉化前在原圖中的橫縱坐標值，h₁、w₁為原圖像的長、寬值，h、w為轉化后的有限元模型的長、寬值。

2.根據權利要求1所述基于真實金相圖結構的晶粒有限元模型建模方法，其特征在于：步驟(1)中的二值化處理為在圖像局部選區內，對圖像像素點的灰度值進行高斯加權均值處理，得到的均值為該圖像局部選區內的自適應閾值；然后，當像素點的灰度值大于該閾值時，取該像素點的灰度值為255；當像素點的灰度值小于該閾值時，取該像素點的灰度值為0。

3.根據權利要求1所述基于真實金相圖結構的晶粒有限元模型建模方法，其特征在于：步驟(1)開運算的方法為：基于幾何濾波器，對二值化的圖依次進行腐蝕運算和膨脹運算，根據腐蝕強度與膨脹強度，建立二值化處理后圖像中晶界斷點的連接。

4.根據權利要求1所述基于真實金相圖結構的晶粒有限元模型建模方法，其特征在于：多線段近似擬合的實施方法為：

(1)獲取待擬合曲線兩端點，根據兩點生成直線函數，對該函數進行擬合程度值c單位長度的偏移，生成新的函數，在曲線上找出滿足新函數的點，使用該點將曲線劃分為兩段；

(2)每段曲線分別作為新的待擬合曲線，返回步驟(1)進行迭代擬合；直至曲線上沒有坐標點滿足迭代函數，則確定出擬合關鍵點。