[發(fā)明專利]一種沙顆粒磨圓度計(jì)算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110204437.7
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN112819810B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張中儉;陳建湟;林達(dá)明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/13;G06T7/136;G06T7/187
• 代理公司: 北京中知星原知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11868
• 代理人: 艾變開

本發(fā)明提供一種沙顆粒磨圓度計(jì)算方法，包括如下步驟：步驟100，對待測磨圓度的沙顆粒簇進(jìn)行顯微拍照，獲取沙顆粒的顯微圖像；步驟200，將獲得的顯微圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖，利用圖像分割技術(shù)從上述灰度圖中將不同沙顆粒區(qū)分開，然后轉(zhuǎn)為二值圖；步驟300，在所得到的二值圖中獲取沙顆粒輪廓像素，提取所有沙顆粒輪廓的像素坐標(biāo)，并剔除超出圖像邊界的沙顆粒；步驟400，對獲得的沙顆粒輪廓像素坐標(biāo)進(jìn)行離散幾何分析，計(jì)算得到沙顆粒的磨圓度參數(shù)。本發(fā)明提出的沙顆粒磨圓度計(jì)算方法，解決了以往評價(jià)結(jié)果受測試人主觀選擇的影響，能夠快速確定沙顆粒的磨圓度，計(jì)算結(jié)果客觀，準(zhǔn)確可信，并且還可以幫助數(shù)值模擬研究人員生成更真實(shí)的顆粒流模型。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及沙顆粒形狀量化領(lǐng)域，尤其涉及一種沙顆粒磨圓度計(jì)算方法。

背景技術(shù)

隨著離散元沙土數(shù)值分析的成熟，在模型中利用真實(shí)的顆粒幾何形狀也變得勢在必行。但是如何有效地確定真實(shí)土壤的顆粒形態(tài)是一個(gè)挑戰(zhàn)。磨圓度作為描述沙顆粒棱角尖鈍程度的參數(shù)，是一個(gè)非常重要的形態(tài)參數(shù)。

但是，傳統(tǒng)通過目測的方法根本無法得到各個(gè)參數(shù)的準(zhǔn)確結(jié)果，現(xiàn)有的磨圓度計(jì)算方法計(jì)算的穩(wěn)定性和快捷性也都較差，因此，亟需發(fā)明一種能夠快速準(zhǔn)確計(jì)算沙顆粒磨圓度的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種沙顆粒磨圓度計(jì)算方法，利用沙顆粒的顯微圖像，基于圖像處理技術(shù)，能夠快速確定沙顆粒的磨圓度，計(jì)算結(jié)果客觀，準(zhǔn)確可信，并且還可以幫助數(shù)值模擬研究人員生成更真實(shí)的顆粒流模型。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種沙顆粒磨圓度計(jì)算方法，包括如下步驟：

步驟100，對待測磨圓度的沙顆粒簇進(jìn)行顯微拍照，獲取沙顆粒的顯微圖像；

步驟200，將獲得的顯微圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖，利用圖像分割技術(shù)從上述灰度圖中將不同沙顆粒區(qū)分開，然后轉(zhuǎn)為二值圖；

步驟300，在所得到的二值圖中獲取沙顆粒輪廓像素，提取所有沙顆粒輪廓的像素坐標(biāo)，并剔除超出圖像邊界的沙顆粒；

步驟400，對獲得的沙顆粒輪廓像素坐標(biāo)進(jìn)行離散幾何分析，計(jì)算得到沙顆粒的磨圓度參數(shù)。

可選的，步驟200中，在區(qū)分不同沙顆粒時(shí)，先對沙顆粒進(jìn)行著色再進(jìn)行圖像分割。

可選的，步驟300中，在所得到的二值圖中獲取沙顆粒輪廓像素具體為：二值圖背景為黑色、顆粒為白色，逐個(gè)獲取圖像中白色連通域，遍歷每個(gè)連通域中每一個(gè)白色像素，當(dāng)該像素的上下左右相鄰像素存在黑色像素或該像素為圖像邊界時(shí)，判斷該像素為顆粒輪廓像素。

可選的，步驟400中，對于磨圓度的計(jì)算具體為：

1)利用沙顆粒輪廓像素坐標(biāo)計(jì)算該沙顆粒的最大內(nèi)切圓半徑R；

2)識別沙顆粒各個(gè)棱角，記錄棱角數(shù)量為N，利用最小二乘法依次擬合各個(gè)棱角圓，得到各個(gè)棱角的曲率半徑r_i；

3)根據(jù)公式(1)計(jì)算該沙顆粒的磨圓度∏：

式中，r_i表示顆粒棱角的曲率半徑，R表示顆粒的最大內(nèi)切圓半徑，N表示顆粒棱角數(shù)量。

可選的，沙顆粒棱角的識別包括棱角關(guān)鍵點(diǎn)識別，棱角關(guān)鍵點(diǎn)識別包括顆粒輪廓光滑處理，具體為：

第一步，將沙顆粒輪廓像素點(diǎn)依次連成線段，使之形成閉合圖形，此為沙顆粒原始輪廓；

第二步，將沙顆粒原始輪廓中各個(gè)線段取中點(diǎn)，并將各個(gè)線段的中點(diǎn)依次連成新的沙顆粒輪廓，此為循環(huán)1次的沙顆粒輪廓；