[发明专利]测量颗粒材料线分形维数的图像分析仪及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及颗粒材料检测技术领域，具体说是一种测量颗粒材料二维图像轮廓线分形维数的测量颗粒材料线分形维数的图像分析仪及其方法。

背景技术

分形是部分与整体以某种方式相似的形体。分形维数（又称分数维）在表征不规则形状和传统方法难以表征的材料性质（如颗粒的团聚、针状材料和片状材料）方面正在发挥越来越重要的作用。大量实验结果表明：颗粒材料二维图像轮廓满足统计自相似，属于无规分形。

目前，颗粒材料（特别是粉体材料）二维图像轮廓分形维数定义方法大多采用改变粗视化程度求维数的方法如：码尺法、盒维数法。其共同点是：1）分形满足幂律，且幂指数与分形维数的关系是线性关系，其中码尺法为：                                               ，盒维数法为：；2)通过线性回归分析计算得到相近材料分形维数的结果波动很大；3）图像分析仪只能获得颗粒材料的二维图像及其他表征量结果，不能对二维图像轮廓进行计算与分析从而得到线分形维数。

现有的图像分析仪仅能获得颗粒材料二维图像数据，在对二维图像数据进行处理之后，应用上述幂指数与分形维数关系回归分析才能得到的颗粒材料的线分维数，而且回归分析系数相对较低、无法直接读取分形维数结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量颗粒材料二维图像轮廓线的测量颗粒材料线分形维数的图像分析仪及其方法。

本发明的技术方案是：光学显微镜与摄像机和数字照相机连接，摄像机上设置有图像采集卡，摄像机和数字照相机与数据处理系统连接；所述摄像机镜头内设置有光源；

所述数据处理系统包括原测控软件模块、颗粒图像处理模块和线分形维数计算模块；所述颗粒图像处理模块包括：

颗粒图像数据接收单元，用于接收一次图像处理结果；

颗粒图像二次处理单元，用于对一次图像处理结果进行筛选及二次处理，按顺序储存；

所述线分形维数计算模块包括：

单颗粒图像最大弦直径计算单元，用于计算每个二次处理后颗粒图像的最大弦直径，按顺序储存；

单颗粒图像线分形维数计算单元，用于计算每个颗粒图像的线分形维数，按顺序储存；

颗粒群线分形维数计算单元，用于计算颗粒群的线分形维数；

线分形维数储存和/或发送单元，用于储存和/或发送颗粒群线分形维数值。

测量颗粒材料线分形维数的方法，采用下列步骤：

1)、将颗粒材料图像二次处理程序及线分形维数计算程序按顺序储存导入数据处理系统的程序储存器中；

2)、启动该计算机系统，CPU对通过光学显微镜获取并经过测控模块一次处理的颗粒材料二维图像数据进行读取，并选择指令、执行操作；

在选择分析指令时，执行颗粒图像处理程序，对一次处理后的颗粒材料二值化图片进行数学形态化运算，获得单颗粒图像轮廓坐标；

在选择储存指令时，对单颗粒图像轮廓坐标按顺序储存。

3)、使用经过二次处理的单颗粒图像轮廓坐标数据进行建模：建模计算公式如下：

，，所述是一个维的颗粒图像轮廓坐标矩阵，且，；将结果储存到数据处理系统的存储器中；其次是选取步长和计算； 

4）、使用经过归一化处理的数据进行建模，建模计算公式如下：

，其中：是单颗粒材料二维图像轮廓线分形维数，为幂指数；对上述关系两边取对数得：；

采用最小二乘法回归分析计算幂指数；

5）将幂指数导入根据单颗粒材料二维图像轮廓分形理论模型得出的幂指数与线分形维数的关系式；，即：，计算单颗粒材料二维图像轮廓的线分形维数；

6）、对每个经过二次处理后的颗粒图像轮廓坐标，重复步骤3）、步骤4）和步骤5），逐一计算单颗粒材料二维图像轮廓的线分形维数，按顺序储存；

7）、计算颗粒群线分形维数平均值，；即颗粒材料线分形维数。

光学显微镜带有至少两组成像系统，一组设置在竖直与台座的位置，另一组设置在其水平偏转+60^o的位置上.