[发明专利]土石混合体三维细观结构重建与分析方法及系统

权利要求书

1.一种土石混合体三维细观结构重建与分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

制备土石混合体试样；

对所述土石混合体试样进行CT扫描以得到所述土石混合体试样的CT断层图像序列；

获取所述CT断层图像序列中每一张CT断层图像中的块石断面区域，并对所述块石断面区域进行分割以得到多个独立的块石断面；

对所述每一张CT断层图像中的多个独立的块石断面进行配准，并根据配准结果生成块石的三维细观结构模型，进一步包括：

依次对每一张CT断层图像上的所有块石断面的边界进行识别与编号，并计算每个块石断面的几何特征指标；

对所有CT断层图像上的块石断面的边界进行配准以得到所述配准结果，所述配准的步骤包括：将获得的相邻CT断层图像切片内的分块标注的每个块石断面边界信息，根据其形态特性及空间位置进行匹配识别，得到构成每个块石的所有CT切片上的块石断面边界；

根据所述块石断面的几何特征指标和所述配准结果生成块石的三维细观结构模型，生成所述三维细观结构模型的步骤包括：根据匹配后的块石断面信息，构建表征每个块石表面的三角网格，建立土石混合体试样内部所有块石的三维模型；

以及

对所述块石的三维细观结构模型进行分析以确定所述土石混合体试样的含石量、粒度分布、块石空间分布、块石几何特性和块石形态特性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，通过有机玻璃制样筒制备所述土石混合体试样，通过CT扫描机对所述土石混合体试样进行扫描。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取CT断层图像序列中每一张CT断层图像中的块石断面区域，并对所述块石断面区域进行分割以得到多个独立的块石断面，进一步包括：

对所述CT断层图像序列中每一张CT断层图像进行滤波去噪；

对滤波去噪后的每一张CT断层图像进行二值化处理以确定所述块石断面区域和土体区域；

通过腐蚀和膨胀的图像形态学运算对所述块石断面区域进行分割以得到多个独立的块石断面。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述对块石的三维细观结构模型进行分析以确定土石混合体试样的含石量、粒度分布、块石空间分布、块石几何特性和块石形态特性，进一步包括：

对块石的三维细观结构模型进行渲染和展示，以根据渲染和展示结果确定所述土石混合体试样的含石量、粒度分布、块石空间分布、块石几何特性和块石形态特性。

5.一种土石混合体三维细观结构重建与分析系统，其特征在于，包括：

土石混合体试样制备装置，用于制备土石混合体试样；

CT断层图像扫描装置，用于对所述土石混合体试样进行CT扫描以得到所述土石混合体试样的CT断层图像序列；

三维模型重建模块，用于获取所述CT断层图像序列中每一张CT断层图像中的块石断面区域，并对所述块石断面区域进行分割以得到多个独立的块石断面，所述三维模型重建模块还用于：

依次对每一张CT断层图像上的所有块石断面的边界进行识别与编号，并计算每个块石断面的几何特征指标；

对所有CT断层图像上的块石断面的边界进行配准以得到所述配准结果，所述配准的步骤包括：将获得的相邻CT断层图像切片内的分块标注的每个块石断面边界信息，根据其形态特性及空间位置进行匹配识别，得到构成每个块石的所有CT切片上的块石断面边界；

根据所述块石断面的几何特征指标和所述配准结果生成块石的三维细观结构模型，生成所述三维细观结构模型的步骤包括：根据匹配后的块石断面信息，构建表征每个块石表面的三角网格，建立土石混合体试样内部所有块石的三维模型；

以及

三维细观结构信息统计分析模块，用于对所述块石的三维细观结构模型进行分析以确定所述土石混合体试样的含石量、粒度分布、块石空间分布、块石几何特性和块石形态特性。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，其中，所述土石混合体试样制备装置为有机玻璃制样筒，所述CT断层图像扫描装置为CT扫描机。