[发明专利]基于共焦显微镜观测数据的矿物表面粗糙度数值计算方法

权利要求书

1.一种基于共焦显微镜观测数据的矿物表面粗糙度数值计算方法，其特征在于采用以下具体步骤：

⑴输入共焦显微镜观测的岩矿石的表面结构数据及基准样品的观测标准值；

⑵对表面结构数据进行预处理，分别利用自适应中值滤波压制和去除表面结构数据中的噪声干扰，局部位置的噪声干扰强，则选择的滤波窗口也大、局部位置的噪声干扰弱，则滤波窗口小；

利用最小二乘曲面方程拟合表面结构数据的基准中线，得到预处理后的表面结构数据；所用曲面方程为以下形式：

其中，a为曲面方程系数，M为曲面方程的最大阶数，C(x,y)表示拟合得到的高阶曲面方程，作为表面结构数据的基准中线，得到的预处理后的表面结构数据D_p(x,y)为：

D_p(x,y)＝D(x,y)-C(x,y)；

⑶利用希尔伯特-黄变换对预处理后的表面结构数据进行多尺度分解，得到小尺度的粗糙度数据，具体算法如下：

利用希尔伯特-黄变换的经验模态分解(EMD)方法，将数据D_p(x,y)迭代分解为若干个不同中心频率的窄带信号分量，即固有模态函数(IMF)，分解过程中得到的固有模态函数的中心频率从高至低顺序排列，使数据D_p(x,y)表示为这些尺度从小到大的信号分量(IMF)的线性组合：

其中，N为经验模态分解的次数，R(x,y)为经验模态分解后的残差信号分量；

从上述不同尺度的信号分量系列中，分离出小尺度的粗糙度数据D_R(x,y)为：

其中，R为小尺度固有模态函数的个数；

⑷利用粗糙度数据计算岩矿石表面粗糙度，利用希尔伯特变换，将粗糙度数据D_R(x,y)变换为虚部形式两者可构成复数形式的粗糙度数据

则粗糙度数据的空间振幅为：

粗糙度数据的在x,y方向的空间波数分别为

将粗糙度数据的空间振幅与空间波数相结合，定义岩矿石表面粗糙度为

R(x,y)＝bA(x,y)F(x,y)

其中，b为共焦显微镜表面粗糙度基准校正因子，可通过标准样的实验测试过程确定；由此，通过计算上式，可以定量获得岩矿石表面粗糙度参数；

⑸利用数据成图软件，将岩矿石表面粗糙度数据转化成剖面图像或进行可视化显示，用于岩矿石的矿物物相分析与解释。

2.根据权利要求1所述的一种基于共焦显微镜观测数据的矿物表面粗糙度数值计算方法，其特征在于：使用了自适应中值滤波方法进行数据预处理，它能根据表面结构数据中的局部噪声强度自适应地调节滤波窗口的大小，使该预处理能在尽量减少噪声干扰的同时，尽量保留表面结构数据中的有效信息，改善了表面结构数据的信噪比和质量。

3.根据权利要求1所述的一种基于共焦显微镜观测数据的矿物表面粗糙度数值计算方法，其特征在于：采用了高阶多次曲面方程构建的最小二乘目标函数，拟合岩矿石表面结构数据中包含的基准曲面，使处理后的表面结构数据去除了基准曲面中线值的影响，有利于该数据进行多尺度分解和粗糙度数据的分离。

4.根据权利要求1所述的一种基于共焦显微镜观测数据的矿物表面粗糙度数值计算方法，其特征在于：对不同尺度的表面特征参数，包括波纹度和形状误差进行分离后，利用小尺度固有模态函数建立了粗糙度数据D_R(x,y)，用于定量计算岩矿石表面粗糙度。

5.根据权利要求1所述的一种基于共焦显微镜观测数据的矿物表面粗糙度数值计算方法，其特征在于：建立了岩矿石表面粗糙度的数值计算方法和公式，它考虑了表面结构数据在时频域中的局部空间振幅和空间波数与表面粗糙度之间的对应关系，利用了局部空间振幅与空间波数的共同作用和贡献，使表面粗糙度特征参数能直接和定量地反映岩矿石表面的粗糙程度。