[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

说明书

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是矿物学、岩石学和矿床学等地质科学中岩矿石的显微镜观测数据的处理与分析技术，它实现了岩矿石表面粗糙度参数的定量计算。首先是在共焦显微镜观测的岩矿石表面结构数据的基础上，利用自适应中值滤波和曲面方程拟合对数据进行预处理，再利用希尔伯特‑黄变换对数据进行多尺度分解，并分离出粗糙度数据分量，然后计算岩矿石的表面粗糙度参数，用于矿物鉴定、成矿的物理化学条件和矿物成因分析，为地质找矿勘探提供指导。

技术领域

本发明涉及矿物学、岩石学和矿床学等地质科学中岩矿石的显微镜鉴定和分析领域，是一种在岩矿石共焦显微镜观测数据的基础上，利用现代信号处理和数值计算方法，获得岩矿石表面粗糙度参数，用于矿物鉴定、分析成矿的物理化学条件和矿物成因，为地质找矿勘探提供指导的技术。

背景技术

在岩矿石的矿物物相分析中，矿物表面粗糙度及其在空间上存在的方向性、周期性等特征是推断矿物类型及其形成的地质地球化学过程的重要线索。表面粗糙度是描述物体表面纹理结构和微观形貌，反映表面光滑程度的重要参数，常在机械加工领域用于反映机械零件表面的微观几何形态误差、分析工件的加工工艺质量和精度。表面特征参数可根据波长或尺度分为3个层次的特征分量，从小到大分别为粗糙度、波纹度和形状误差。在表面粗糙度的测量方面，通常有比较法、触针法、光切法、干涉法等(Detrio和Miner，1985；美国测试与材料学会，1990；Leonard，1990；Bennett和Mattsson，1999；Kadkhoda等，2000；刘斌等，2004)。在表面粗糙度观测数据的数值分析方面，利用傅里叶分析(Stone和Dugundji，1965；Cuthbert和Huynh，1992；Cuthbert和Huynh，1992；Zhou和Zhang，2002；El-Nicklawy等，2007)和小波分析法(Josso等，2002；胡健闻等，2004；Yuan等，2005；李海燕等，2009；MohamadHani等，2011)计算表面粗糙度特征参数。

共焦显微镜是上世纪八十年代发展起来的一种新的测试仪器，是一种利用逐点照明和空间针孔调制来去除样品非焦点平面的散射光的光学成像手段，相比于传统成像方法可以提高光学分辨率和视觉对比度，可实现对物体表面的三维结构扫描(Lange等，1993；Yuan等，2005)。因此，在岩矿石的矿物物相分析中，共焦显微镜为研究岩矿石表面结构提供了一种先进的手段。

共焦显微镜观测岩矿石获得的表面结构数据，还不能直观和定量地反映岩矿石的表面粗糙度等特征参数，需要通过对数据进行处理，压制和去除数据中的噪声干扰、分离出波纹度和形状误差等，并定量计算表面粗糙度，从而用于鉴定矿物、分析成矿的物理化学条件和矿物成因，指导地质找矿勘探工作。因此，基于共焦显微镜观测数据的矿物表面粗糙度数值计算是岩矿石的矿物物相分析重要的基础工作。

发明内容

本发明是要提供一种在岩矿石共焦显微镜观测数据的基础上，利用现代信号处理和数值计算方法，获得岩矿石表面粗糙度参数，以用于矿物鉴定、成矿的物理化学条件和矿物成因分析，为地质找矿勘探提供指导的技术。

本发明的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，首先对共焦显微镜观测数据采用自适应中值滤波进行预处理，去除数据中各类噪声的干扰，提高了观测数据的信噪比，使最终计算结果能准确可靠地反映岩矿石表面粗糙度信息。

本发明的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，采用希尔伯特-黄变换对共焦显微镜观测数据进行多尺度信号分解，使观测的岩矿石表面结构数据按照尺度由小到大分离为粗糙度、波纹度和形状误差3个数据分量。

本发明的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，利用粗糙度数据在时频域的本质特征和变化规律，构建了表面粗糙度的数值计算公式，从而可以准确可靠地定量获得岩矿石表面粗糙度特征参数，用于岩矿石的矿物物相分析。

本发明的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，具有如下优越性：