[发明专利]基于磨片装置的岩石细观结构三维重建系统及方法

说明书

一种基于磨片装置的岩石细观结构三维重建系统及方法。本发明通过对二维彩色图像使用线性空间滤波函数去噪；由RGB颜色空间转换为CIEXYZ颜色空间；采用阈值法对图像X、Y、Z三通道分别进行分割；对彩色图像进行直方图增强，再进行colorgrad边缘检测；对边分割后的图像和反边缘检测图像进行图像乘法；使用小波分析对彩色图像进行边缘检测；把分割好的图像导入MIMICS软件进行三维重构及材料参数赋值，再利用ABAQUS有限元程序进行实体转换。其有益效果是，岩石磨平面的二维彩色图像边缘检测更加精确，数字图像处理精确性高，可以区分颜色不同的矿物；图像采集质量及清晰度高；试验成本低，效率高。

技术领域

本发明涉及一种岩石细观结构的彩色图像三维重建方法，尤其是涉及一种基于磨片装置的岩石细观结构三维重建系统及方法。

背景技术

岩石内部存在着大量不规则分布的细观结构，例如：不同尺度的矿物颗粒、裂隙等。在外部载荷的作用下，岩石的宏观力学性能由岩石细观结构损伤演化所决定。目前，对岩石内部细观结构的研究方法主要有电镜扫描、核磁共振、CT扫描等，但上述方法都存在一定缺陷，如：电镜扫描对岩石总体情况反映能力不够完善；核磁共振对细节反映欠缺；而CT扫描虽然能准确定量展示岩石内部结构关系、物质组成及缺陷状况而被许多研究者应用，但基于CT图像的岩石细观结构三维重构，图像会受到噪声和伪影影响，重构过程中利用灰度图像二值化处理，一定程度上会影响重构结果的精度和信息；另外仪器占地面积大、成本高也成为研究岩石力学性能的一大阻碍。

发明内容

为了克服现有岩石内部细观结构的研究过程中存在以上不足，本发明提供一种基于磨片装置的岩石细观结构三维重建系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于磨片装置的岩石细观结构三维重建方法，步骤如下：

A、对二维彩色图像使用线性空间滤波函数去噪；

B、由RGB颜色空间转换为CIEXYZ颜色空间；

C、采用阈值法对图像X、Y、Z三通道分别进行分割；

D、对步骤B中的彩色图像进行直方图增强，再进行colorgrad边缘检测；

对边缘检测结果进行非线性全局拉伸以增加对比度，得到边缘检测结果；使用imcomplement方法得到取反边缘检测结果，进行二值化，得到取反边缘检测结果二值化图像；

E、对步骤C中分割后的图像和步骤D中取反边缘检测图像进行图像乘法；

F、使用小波分析对彩色图像进行边缘检测，在两种边缘检测结果中选取边缘检测效果相比较更好的；

G、把分割好的图像导入MIMICS软件进行三维重构及材料参数赋值，再利用ABAQUS有限元程序进行实体转换。

一种为三维重建方法提供岩石磨片的实验装置，包括水平工作台、导轨、计算机，导轨为直线形滑动导轨，导轨固定安装在水平工作台上，所述岩石磨片实验装置还包括升降台、磨片装置、清洗烘干设备、图像采集设备，所述升降台设置在导轨上，沿所述导轨水平滑动。

所述升降台安装有夹具，夹具伸出升降台的一端固定夹持岩石试件，岩石试件的磨平面朝下且与水平面平行；升降台设置有垂直的丝杆，丝杆旋转带动夹具沿其上下移动。

在所述导轨的外侧，依次设置有磨片装置、清洗烘干设备、图像采集设备，所述导轨上设置有位置传感器分别对应所述磨片装置、清洗烘干设备、图像采集设备，当所述升降台到达相应位置时，位置传感器将发出到达信号。

所述夹具夹持岩石试件随升降台沿轨道水平直线运动和沿升降台的丝杆上下移动，将岩石试件送至磨片装置进行磨平，送至清洗烘干设备对岩石磨平面进行清洗、烘干，送至图像采集设备采集图像。