[发明专利]一种基于图像的孔隙特征计算方法

说明书

本发明公开了一种基于图像的孔隙特征计算方法，涉及岩土体材料孔隙表征技术领域，具体为一种基于岩土体材料细微观图像进行计算孔隙尺寸分布情况用以表征孔隙结构的方法。本发明所提出的方法通过对由微观数字成像技术采集的图像(如扫描电子显微镜、计算机断层扫描技术等)进行分析测算，获取样本材料不同尺寸孔隙的分布情况，测算结果可用于后续工程应用或科学研究。实现所需代码结构简单，测算结果具有快速准确、可执性好的特点，测算结果可应用范围广泛。

技术领域

本发明属于数字图像信息提取领域，尤其涉及一种基于图像的孔隙特征计算方法。

背景技术

近年常用孔隙参数提取试验方法(MIP、NAI、NMR)难以测算到孤立未联通的孔隙，但这些孔隙在外力作用下可能重新与孔隙网络联通，同时相关操作会改变或破坏对微观孔隙结构；而其他基于数字图像(CT、SEM、FIB/SEM)以汞压入原理通过不同方法计算距离来获取孔隙特征参数，但有对孔隙几何定义模糊且由于数字图像自身的模糊性，现有基于图像的算法准确度低，同时处理大尺度三维图像时效率较低。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于图像的岩土体孔隙特征计算方法，准确高效地获取岩土体材料等的不同尺寸孔隙分布情况，测算结果合理可靠。其结果可用于描述表征岩土体孔隙结构，可用于推导求取渗透性、弹性模量等物理力学性质或孔隙结构三维重构工作。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于图像的孔隙特征计算方法，首先对孔隙几何定义重新界定，再使用由大至小不同尺寸最大球体(圆)对孔隙区域填充，最后计算填充区域的等效面积以获取目标材料的孔隙结构参数。具体包括如下步骤：

步骤1：获取目标材料的包含孔隙与骨架的微观二值图像，所述微观二值图像为通过数字成像技术获取的离散数字图像，识别骨架和孔隙各自区域；

步骤2：计算每个孔隙像素与最近骨架像素的距离，并将最近距离数值标记在其对应位置；使用以所计算出的距离中最大值所标记的位置为圆心，以该最大值为半径的球体对数字图像中的孔隙进行填充；

步骤3：若所用球体与骨架区域发生干涉，则在当前圆心不断缩减半径值来继续填充，直至所用球体与骨架不发生干涉；填充完毕后更新图像，将填充部分划归为骨架，孔隙未填充部分仍划归孔隙部分，并记录本次填充所用球体半径；

步骤4：重复步骤2～步骤3，直至所有孔隙均被填充，即此时全图为骨架；统计每次填充所用球体的不同半径及对应数量，获得目标材料的微观孔隙结构特征参数。

基于上述技术方案的优选方案，所述步骤1中，微观二值图像是通过数字图像处理软件Imagj对孔隙材料的细观图像中孔隙部分进行分割后得到的图像，即图像中只包含孔隙与骨架两部分。

基于上述技术方案的优选方案，所述步骤4中，统计填充过程所用不同半径球体及其数量，具体计算方法如下：

将所用球体按半径降序排列，序列首位为最大半径，得到半径数组{r_i|i＝1，2，...，n}，以及与半径数组每个元素对应的球体数量数组{k_i|i＝1，2，...，n}；其中r_i，k_i分别为第i个半径值和该半径球体的数量，n表示n种不同半径球体；

计算不同半径孔隙体积累积占比ψi，形成体积累加数组{ψ_i|i＝1，2，...，n}：

计算不同半径孔隙面积累积占比形成面积累加数细

根据图像分辨率对半径数组进行换算，即1个像素的长度换算为步骤1所获图像在单位长度上像素数目的倒数；将换算后的半径数组和体积、面积累加数组整合即得到目标材料孔隙特征参数。