[发明专利]一种基于真实金相图结构的晶粒有限元模型建模方法

权利要求书

1.一种基于真实金相图结构的晶粒有限元模型建模方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)采集真实材料的金相数字图像，经亮度调整和锐度增强预处理后，进行灰度处理、二值化和开运算，得到晶粒灰度二值图像；

(2)对晶粒灰度二值图像进行连通区识别，获得图像中所有的独立性区域，进行连通区域像素量的排序，以面积最大的连通区为目标连通区，得到晶粒晶界位置与形状图；根据晶粒晶界位置与形状图重绘晶粒晶界特征图；

(3)采用不破坏连通性的连续遍历，对重绘的晶粒晶界图像区域进行骨架提取，得到单像素宽度的晶界轮廓图，晶粒晶界图像转化为树形结构数据；

所述树形结构数据以单个晶粒为顶层层级，次级层级为决定单个晶粒形状的各个点的坐标，依先后顺序连接；

(4)对单像素宽度的晶界轮廓图进行多线段近似拟合；

所述多线段近似拟合的公式为：

以原图左下角像素点为原点，图像长方向为横坐标，宽方向为纵坐标，建立平面坐标系，图像中关键坐标点的关系为

式中，(x₀,y₀)、(x₁,y₁)为某曲线段两端端点坐标值，(X_j,Y_i)为该曲线上的关键点的坐标值，j、i表示为不同关键点的角标，b为两点确定直线函数里的常数量，c为拟合程度值；

(5)经多线段近似拟合的图形数据进行坐标转化，建立“点-线-面”晶粒模型得到多晶粒有限元模型；

所述坐标转化的公式为

其中X_i'、Y_i'为关键点进行坐标转化后的横纵坐标值，m为横轴偏移距离，n为纵轴偏移距离，x_i、y_i为坐标点转化前在原图中的横纵坐标值，h₁、w₁为原图像的长、宽值，h、w为转化后的有限元模型的长、宽值。

2.根据权利要求1所述基于真实金相图结构的晶粒有限元模型建模方法，其特征在于：步骤(1)中的二值化处理为在图像局部选区内，对图像像素点的灰度值进行高斯加权均值处理，得到的均值为该图像局部选区内的自适应阈值；然后，当像素点的灰度值大于该阈值时，取该像素点的灰度值为255；当像素点的灰度值小于该阈值时，取该像素点的灰度值为0。

3.根据权利要求1所述基于真实金相图结构的晶粒有限元模型建模方法，其特征在于：步骤(1)开运算的方法为：基于几何滤波器，对二值化的图依次进行腐蚀运算和膨胀运算，根据腐蚀强度与膨胀强度，建立二值化处理后图像中晶界断点的连接。

4.根据权利要求1所述基于真实金相图结构的晶粒有限元模型建模方法，其特征在于：多线段近似拟合的实施方法为：

(1)获取待拟合曲线两端点，根据两点生成直线函数，对该函数进行拟合程度值c单位长度的偏移，生成新的函数，在曲线上找出满足新函数的点，使用该点将曲线划分为两段；

(2)每段曲线分别作为新的待拟合曲线，返回步骤(1)进行迭代拟合；直至曲线上没有坐标点满足迭代函数，则确定出拟合关键点。