[发明专利]基于多重分形谱的裂纹特征表征方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于多重分形谱的裂纹特征表征方法及系统，方法包括获取裂纹图像，对裂纹图像进行预处理，得到预处理后的裂纹图像；对预处理后的裂纹图像进行分割，获得子图像；构建子图像的多重分形谱，根据多重分形谱的奇异性指数、多重分形奇异谱以及预设的权重因子建立子图像组合后的多重分形谱；将组合后的多重分形谱进行可视化处理，生成以颜色表示数值关系的色度图；根据色度图表征裂纹扩展的分形特征。本发明能够量化描述图像中包含的复杂裂纹细节，克服了现有技术中裂纹特征表征方法存在的裂纹图像识别准确率低、特征表征准确性不足以及无法量化描述图像中包含的复杂裂纹细节的问题。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其是指一种基于多重分形谱的裂纹特征表征方法及系统。

背景技术

裂纹的存在与扩展是导致脆性材料断裂的主要原因。因此，研究微裂纹扩展对脆性材料性能的影响规律，探索抑制微裂纹扩展的方法，是提高其性能需要迫切解决的关键问题。传统技术中统计裂纹形貌特征的方式主要以人工测量为主，其缺点为需要花费大量的人力，时间成本高；而且面对复杂的裂纹图像，人工统计很难对复杂度等特征有一个较为客观的评估，且对部分无法直接测量的特征很难做到准确合理的提取信息，因此，表征大量复杂裂纹形貌特征时，存在特征信息提取难度高，且所获得的特征(长度，密度等)之间区别度小以及泛化能力弱等问题。

随着数字图像处理技术的进步，图像处理技术逐渐成为材料裂纹特征提取评估的主要方向之一。但由于裂纹本身形态特征，通过裂纹长度、裂纹密度等表征裂纹特征十分有限。目前的裂纹图像处理技术多为简单的形态学处理，对部分干扰较多的裂纹图像很难在保证有效信息完整性的同时去除干扰因素，且对图像的处理仅止步于获得裂纹图像，缺乏客观合理的特征表征方法。

综上所述，现有技术中裂纹特征表征方法存在裂纹图像识别准确率低、特征表征准确性不足以及无法量化描述图像中包含的复杂裂纹细节的问题。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中裂纹特征表征方法存在的裂纹图像识别准确率低、特征表征准确性不足以及无法量化描述图像中包含的复杂裂纹细节的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于多重分形谱的裂纹特征表征方法，包括：

获取裂纹图像，对所述裂纹图像进行预处理，得到预处理后的裂纹图像；

对预处理后的裂纹图像进行分割，获得子图像；

构建所述子图像的多重分形谱，根据所述多重分形谱的奇异性指数、多重分形奇异谱以及预设的权重因子建立子图像组合后的多重分形谱；

对组合后的多重分形谱进行可视化处理，生成以颜色表示数值大小关系的色度图；

根据所述色度图表征裂纹扩展的分形特征。

在本发明的一个实施例中，对所述裂纹图像进行预处理包括：

将所述裂纹图像的局部图像分成两类，第一类为裂纹相互交错的局部图像，第二类为裂纹未相互交错的局部图像；

分别对两类的局部图像进行预处理。

在本发明的一个实施例中，对两类的局部图像进行预处理包括：

对第一类局部图像依次进行灰度化、滤波和腐蚀处理，并通过阈值进行二值化处理；对第二类局部图像依次进行灰度化和滤波处理，通过阈值进行灰度变换，对灰度变换后的图像进行腐蚀、开操作和闭操作，加深其图像特征，并通过阈值进行二值化处理，在第一次黑白颜色互换后去除游离点，并进行第二次黑白颜色互换操作。

在本发明的一个实施例中，构建所述子图像的多重分形谱的步骤包括：

计算所述子图像上所有像素点的灰度值的总和，将所述子图像分割为若干盒子，并计算每个盒子的灰度值；