[发明专利]一种基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法

权利要求书

1.一种基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法，其特征在于包括以下步骤获得：

1)摄取块石图像，并进行灰度化处理，得到图像灰度值f_G(x，y)；

2)采用边缘检测算法对块石数字图像轮廓进行识别，获取块石轮廓点数据集P₀(x，y)；

3)求取块石重心(x₀，y₀)，将块石轮廓点数据集P₀(x，y)进行平移，使重心处于坐标原点(0，0)上，此时点数据集为P₁(x，y)；

4)采用Savitzky-Golay卷积平滑块石轮廓点数据集P₁(x，y)，得到平滑后的点数据集P_s(x，y)；

5)将原始轮廓点数据集P₁(x，y)和平滑后的点数据集P_s(x，y)转化为极坐标数据格式，得到原始轮廓点数据集极坐标形式P₁(ρ，θ)和极坐标轮廓点数据集极坐标形式P_s(ρ，θ)；

6)对P₁(ρ，θ)和P_s(ρ，θ)进行线性插值，获得P₁(ρ′，θ′)和P_s(ρ′，θ′)，使后续轮廓周长求取更加精确；

7)基于P_s(ρ′，θ′)求取平滑后的轮廓每个数据点所对应的轮廓周长L_s(ρ′，l)；

8)将P₁(ρ′，θ′，)和P_s(ρ′，θ′)中每项ρ′进行差值运算，得到能够反映块石表面真实粗糙程度数据集P(ρ″，θ)，将P(ρ″，θ)中ρ″作为纵坐标，L_s(ρ′，l)中l作为横坐标，得到点集B(ρ′，l)；

9)采用傅里叶级数展式开对点集B(ρ′，l)进行拟合，对块石界面进行数字化，得到数字化界面模型f(x，y)；

10)根据数字化界面f(x，y)通过下式求取块石界面的粗糙度值JRC。

2.根据权利要求1所述的一种基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法其特征在于：所述步骤1)中灰度化计算采用公式：

f_G(x，y)＝0.299f₁(x，y)+0.587f₂(x，y)+0.114f₃(x，y)

式中f₁(x，y)、f₂(x，y)、f₃(x，y)依次表示图像中(x，y)坐标处R、G、B的色彩值。

3.根据权利要求1所述的一种基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法其特征在于：步骤2)中，首先采用Gauss平滑滤波器卷积对f_G(x，y)进行降噪处理，再采用Sobel算子G_x、G_y计算出每个像素点的边缘梯度G[x，y]和方向θ以此增强图像，最后对块石数字图像检测的边缘模糊的像素点开展极大值抑制计算，并确定灰度阈值f_thr从而得到更精确的边缘点数据集P₀(x，y)。

4.根据权利要求1所述的一种基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法其特征在于：步骤7)中，假定P_s(ρ′，θ′)含有n个点(ρ′_i，θ′_i)(i＝1，2，3，...，n)，则L_s(ρ′，l)中l为：

5.根据权利要求1所述的一种基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法其特征在于：步骤9)中，采用的傅里叶级数展开式如下：

式中，y(x)为获取的界面点数据集，L为界面总长度，a₀、a_n、b_n均为傅里叶系数。

6.根据权利要求1所述的一种基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法其特征在于：步骤10)中通过下式求取块石界面的粗糙度值JRC：

其中：

式中，α是常数，h为界面最大点与最低点y值差值，L为界面整个长度。

式中，Dx为界面延伸方向(x轴)的取点间隔，y为取样点的y轴坐标值，M为沿界面轮廓取点的数量。该公式考虑了界面粗糙度与剪切方向间的关系，与剪切方向同向坡面的剪胀角为正，反之为负。