測(cè)量顆粒材料線分形維數(shù)的圖像分析儀及其方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種測(cè)量顆粒材料線分形維數(shù)的圖像分析儀及其方法，所要解決的問(wèn)題是：現(xiàn)有的圖像分析儀僅能獲得顆粒材料二維圖像數(shù)據(jù)，在對(duì)二維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理之后，應(yīng)用上述冪指數(shù)與分形維數(shù)關(guān)系回歸分析才能得到的顆粒材料的線分維數(shù)，而且回歸分析系數(shù)相對(duì)較低、無(wú)法直接讀取分形維數(shù)結(jié)果；本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)是：數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括測(cè)控模塊、顆粒圖像處理模塊和線分形維數(shù)計(jì)算模塊；以及配合圖像分析儀使用的方法；本發(fā)明通過(guò)在顆粒圖像分析系統(tǒng)的測(cè)控軟件中增加顆粒圖像處理模塊和線分形維數(shù)計(jì)算模塊，使顆粒圖像分析系統(tǒng)在現(xiàn)有功能基礎(chǔ)上，增加了顆粒二維圖像輪廓線分形維數(shù)測(cè)量新功能，并能夠直接輸出顆粒材料二維圖像線分形維數(shù)的測(cè)量結(jié)果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】測(cè)量顆粒材料線分形維數(shù)的圖像分析儀及其方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及顆粒材料檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體說(shuō)是一種測(cè)量顆粒材料二維圖像輪廓線分形維數(shù)的測(cè)量顆粒材料線分形維數(shù)的圖像分析儀及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]分形是部分與整體以某種方式相似的形體。分形維數(shù)(又稱(chēng)分?jǐn)?shù)維)在表征不規(guī)則形狀和傳統(tǒng)方法難以表征的材料性質(zhì)(如顆粒的團(tuán)聚、針狀材料和片狀材料)方面正在發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:顆粒材料二維圖像輪廓滿足統(tǒng)計(jì)自相似，屬于無(wú)規(guī)分形。
[0003]目前，顆粒材料(特別是粉體材料)二維圖像輪廓分形維數(shù)定義方法大多采用改變粗視化程度求維數(shù)的方法如:碼尺法、盒維數(shù)法。其共同點(diǎn)是:
I)分形滿足冪律，且冪指數(shù)與分形維數(shù)的關(guān)系是線性關(guān)系，其中碼尺法為:U盒維數(shù)法為:β=-麗；2)通過(guò)線性回歸分析計(jì)算得到相近材料分形維數(shù)的結(jié)果波動(dòng)很大；3)圖像分析儀只能獲得顆粒材料的二維圖像及其他表征量結(jié)果，不能對(duì)二維圖像輪廓進(jìn)行計(jì)算與分析從而得到線分形維數(shù)。
[0004]現(xiàn)有的圖像分析儀僅能獲得顆粒材料二維圖像數(shù)據(jù)，在對(duì)二維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理之后，應(yīng)用上述冪指數(shù)與分形維數(shù)關(guān)系回歸分析才能得到的顆粒材料的線分維數(shù)，而且回歸分析系數(shù)相對(duì)較低、 無(wú)法直接讀取分形維數(shù)結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)量顆粒材料二維圖像輪廓線的測(cè)量顆粒材料線分形維數(shù)的圖像分析儀及其方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:光學(xué)顯微鏡與攝像機(jī)和數(shù)字照相機(jī)連接，攝像機(jī)上設(shè)置有圖像采集卡，攝像機(jī)和數(shù)字照相機(jī)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接；所述攝像機(jī)鏡頭內(nèi)設(shè)置有光源；
所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括原測(cè)控軟件模塊、顆粒圖像處理模塊和線分形維數(shù)計(jì)算模塊；所述顆粒圖像處理模塊包括:
顆粒圖像數(shù)據(jù)接收單元，用于接收一次圖像處理結(jié)果；
顆粒圖像二次處理單元，用于對(duì)一次圖像處理結(jié)果進(jìn)行篩選及二次處理，按順序儲(chǔ)
存；
所述線分形維數(shù)計(jì)算模塊包括:
單顆粒圖像最大弦直徑計(jì)算單元，用于計(jì)算每個(gè)二次處理后顆粒圖像的最大弦直徑，按順序儲(chǔ)存；
單顆粒圖像線分形維數(shù)計(jì)算單元，用于計(jì)算每個(gè)顆粒圖像的線分形維數(shù)，按順序儲(chǔ)
存；
顆粒群線分形維數(shù)計(jì)算單元，用于計(jì)算顆粒群的線分形維數(shù)；
線分形維數(shù)儲(chǔ)存和/或發(fā)送單元，用于儲(chǔ)存和/或發(fā)送顆粒群線分形維數(shù)值。[0007]測(cè)量顆粒材料線分形維數(shù)的方法，采用下列步驟:
1)、將顆粒材料圖像二次處理程序及線分形維數(shù)計(jì)算程序按順序儲(chǔ)存導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的程序儲(chǔ)存器中；
2)、啟動(dòng)該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，CPU對(duì)通過(guò)光學(xué)顯微鏡獲取并經(jīng)過(guò)測(cè)控模塊一次處理的顆粒材料二維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并選擇指令、執(zhí)行操作；
在選擇分析指令時(shí)，執(zhí)行顆粒圖像處理程序，對(duì)一次處理后的顆粒材料二值化圖片進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)化運(yùn)算，獲得單顆粒圖像輪廓坐標(biāo)；
在選擇儲(chǔ)存指令時(shí)，對(duì)單顆粒圖像輪廓坐標(biāo)按順序儲(chǔ)存。
[0008]3)、使用經(jīng)過(guò)二次處理的單顆粒圖像輪廓坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模:建模計(jì)算公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)量顆粒材料線分形維數(shù)的圖像分析儀，它包括攝像機(jī)，其特征是:光學(xué)顯微鏡與攝像機(jī)和數(shù)字照相機(jī)連接，攝像機(jī)上設(shè)置有圖像采集卡，攝像機(jī)和數(shù)字照相機(jī)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接；所述攝像機(jī)鏡頭內(nèi)設(shè)置有光源； 所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括測(cè)控模塊、顆粒圖像處理模塊和線分形維數(shù)計(jì)算模塊；所述顆粒圖像處理模塊包括: 顆粒圖像數(shù)據(jù)接收單元，用于接收一次圖像處理結(jié)果； 顆粒圖像二次處理單元，用于對(duì)一次圖像處理結(jié)果進(jìn)行篩選及二次處理，按順序儲(chǔ)存； 所述線分形維數(shù)計(jì)算模塊包括: 單顆粒圖像最大弦直徑計(jì)算單元，用于計(jì)算每個(gè)二次處理后顆粒圖像的最大弦直徑，按順序儲(chǔ)存； 單顆粒圖像線分形維數(shù)計(jì)算單元，用于計(jì)算每個(gè)顆粒圖像的線分形維數(shù)，按順序儲(chǔ)存； 顆粒群線分形維數(shù)計(jì)算單元，用于計(jì)算顆粒群的線分形維數(shù)； 線分形維數(shù)儲(chǔ)存和/或發(fā)送單元，用于儲(chǔ)存和/或發(fā)送顆粒群線分形維數(shù)值。
2.一種測(cè)量顆粒材料線分形維數(shù)的方法，其特征在于采用下列步驟: .1)、將顆粒材料圖像二次處理程序及線分形維數(shù)計(jì)算程序按順序儲(chǔ)存導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的程序儲(chǔ)存器中； .2)、啟動(dòng)該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，CPU對(duì)通過(guò)光學(xué)顯微鏡獲取并經(jīng)過(guò)測(cè)控模塊一次處理的顆粒材料二維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并選擇指令、執(zhí)行操作； 在選擇分析指令時(shí)，執(zhí)行顆粒圖像處理程序，對(duì)一次處理后的顆粒材料二值化圖片進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)化運(yùn)算，獲得單顆粒圖像輪廓坐標(biāo)； 在選擇儲(chǔ)存指令時(shí)，對(duì)單顆粒圖像輪廓坐標(biāo)按順序儲(chǔ)存； .3)、使用經(jīng)過(guò)二次處理的單顆粒圖像輪廓坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模:建模計(jì)算公式如下:
【文檔編號(hào)】G01N15/14GK103808646SQ201410044578
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月7日
【發(fā)明者】楊云川, 王亮, 董青云, 李松山, 萬(wàn)仁毅 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)理工大學(xué)