[发明专利]全息模拟不规则道砟颗粒的多面体单元构建方法及系统

权利要求书

1.一种全息模拟不规则道砟颗粒的多面体单元构建方法，其特征在于，包括：

通过全息摄像法的全息记录和波前再现获取道砟颗粒三维影像；

利用图像处理技术对道砟颗粒三维影像进行处理，获得道砟颗粒的三维几何体；

利用虚拟道砟颗粒三维投影平台及边缘检测算法提取道砟颗粒的三维几何体各个投影面内道砟颗粒的二维几何廓形；

根据二维道砟轮廓点距离坐标轴最远的原则选取一阶特征点，构建一阶四边形，利用提出的“平面重构-空间融合”方法生成一阶多面体道砟颗粒；

根据平行线法则用于更新构造二阶及以上多边形的特征点，并结合“平面重构-空间融合”方法生成多阶多面体道砟颗粒单元；

根据随机点序列概率法获得各阶多面单元的体积，并通过计算与真实道砟颗粒之间的体积相似率，确定模拟道砟颗粒的多面体单元阶数。

2.根据权利要求1所述的全息模拟不规则道砟颗粒的多面体单元构建方法，其特征在于，通过全息摄像法的全息记录和波前再现获取道砟颗粒三维影像，包括：

选取典型的道砟颗粒放入全息摄影平台；调整校准激光器、分光镜、反射镜、扩束透镜，并准备感光胶片；激光器发射出的光通过分光镜分成两束，分别记为物光和参考光；其中物光经反射镜II和扩束镜I投射到道砟颗粒上，然后经道砟颗粒反射或透射后再射到感光底片上；参考光经反射镜I和扩束镜II后直接投射到感光底片上；经分光镜分成的物光和参考光相互叠加，在感光片上形成干涉条纹；通过显影、定影处理后，得到道砟颗粒全息图；

利用衍射原理，用一束与参考光的波长和传播方向完全相同的再现光束照射道砟颗粒全息图，沿原来拍摄道砟颗粒的方向可看到真实道砟颗粒原物的虚像和实像。

3.根据权利要求2所述的全息模拟不规则道砟颗粒的多面体单元构建方法，其特征在于，借助图像处理技术获得了道砟颗粒的三维几何体，包括：

利用图像处理及空间几何体重构算法，提取保存的道砟颗粒实像的三维轮廓空间点位信息；将三维点位信息转换为由三角面组成的空间三维道砟颗粒实体单元。

4.根据权利要求2所述的全息模拟不规则道砟颗粒的多面体单元构建方法，其特征在于，利用虚拟道砟颗粒三维投影平台及边缘检测算法提取了各个投影面内道砟颗粒的二维几何廓形，包括：

以虚拟道砟颗粒质心为坐标原点，建立空间直角坐标系；

利用虚拟道砟颗粒三维投影平台，将生成的道砟颗粒三维几何体在空间直角坐标系各个平面进行投影，分别得到俯视图、前视图和侧视图；

各投影图经图像预处理得到二值图，然后利用边缘检测算法处理得到平滑的二维道砟颗粒轮廓。

5.根据权利要求2所述的全息模拟不规则道砟颗粒的多面体单元构建方法，其特征在于，根据二维道砟轮廓点距离坐标轴最远的原则选取一阶特征点，构建了一阶四边形，并利用“平面重构-空间融合”方法生成一阶多面体道砟颗粒，包括：

在每个投影面得到的道砟颗粒二维轮廓图中，沿着坐标轴方向在闭合的轮廓线上找到距离坐标轴最远的四个特征点，分别记为一阶点集1-P₁＝{a₁,a₂,a₃,a₄}、1-P₂＝{b₁,b₂,b₃,b₄}和1-P₃＝{c₁,c₂,c₃,c₄}；

将三个点集内的坐标点，分别按照逆时针方向首尾相连，重构出3个一阶四边形，记为1-S₁、1-S₂和1-S₃；

将3个一阶四边形沿着各自法线方向进行拉伸得到了3个一阶棱柱，分别记为1-V₁、1-V₂和1-V₃；然后根据空间几何体求交集的方式得到一阶多面体道砟颗粒B₁：B₁＝1-V₁∩1-V₂∩1-V₃。