[发明专利]一种复杂砂尘的简化与典型特征形状构建方法

摘要

本发明提供了一种复杂砂尘的简化与典型特征形状构建方法，其技术方案是：利用显微镜采集不同景深的图像并进行加运算，获取准确的砂尘轮廓。通过提取特征角点的方法将砂尘的二维截面简化为非规则凸多边形。根据典型形状因子的概率分布规律创建三角形作为基础形状，采用缩比和拼接基础形状的方法创建其他凸多边形，经过筛选生成砂尘的典型特征形状。利用相关度将每一类别的简化形状与特征形状进行匹配，得到特征形状的概率分布，从而有效反映真实砂尘的形状分布特性。该设计方法通用、有效且易于操作，在保留复杂砂尘的主要几何特征的前提下对其进行简化，并创建反映真实砂尘形状分布规律的典型特征形状，有利于建立砂尘的替代模型。

主权项

1.一种复杂砂尘的简化与典型特征形状构建方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)砂尘样本制备，取样前充分搅拌砂尘，使粗细砂尘混合均匀；砂尘以单颗粒的形态分散在介质中；(2)砂尘图像采集：将显微镜的取景高度沿垂直于拍摄平面的方向调整，从而生成不同景深的图片集；(3)二维图像分析与简化，包括：(3a)对上述图片集中的图像进行初步处理，包括去噪、中值滤波、增强对比度、将图片二值化以及填洞操作；(3b)将同一视场不同景深的图片集进行加法操作，获得砂尘的精确外形；(3c)除去图像中的过小颗粒物，对单个颗粒物进行分离,获取砂尘几何中心点坐标和边界曲线的坐标集合，将几何中心点到边界的距离表示成关于极角的函数；(3d)对(3c)中得到的函数曲线进行局部加权回归散点平滑处理，去除边界曲线的异常特征；(3e)按照砂尘简化的复杂程度，将极角范围等间距地分为N个区间，获取每个区间内极径的极大值点，即为砂尘边缘的特征角点，对特征角点进行优化处理，将处理后的角点相连可以得到砂尘的多边形轮廓；(3f)按照研究需要对砂尘的多边形轮廓分类，得到圆、长条形、三角形直至N边形；(4)典型特征形状构建，包括：(4a)按照步骤(3)对采集到的图像进行批处理，确保除圆形外的每一类形状的统计个数K不少于100；(4b)获取除圆形外的每一类形状中全部颗粒的典型形状因子，长宽比E和圆形度R，其计算公式分别为：其中L为砂尘颗粒二维简化形状的费雷特直径、S为砂尘颗粒二维简化形状的最小费雷特直径、A为砂尘颗粒二维简化形状的面积、P为砂尘颗粒二维简化形状的周长，从而生成形状因子的概率分布，其中分布概率占比为95％时则为形状因子的集中分布区间；(4c)对于除圆形外的每一类形状，采用图形创建软件在形状因子的集中分布区间内生成三角形作为基础形状，选取N‑2个基础形状进行缩比得到长度相同的边进行拼接生成其他N边形，确保生成的形状不存在内凹角并且形状因子在相互之间具有一定区分度的基础上遍布集中分布区间，从而构建出非规则典型特征形状；(4d)利用形状因子的相关度将特征形状与简化形状进行匹配，获得特征形状在砂尘中的分布概率，从而能够反映真实砂尘的形状分布特性。