[发明专利]一种重构土壤CT图片三维重建及土壤孔隙搜索方法

摘要

本发明涉及一种重构土壤CT图片三维重建及土壤孔隙搜索方法，包括土壤CT扫描、构建三维重建图、重构土壤孔隙三维立体图和搜索土壤孔隙团四个步骤。本发明可以实现重构土壤的三维立体图，直观观察孔隙的空间形态分布及连通性，搜索土壤孔隙团的个数及体积大小，可为排土场土壤重构方法及植被恢复措施的选择提供依据，为土地复垦提供指导，提高矿区土地复垦的社会经济效益。本发明能够完成土壤孔隙的三维重建，直观观察土壤孔隙的三维分布及连通性，为重构土壤孔隙的定量研究提供了新的技术方法。

主权项

1.一种重构土壤CT图片三维重建及土壤孔隙搜索方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)土壤CT扫描：选取测试地土壤进行CT扫描，得到多张连续的多维度CT扫描图片；(2)构建三维重建图：将步骤(1)得到的CT图片中选取连续的CT扫描图19～25张，输入图像处理平台，把CT图片作为采样数据，选取每张图片相同位置，根据等时间间隔对采样数据进行插值处理，构建出三维重建图；(3)重构土壤孔隙三维立体图：对由步骤(2)构建出的三维重建图进行二值化处理；在二值化处理后的三位重建图中提取孔隙单元并进行重绘，得到重构土壤孔隙三维立体图；步骤(3)中的二值化处理步骤为：S101选定二值化阈值，对由步骤(2)构建出的三维重建图进行二值化处理，得到的数值大于这个阈值的取1，小于这个阈值的取0；S102设定步骤S101中获得的0和1分别对应黑和白，如果按照256灰度级计算的话就是0和255；这里用一个边长为一个像素大小的小立方体单元来模拟该像素点所对应的孔隙单元，土壤中的孔隙团就是指相互连通的孔隙单元；S103设定背景对应的数值是1，孔隙团对应的数值是0，则孔隙团即为0的连通域，这样二值化处理后的三维重建图的元素的值就是0或者1；所述二值化阈值是人工给定的，给定方法如下：S201利用Arcgis软件先对步骤(2)中选出的CT图像中土样的孔隙进行图像分析计算，得到孔隙面积大小数值；S202随意给定一个阈值，对由步骤(2)中选出的CT图像进行二值化处理，将二值化处理化后该孔隙面积与未二值化处理的该孔隙面积的大小进行比较，如果相差较大，重新设定阈值进行试验；S203当计算出的孔隙面积与未二值化处理的孔隙面积差值在0.1范围内，即可认为二值化处理的孔隙面积与真实的孔隙面积相等，故选用该阈值作为二值化阈值;或所述二值化阈值是人工给定的，给定方法如下：S301利用AutoCAD软件先对步骤(2)中选出的CT图像中土样的孔隙进行图像分析计算，通过查询功能得到图像中孔隙面积大小数值；S302随意给定一个阈值，对步骤(2)中选出的CT图像进行二值化处理，将二值化处理化后该孔隙面积与未二值化处理的该孔隙面积的大小进行比较，如果相差较大，重新设定阈值进行试验；S303当计算出的孔隙面积与未二值化处理的孔隙面积差值在0.1范围内，即可认为二值化处理的孔隙面积与真实的孔隙面积相等，故选用该阈值作为二值化阈值；(4)搜索土壤孔隙团：在步骤(3)得到的重构土壤孔隙三维立体图上搜索土壤孔隙团的个数和体积的大小，并计算土壤孔隙度，所述土壤孔隙度是指土壤孔隙团的体积与重建土样总体积之比；步骤(4)中的搜索孔隙团的步骤为：S401对重构土壤孔隙三维立体图中所有像素点进行搜索，已知孔隙团即为0的连通域，假如搜索的像素点的值是0，就对这个像素点周围的点进行判断，如果周围有0，那么就在这些周围是0的像素点继续往下判断，直到附近的像素点没有0值出现，那么这个连通域就判断完了，即可计算出这个连通域内有多少个0值像素点；S402在步骤S401连通域的判别过程中，对判别出的连通域进行标序，以避免在下一轮搜索中重复记录，同时记录下每一个连通域内的像素个数，最后序号的最大值就是连通域的个数也就是孔隙团的个数，而且每一个孔隙团的体积大小就可以用这个孔隙团所对应的连通域内的像素个数来表征。