一种获取闭孔泡沫铝二维真实细观结构的方法技术

本发明专利技术涉及一种获取闭孔泡沫铝二维真实细观结构的方法，属于闭孔泡沫铝二维细观结构获取技术领域。本发明专利技术通过以下步骤实现：读入闭孔泡沫铝图片，预设好各常数值；初始化轮廓曲线C:u(x,y,t)＝u0(x,y)；t＝0；提出能量泛函表达式；计算能量泛函表达式中的c1，c2值；通过c1，c2迭代更新求得步骤三的能量泛函的最小值从而得到最终曲线位置；利用演化方程循环读取全图像素点阵；针对运行结果，根据阈值判断，将面积小于阈值的区域取消，留下面积大于阈值的区域，得到闭孔泡沫铝二维真实细观结构，本发明专利技术的演化方程是通过最优化能量泛函获得，它是基于图像的全局信息，可以得到全局优化的图像分割结果。

A method to obtain the actual meso structure method of two-dimensional closed cell aluminum foam

The invention relates to a method for obtaining two-dimensional real mesoscopic structure of closed cell aluminum foam, which belongs to the two-dimensional micro structure acquisition technology field of closed cell aluminum foam. The invention realizes the following steps: reading the picture of closed cell aluminum foam, presetting the constant values; initializing the contour curve C:u (x, y, t) = U0 (x, y); t = 0; putting forward the energy functional expression; calculating the C1 and C2 value in the energy functional expression; by C1, the iterative iteration obtains the minimum value of the energy function of step three to get the new result. In the end, the position of the curve is used; the whole pixel pixel lattice is circularly read from the evolution equation. According to the result of the operation, the area with less than the threshold value is cancelled according to the threshold value, leaving the area larger than the threshold value, and the two-dimensional real mesoscopic structure of the closed cell aluminum foam is obtained. The evolution equation of the closed cell aluminum foam is obtained by optimizing the energy functional. It is based on the global information of the image and can get the image segmentation result of global optimization.

【技术实现步骤摘要】
一种获取闭孔泡沫铝二维真实细观结构的方法
本专利技术涉及一种获取闭孔泡沫铝二维真实细观结构的方法，属于闭孔泡沫铝二维细观结构获取

技术介绍
泡沫铝是过去30多年中发展起来的一类多孔金属材料，通过在铝合金中引入大量的近球形气孔构成，是传统合金的新结构形式。泡沫铝分为闭孔型和开孔型两大类，本专利技术的讨论对象是闭孔泡沫铝，即由液态金属发泡形成、由相互独立的气孔与连续金属基体构成的各向同性多孔结构。由于泡沫铝巧妙地将材料和结构集于一体，因此表现出致密材料所不具备的奇异特性，例如，吸能防爆、轻质高强、隔音吸音、阻燃隔热、无毒、耐腐蚀、可回收利用等优异特性，还具有金属焊接性、各向同性、不老化性，同时可以作为装饰装修材料直接使用。这种新材料有望在未来轻量化汽车、轨道交通、船舶、航天航空等高端装备制造以及装配式建筑等领域中发挥重要的作用。闭孔泡沫铝的细观结构对其力学性能影响显著，如何模拟闭孔泡沫铝的细观结构以便真实地反映宏观性能成为有限元模拟研究的重要课题。Gibson等提出了正六面体理想化框架模型，认为闭孔泡沫铝的刚度完全来自于孔棱，与孔面无关，将其模量等同于开孔泡沫铝，造成了一定的误差。Simoneae等提出了十四面体模型，该模型由6个四边形和8个六边形组成，但这种单一的重复单元无法模仿真实泡沫结构中的多样性，导致计算出的泡沫铝刚度与试验值相差较大。Zheng等提出随机Voronoi模型，通过控制点与点间最小距离来随机生成多个点，随后生成Delaunay三角形网格和Voronoi图，进而构造出闭孔泡沫铝的随机框架模型，该模型具有更强的吸能效率。魏鹏基于C语言编程建立了闭孔泡沫铝的不均匀结构、均匀结构和大孔缺陷结构的二维随机模型，但该模型不能准确评估闭孔泡沫铝的壳或膜状孔壁结构，且一律采用圆孔，无法模拟孔的不规则形状、褶皱等缺陷。Hangai等利用X射线层析照相技术重构了闭孔泡沫铝的三维模型，非常精确地还原了真实结构。由于闭孔泡沫铝的真实细观结构具有典型的非周期性、非均匀性和无序性，而且其孔的大小、孔的形状、孔的分布对其抗爆吸能、阻尼减震，吸音隔音性能影响显著，因此获取其真实细观结构就非常重要且必要。到目前为止，国内外对闭孔泡沫铝细观结构的研究，主要包括三种方法：1)构造理想化框架模型，例如正六面体模型、十四面体模型等；2)随机生成模型，例如随机生成Voronoi模型，随机构造均匀孔结构、不均匀孔结构、大孔缺陷结构模型等；3)借助于X射线层析照相技术、CT扫描技术等重构闭孔泡沫铝细观结构。这三种方法中，前两种方法构造出来的闭孔泡沫铝结构与真实细观结构有很大差异，第3种方法虽然可以构造出较精确的二维或三维细观结构模型，但是需要昂贵的试验设备，代价太高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有获取闭孔泡沫铝的真实细观结构的方法存在的上述缺陷，提出了可快速获取闭孔泡沫铝二维真实细观结构的方法。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种获取闭孔泡沫铝二维真实细观结构的方法，包括以下步骤：步骤一：读入闭孔泡沫铝图片，预设好各常数值；所述的常数值包括：a,b—图片的数字矩阵；[nx,ny]—图片的大小；u(i,j)—图片(i,j)位置的灰度值；c1—初始轮廓曲线内部的灰度值；c2—初始轮廓曲线外部的灰度值；Δt—迭代步长时间；T—灰度阈值步骤二：初始化轮廓曲线C:u(x,y,t)＝u0(x,y)；t＝0；所述的轮廓曲线C取为：以(nx/2,ny/2)为圆心，以nx/6为半径的圆。步骤三：提出能量泛函表达式：其中，μ表示光滑项长度的权重，ν表示光滑项面积的权重，λ1表示拟合项长度的权重，λ2表示拟合项面积的权重；设活动轮廓线C将定义在图像域上的图像u划分为两部分，c1，c2分别表示曲线C内、外部区域的图像灰度平均值；H(u)和δ(u)分别表示Heaviside函数和Dirac函数；步骤四：计算c1，c2值步骤五：通过c1，c2迭代更新求得步骤三的能量泛函的最小值从而得到最终曲线位置；步骤六：由步骤三所述的能量泛函通过用变分法和最速下降法得到演化方程：利用演化方程循环读取全图像素点；步骤七：将步骤六得到的运行结果，根据阈值判断，将面积小于阈值的区域取消，留下面积大于阈值的区域，得到闭孔泡沫铝二维真实细观结构。本专利技术的有益效果是：(1)完全基于提供的图像数据来完成分割，而无需待分割图像区域的任何先验知识。(2)演化方程是通过最优化能量泛函获得，它是基于图像的全局信息，可以得到全局优化的图像分割结果。(3)通过结合背景处理技术并运行演化方程，获得闭孔泡沫铝细观结构的两相组分(闭孔、纯铝或铝合金)，处理得到的闭孔泡沫铝细观结构图片能够准确反映闭孔泡沫铝的真实细观结构，该方法不仅能够分离出与原图非常吻合的各成分区域，而且结果图中的边界线都是连续曲线，封闭且光滑，在该真实细观结构模型的基础上，可以继续进行其他处理。(4)在本专利技术所提方法基础上建立有限元几何模型，不仅使建立的模型更加准确，而且能够从“源头”上反映闭孔泡沫铝非均质细观结构对宏观力学性能的影响，可以避免虚拟细观结构与真实细观结构可能出现差异的情况。附图说明图1是本专利技术的获取闭孔泡沫铝二维真实细观结构方法的流程图。图2是用普通照相机获取的闭孔泡沫铝原图。图3是通过本专利技术所述方法对图2进行处理后的几何模型图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1所示，是本专利技术的获取闭孔泡沫铝二维真实细观结构方法的流程图，包括以下步骤：步骤一：读入闭孔泡沫铝图片，预设好各常数值；步骤二：初始化轮廓曲线C:u(x,y,t)＝u0(x,y)；t＝0；所述的轮廓曲线C取为：以(nx/2,ny/2)为圆心，以nx/6为半径的圆。步骤三：提出能量泛函表达式：基于专门的数值分析软件Matlab2015，对图2所示的闭孔泡沫铝原图进行处理，选择的各权重系数的涵义及取值如表1所示：表1权重系数的含义及取值参数μνλ1λ2Δt涵义长度项系数面积项系数误差系数误差系数时间步长本文取值3000110.1μ尽可能取较小的值，μ越小分割效果越好，因为μ取值越小，表明演化过程中可以生成更多细小的边缘从而实现更好的分割；步骤四：计算c1，c2值；步骤五：通过c1，c2迭代更新求得步骤三的能量泛函的最小值从而得到最终曲线位置；步骤六：由步骤三所述的能量泛函通过用变分法和最速下降法得到演化方程，利用演化方程循环读取全图像素点；步骤七：将步骤六得到的运行结果，根据阈值判断，将面积小于阈值的区域取消，留下面积大于阈值的区域，将闭孔泡沫铝细观结构图的边界进行连续化处理，得到封闭曲线，即获得闭孔泡沫铝真实细观结构的几何模型图如图3所示。将闭孔泡沫铝原图与本专利技术方法获得的真实细观结构图进行比较，可以发现：(1)借助于本专利技术所提出的基于C-V模型的偏微分方程数字图像处理技术，获取的闭孔泡沫铝真实细观结构与原细观结构吻合度较好；(2)基于PDE的数字图像处理技术，以及基于Matlab软件的编程方法，可以获得闭孔泡沫铝二维真实细观结构几何模型，为后续有限元分析进行力学特性仿真奠定了较好的基础。当然，上述内容仅为本专利技术的较佳实施例，不能被认为用于限定对本专利技术的实施例范围。本专利技术也并不仅限于上述举例，本
的普通技术人员在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种获取闭孔泡沫铝真实二维细观结构的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：读入闭孔泡沫铝图片，预设好各常数值；步骤二：初始化轮廓曲线C:u(x,y,t)＝u0(x,y)；t＝0；步骤三：提出能量泛函表达式：F(u)＝μ∫Ωδ(u)|▽u|ds+ν∫ΩH(u)ds+λ1∫Ω|u0‑c1|2H(u)ds+λ2∫Ω|u0‑c2|2(1‑H(u))ds其中，μ表示光滑项长度的权重，ν表示光滑项面积的权重，λ1表示拟合项长度的权重，λ2表示拟合项面积的权重；设活动轮廓线C将定义在图像域上的图像u划分为两部分，c1，c2分别表示曲线C内、外部区域的图像灰度平均值；u0表示原图像，H(u)和δ(u)分别表示Heaviside函数和Dirac函数；步骤四：计算c1，c2值

【技术特征摘要】
1.一种获取闭孔泡沫铝真实二维细观结构的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：读入闭孔泡沫铝图片，预设好各常数值；步骤二：初始化轮廓曲线C:u(x,y,t)＝u0(x,y)；t＝0；步骤三：提出能量泛函表达式：F(u)＝μ∫Ωδ(u)|▽u|ds+ν∫ΩH(u)ds+λ1∫Ω|u0-c1|2H(u)ds+λ2∫Ω|u0-c2|2(1-H(u))ds其中，μ表示光滑项长度的权重，ν表示光滑项面积的权重，λ1表示拟合项长度的权重，λ2表示拟合项面积的权重；设活动轮廓线C将定义在图像域上的图像u划分为两部分，c1，c2分别表示曲线C内、外部区域的图像灰度平均值；u0表示原图像，H(u)和δ(u)分别表示Heaviside函数和Dirac函数；步骤四：计算c1，c2值步骤五：通过c1，c2迭代更新求得步骤三的能量泛函的最小值从而得到最终曲线位置；步骤六：利用演化方程循环读取全图像素点；步骤七：将步骤六得...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹金凤，张春巍，冯宝成，缪玉松，朱立猛，郜殿伟，纪乃华，姚惠萍，宋克伟，黄伟，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37