基于磨片装置的岩石细观结构三维重建系统及方法制造方法及图纸

一种基于磨片装置的岩石细观结构三维重建系统及方法。本发明专利技术通过对二维彩色图像使用线性空间滤波函数去噪；由RGB颜色空间转换为CIEXYZ颜色空间；采用阈值法对图像X、Y、Z三通道分别进行分割；对彩色图像进行直方图增强，再进行colorgrad边缘检测；对边分割后的图像和反边缘检测图像进行图像乘法；使用小波分析对彩色图像进行边缘检测；把分割好的图像导入MIMICS软件进行三维重构及材料参数赋值，再利用ABAQUS有限元程序进行实体转换。其有益效果是，岩石磨平面的二维彩色图像边缘检测更加精确，数字图像处理精确性高，可以区分颜色不同的矿物；图像采集质量及清晰度高；试验成本低，效率高。

3D reconstruction system and method of rock mesostructure based on grinding device

A three-dimensional reconstruction system and method of rock mesostructure based on grinding device. The method uses linear space filtering function to denoise two-dimensional color image, converts RGB color space to CIEXYZ color space, uses threshold method to segment image x, y and Z channels respectively, enhances histogram of color image, and then performs colorgrad edge detection, multiplies image after edge segmentation and anti edge detection, and uses wavelet analysis to The color image is used for edge detection, the segmented image is imported into Mimics software for 3D reconstruction and material parameter assignment, and then the ABAQUS finite element program is used for entity conversion. Its beneficial effect is that the edge detection of the two-dimensional color image of the rock grinding plane is more accurate, the digital image processing accuracy is high, and it can distinguish the minerals with different colors; the image acquisition quality and clarity are high; the test cost is low, and the efficiency is high.

【技术实现步骤摘要】
基于磨片装置的岩石细观结构三维重建系统及方法
本专利技术涉及一种岩石细观结构的彩色图像三维重建方法，尤其是涉及一种基于磨片装置的岩石细观结构三维重建系统及方法。
技术介绍
岩石内部存在着大量不规则分布的细观结构，例如：不同尺度的矿物颗粒、裂隙等。在外部载荷的作用下，岩石的宏观力学性能由岩石细观结构损伤演化所决定。目前，对岩石内部细观结构的研究方法主要有电镜扫描、核磁共振、CT扫描等，但上述方法都存在一定缺陷，如：电镜扫描对岩石总体情况反映能力不够完善；核磁共振对细节反映欠缺；而CT扫描虽然能准确定量展示岩石内部结构关系、物质组成及缺陷状况而被许多研究者应用，但基于CT图像的岩石细观结构三维重构，图像会受到噪声和伪影影响，重构过程中利用灰度图像二值化处理，一定程度上会影响重构结果的精度和信息；另外仪器占地面积大、成本高也成为研究岩石力学性能的一大阻碍。
技术实现思路
为了克服现有岩石内部细观结构的研究过程中存在以上不足，本专利技术提供一种基于磨片装置的岩石细观结构三维重建系统及方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于磨片装置的岩石细观结构三维重建方法，步骤如下：A、对二维彩色图像使用线性空间滤波函数去噪；B、由RGB颜色空间转换为CIEXYZ颜色空间；C、采用阈值法对图像X、Y、Z三通道分别进行分割；D、对步骤B中的彩色图像进行直方图增强，再进行colorgrad边缘检测；对边缘检测结果进行非线性全局拉伸以增加对比度，得到边缘检测结果；使用imcomplement方法得到取反边缘检测结果，进行二值化，得到取反边缘检测结果二值化图像；E、对步骤C中分割后的图像和步骤D中取反边缘检测图像进行图像乘法；F、使用小波分析对彩色图像进行边缘检测，在两种边缘检测结果中选取边缘检测效果相比较更好的；G、把分割好的图像导入MIMICS软件进行三维重构及材料参数赋值，再利用ABAQUS有限元程序进行实体转换。一种为三维重建方法提供岩石磨片的实验装置，包括水平工作台、导轨、计算机，导轨为直线形滑动导轨，导轨固定安装在水平工作台上，所述岩石磨片实验装置还包括升降台、磨片装置、清洗烘干设备、图像采集设备，所述升降台设置在导轨上，沿所述导轨水平滑动。所述升降台安装有夹具，夹具伸出升降台的一端固定夹持岩石试件，岩石试件的磨平面朝下且与水平面平行；升降台设置有垂直的丝杆，丝杆旋转带动夹具沿其上下移动。在所述导轨的外侧，依次设置有磨片装置、清洗烘干设备、图像采集设备，所述导轨上设置有位置传感器分别对应所述磨片装置、清洗烘干设备、图像采集设备，当所述升降台到达相应位置时，位置传感器将发出到达信号。所述夹具夹持岩石试件随升降台沿轨道水平直线运动和沿升降台的丝杆上下移动，将岩石试件送至磨片装置进行磨平，送至清洗烘干设备对岩石磨平面进行清洗、烘干，送至图像采集设备采集图像。所述计算机安装有所述实验装置的操作控制程序和图像处理程序，操作控制程序用于所述实验装置的运行控制，获得岩石磨平面二维彩色图像；图像处理程序用于所述步骤A～F对岩石磨平面二维彩色图像进行处理。所述图像采集设备包括筒状的壳体、自动对焦CCD彩色相机、LED灯、光电传感器，所述自动对焦CCD彩色相机通过USB接口将采集的图像传至计算机。进一步，所述壳体为封闭筒状，自动对焦CCD彩色相机安装在壳体内的底部，镜头垂直向上；所述壳体上端对应自动对焦CCD彩色相机的镜头位置有一垂直通孔，夹具将岩石试件送至通孔供图像采集；在壳体的底部和内筒壁上安装有LED灯。所述磨片装置设置有磨片机、激光位移传感器，所述磨片机采用金刚石水磨片。一种所述岩石磨片实验装置的使用方法，其步骤如下：a、准备工作：调整夹具，将岩石试件固定在所述夹具上，岩石试件的磨平面水平朝下，设置所述清洗烘干设备的工作参数，如：清洗力度、烘干温度，调试图像采集设备，以便岩石试件到达时可准确拍摄，启动所述计算机的操作控制程序，设置岩石磨片厚度、磨片数量参数；b、通过计算机的操作控制程序操控实验装置的运行，升降台的丝杆转动，通过夹具调整岩石试件的高度，升降台沿导轨滑动，岩石试件移动且依次经过所述磨片装置、清洗烘干设备，在接收到位置传感器信号后，依次完成岩石试件的磨片工作和磨平面的清洗、烘干；c、所述夹具将岩石试件的磨平面移动至所述图像采集设备的筒状壳体（11）上部的通孔处，操作控制程序接收光电传感器信号，自动对焦CCD彩色相机对磨平面进行图像采集，并将图像数据通过USB接口输出至计算机；d、所述升降台携夹具及岩石试件沿导轨滑动，回到磨片装置再次进行磨片；重复步骤c和步骤d，直至获取足够数量的岩石磨平面二维彩色图像；e、通过所述计算机中的图像处理程序，对岩石磨平面二维彩色图像进行处理。本专利技术的有益效果是：（1）基于磨片装置的岩石细观结构三维重建方法，采用彩色图像直接进行裂隙提取，使边缘检测更加精确；数字图像的算法采用阈值法、局部增强和边缘提取法相结合，提高图像处理的精确性；此种方法可直接对岩石中密度相近，但颜色不同的矿物进行分割；（2）岩石磨片实验装置采用直线形布局方式，使得装置结构紧凑，能够在实验室有限空间内安装使用；采用金刚石水磨片减小了对试件的磨损并保证了磨片的精度；清洗烘干设备将清洗、烘干合二为一，降低成本，提高实验效率；采用自动对焦CCD彩色相机可提高图像质量及清晰度；通过计算机控制装置运行、数据采集、数据处理等全过程，有效避免人为操作带来的各种误差，保证实验结果的准确性、完整性。附图说明图1是本专利技术基于磨片装置的岩石细观结构的彩色图像三维重建流程图。图2是本专利技术岩石磨片实验装置结构示意图。图3是本专利技术图像采集设备结构示意图。图4是本专利技术岩石磨片实验装置使用方法流程图。图中：1.夹具，2.升降台，3.磨片装置，4.磨片机，5.清洗烘干设备，6.图像采集设备，7.导轨，8.计算机，9.岩石试件，10.自动对焦CCD彩色相机，11.壳体，12.通孔，13.LED灯。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本专利技术不限于所列出的具体实施方式，只要符合本专利技术的精神，都应该包括于本专利技术的保护范围内。参见附图1。本专利技术基于磨片装置的岩石细观结构三维重建方法，包括通过岩石磨片实验装置采集的足够数量的岩石磨平面二维彩色图像，步骤如下：A、对彩色图像使用线性空间滤波函数去噪；B、由RGB颜色空间转换为CIEXYZ颜色空间；C、采用阈值法对图像X、Y、Z三通道分别进行分割；D、对步骤B中的彩色图像进行直方图增强，再进行colorgrad边缘检测；对边缘检测结果进行非线性全局拉伸以增加对比度，得到边缘检测结果；使用imcomplement方法得到取反边缘检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磨片装置的岩石细观结构三维重建方法，步骤如下：/nA、对二维彩色图像使用线性空间滤波函数去噪；/nB、由RGB颜色空间转换为CIEXYZ颜色空间；/nC、采用阈值法对图像X、Y、Z三通道分别进行分割；/nD、对步骤B中的彩色图像进行直方图增强，再进行colorgrad边缘检测；/n对边缘检测结果进行非线性全局拉伸以增加对比度，得到边缘检测结果；使用imcomplement方法得到取反边缘检测结果，进行二值化，得到取反边缘检测结果二值化图像；/nE、对步骤C中分割后的图像和步骤D中取反边缘检测图像进行图像乘法；/nF、使用小波分析对彩色图像进行边缘检测，在两种边缘检测结果中选取边缘检测效果相比较更好的；/nG、把分割好的图像导入MIMICS软件进行三维重构及材料参数赋值，再利用ABAQUS有限元程序进行实体转换。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于磨片装置的岩石细观结构三维重建方法，步骤如下：
A、对二维彩色图像使用线性空间滤波函数去噪；
B、由RGB颜色空间转换为CIEXYZ颜色空间；
C、采用阈值法对图像X、Y、Z三通道分别进行分割；
D、对步骤B中的彩色图像进行直方图增强，再进行colorgrad边缘检测；
对边缘检测结果进行非线性全局拉伸以增加对比度，得到边缘检测结果；使用imcomplement方法得到取反边缘检测结果，进行二值化，得到取反边缘检测结果二值化图像；
E、对步骤C中分割后的图像和步骤D中取反边缘检测图像进行图像乘法；
F、使用小波分析对彩色图像进行边缘检测，在两种边缘检测结果中选取边缘检测效果相比较更好的；
G、把分割好的图像导入MIMICS软件进行三维重构及材料参数赋值，再利用ABAQUS有限元程序进行实体转换。


2.一种为权利要求1所述三维重建方法提供岩石磨片的实验装置，包括水平工作台、导轨、计算机，导轨为直线形滑动导轨，导轨固定安装在水平工作台上，其特征是：
所述岩石磨片实验装置还包括升降台、磨片装置、清洗烘干设备、图像采集设备；
所述升降台设置在导轨上，沿所述导轨水平滑动；
所述升降台安装有夹具，夹具伸出升降台的一端固定夹持岩石试件，岩石试件的磨平面朝下且与水平面平行；升降台设置有垂直的丝杆，丝杆旋转带动夹具沿其上下移动；
在所述导轨的外侧，依次设置有磨片装置、清洗烘干设备、图像采集设备，所述导轨上设置有位置传感器分别对应所述磨片装置、清洗烘干设备、图像采集设备，当所述升降台到达相应位置时，位置传感器将发出到达信号；
所述夹具夹持岩石试件随升降台沿轨道水平直线运动和沿升降台的丝杆上下移动，将岩石试件送至磨片装置进行磨平，送至清洗烘干设备对岩石磨平面进行清洗、烘干，送至图像采集设备采集图像；
所述计算机安装有所述实验装置的操作控制程序和图像处理程序，操作控制程序用于所述实验装置的运行控...

【专利技术属性】
技术研发人员：李英杰，任紫娴，马少鹏，王雪丽，刘德军，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11