基于图像识别的岩石破裂特征参数自动获取方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于图像识别的岩石破裂特征参数自动获取方法及系统，该方法包括：获取待提取岩石破裂特征参数的岩石破裂图像；划分出所获取的岩石破裂图像中的目标研究区域；通过阈值分割获取所述目标研究区域的二值化图像；基于连通区域特征参数过滤掉所述二值图像中的非裂纹区域的噪点；其中，连通区域特征参数包括：连通区域面积阈值和连通区域椭圆拟合长短轴比；基于形态学细化和骨架修复算法，获取过滤后的二值图像中的裂纹骨架；基于获取的裂纹骨架，统计得到岩石破裂特征参数。本发明专利技术有助于加快室内试验后人工分析和统计裂纹的效率，并保证岩石破裂特征参数获取的准确性。确性。确性。

【技术实现步骤摘要】
基于图像识别的岩石破裂特征参数自动获取方法及系统


[0001]本专利技术涉及图像识别技术与岩石室内试验
，特别涉及一种基于图像识别的岩石破裂特征参数自动获取方法及系统。

技术介绍

[0002]岩石室内试验是获取岩石物理力学性质重要的手段之一，裂纹是在岩石破裂过程中不断孕育、扩展、贯通形成的，对裂纹的定量化描述有助于深入理解岩石破裂过程和机理。CT和SEM扫描是观察岩石破裂后裂纹形态的常用方法。
[0003]传统的裂纹描述方法主要为定性描述，试验后通过人力分析和观察裂纹形态，无法获取裂纹的形态特征参数，造成岩石破裂特征参数获取困难。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于图像识别的岩石破裂特征参数自动获取方法及系统，以解决岩石室内试验岩石试样破裂特征参数获取困难的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：
[0006]一方面，本专利技术提供了一种基于图像识别的岩石破裂特征参数自动获取方法，所述基于图像识别的岩石破裂特征参数自动获取方法包括：
[0007]获取待提取岩石破裂特征参数的岩石破裂图像；
[0008]划分出所获取的岩石破裂图像中的目标研究区域；
[0009]通过阈值分割获取所述目标研究区域的二值化图像；
[0010]基于连通区域特征参数过滤掉所述二值图像中的非裂纹区域的噪点；其中，所述连通区域特征参数包括：连通区域面积阈值和连通区域椭圆拟合长短轴比；
[0011]基于形态学细化和骨架修复算法，获取过滤后的二值图像中的裂纹骨架；
[0012]基于获取的裂纹骨架，自动统计得到岩石破裂特征参数。
[0013]进一步地，所述岩石破裂图像为CT或SEM扫描得到的岩石破裂图像。
[0014]进一步地，所述划分出所获取的岩石破裂图像中的目标研究区域，包括：
[0015]对于所获取的岩石破裂图像，首先生成与待研究区域大小相同的掩膜，然后将生成的掩膜与原图进行位与运算，以划分出目标研究区域。
[0016]进一步地，当所述岩石破裂图像为CT扫描得到的岩石破裂图像时，所述生成与待研究区域大小相同的掩膜，包括：
[0017]利用Python平台的OpenCV计算机视觉软件库中的cv2.HoughCircles()函数检测圆的边缘，cv2.HoughCircles()函数返回值为圆心坐标和半径；
[0018]将圆内部填充为白色，圆外部填充为黑色，得到掩膜；
[0019]利用cv2.bitwise_and()函数获取掩膜中白色区域的部分，即目标研究区域；
[0020]将图像中非目标研究区域像素值置为255。
[0021]进一步地，当所述岩石破裂图像为SEM扫描得到的岩石破裂图像时，生成的掩膜为
方形掩膜。
[0022]进一步地，所述通过阈值分割获取所述目标研究区域的二值化图像，包括：
[0023]利用Python平台的OpenCV计算机视觉软件库中的cv2.threshold()函数将图像像素分为非黑即白的两类，得到二值化图像；其中，二值化方法选择函数中的cv2.THRESH_BINARY_INV方法，将小于阈值的像素划分为白色。
[0024]进一步地，所述基于连通区域特征参数过滤掉所述二值图像中的非裂纹区域的噪点，包括：
[0025]将连通区域面积小于预设面积阈值和连通区域椭圆拟合长短轴比小于预设比值阈值的连通区域删除，得到仅包含裂纹的连通区域，也即裂纹形态。
[0026]进一步地，所述基于形态学细化和骨架修复算法，获取过滤后的二值图像中的裂纹骨架，包括：
[0027]基于形态学细化，对过滤后的二值图像进行细化；
[0028]对细化后的图像，采用骨架修复算法去除骨架毛刺，并将距离和角度接近的骨架连接在一起，得到完整连续的裂纹骨架。
[0029]进一步地，所述岩石破裂特征参数包括：裂纹条数、裂纹长度、裂纹密度、裂纹宽度以及裂纹倾角；其中，
[0030]裂纹条数的获取方法包括：
[0031]遍历裂纹骨架图像中的所有像素点，若某一点为白色且该点的八邻域内有且仅有一个白色像素点，则定义该点为端点，端点数量的一半即为裂纹条数；
[0032]裂纹长度的获取方法包括：
[0033]从裂纹的一个端点开始，使用八链码对裂纹骨架进行追踪，直至到达裂纹另一个端点时停止，得到一条裂纹中组成裂纹骨架的所有像素点的坐标，使用下式计算每条裂纹长度：
[0034][0035]式中：p
i
为一条裂纹上第i个像素点的坐标；M为一条裂纹上的像素数量；l为裂纹长度；
[0036]裂纹密度由目标研究区域中的总的裂纹条数除以目标研究区域面积得到；
[0037]裂纹宽度的获取方法包括：
[0038]对于骨架上一点p，取其相邻的10～16个像素点进行直线拟合，并计算直线法线，法线与裂纹骨架图像中裂纹区域边界的两个交点的直线距离定义为p点所在位置的裂纹宽度；
[0039]裂纹倾角定义为一条裂纹的两个端点的直线连线与水平方向的夹角。
[0040]另一方面，本专利技术还提供了一种基于图像识别的岩石破裂特征参数自动获取系统，所述基于图像识别的岩石破裂特征参数自动获取系统包括：
[0041]图像获取模块，用于获取待提取岩石破裂特征参数的岩石破裂图像；
[0042]目标研究区域划分模块，用于划分出通过所述图像获取模块所获取的岩石破裂图像中的目标研究区域；
[0043]二值化模块，用于通过阈值分割获取所述目标研究区域划分模块所划分出的目标
研究区域的二值化图像；
[0044]非裂纹区域噪点过滤模块，用于基于连通区域特征参数过滤掉所述二值化模块所生成的二值图像中的非裂纹区域的噪点；其中，所述连通区域特征参数包括：连通区域面积阈值和连通区域椭圆拟合长短轴比；
[0045]裂纹骨架修复模块，用于基于形态学细化和骨架修复算法，获取经过所述非裂纹区域噪点过滤模块过滤后的二值图像中的裂纹骨架；
[0046]岩石破裂特征参数统计模块，用于基于所述裂纹骨架修复模块所生成的裂纹骨架，自动统计得到岩石破裂特征参数。
[0047]再一方面，本专利技术还提供了一种电子设备，其包括处理器和存储器；其中，存储器中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现上述方法。
[0048]又一方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现上述方法。
[0049]本专利技术提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
[0050]本专利技术的技术方案首先划分出岩石破裂图像中的目标研究区域；然后通过阈值分割获取二值化图像；基于连通区域特征参数过滤掉二值图中的非裂纹区域的噪点，得到裂纹形态；然后通过形态学细化和骨架修复算法获取裂纹骨架；最后统计出裂纹条数、裂纹密度、裂纹倾角、裂纹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像识别的岩石破裂特征参数自动获取方法，其特征在于，包括：获取待提取岩石破裂特征参数的岩石破裂图像；划分出所获取的岩石破裂图像中的目标研究区域；通过阈值分割获取所述目标研究区域的二值化图像；基于连通区域特征参数过滤掉所述二值图像中的非裂纹区域的噪点；其中，所述连通区域特征参数包括：连通区域面积阈值和连通区域椭圆拟合长短轴比；基于形态学细化和骨架修复算法，获取过滤后的二值图像中的裂纹骨架；基于获取的裂纹骨架，自动统计得到岩石破裂特征参数。2.如权利要求1所述的基于图像识别的岩石破裂特征参数自动获取方法，其特征在于，所述岩石破裂图像为CT或SEM扫描得到的岩石破裂图像。3.如权利要求1所述的基于图像识别的岩石破裂特征参数自动获取方法，其特征在于，所述划分出所获取的岩石破裂图像中的目标研究区域，包括：对于所获取的岩石破裂图像，首先生成与待研究区域大小相同的掩膜，然后将生成的掩膜与原图进行位与运算，以划分出目标研究区域。4.如权利要求3所述的基于图像识别的岩石破裂特征参数自动获取方法，其特征在于，当所述岩石破裂图像为CT扫描得到的岩石破裂图像时，所述生成与待研究区域大小相同的掩膜，包括：利用Python平台的OpenCV计算机视觉软件库中的cv2.HoughCircles()函数检测圆的边缘，cv2.HoughCircles()函数返回值为圆心坐标和半径；将圆内部填充为白色，圆外部填充为黑色，得到掩膜；利用cv2.bitwise_and()函数获取掩膜中白色区域的部分，即目标研究区域；将图像中非目标研究区域像素值置为255。5.如权利要求4所述的基于图像识别的岩石破裂特征参数自动获取方法，其特征在于，当所述岩石破裂图像为SEM扫描得到的岩石破裂图像时，生成的掩膜为方形掩膜。6.如权利要求1所述的基于图像识别的岩石破裂特征参数自动获取方法，其特征在于，所述通过阈值分割获取所述目标研究区域的二值化图像，包括：利用Python平台的OpenCV计算机视觉软件库中的cv2.threshold()函数将图像像素分为非黑即白的两类，得到二值化图像；其中，二值化方法选择函数中的cv2.THRESH_BINARY_INV方法，将小于阈值的像素划分为白色。7.如权利要求1所述的基于图像识别的岩石破裂特征参数自动获取方法，其特征在于，所述基于连通区域特征参数过滤掉所述二值图像中的非裂纹区域的噪点，包括：将连通区域面积小于预设面积阈值...

【专利技术属性】
技术研发人员：储超群，吴顺川，孙贝贝，张朝俊，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：