一种基于频谱法的Gabor变换实现碳纤维复合材料表面纹理分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于频谱法的Gabor变换实现碳纤维复合材料表面纹理分析方法。首先，对原始碳纤维材料的表面图像进行巴特沃斯的滤波预处理；其次对预处理后的图像使用Gabor变换得到滤波后的图像Gabout；然后，对滤波后的图像变换到频域；最后对矩阵作归一化处理后求矩阵的灰度直方图，并在直方图上计算图像的特征熵值。本发明专利技术可以不仅可以在频域不同尺度、不同方向上提取碳纤维复合材料的熵值特征，而且Gabor函数提取的碳纤维复合材料的熵值可以作为均方根高度Sq的变化依据，此外还可以提取到相近的Sq值之间更加细致的纹理信息，从客观方面对机器测得的均方根高度Sq值起辅助作用。

A method of surface texture analysis of carbon fiber composites based on spectral transformation and Gabor transform

The invention discloses a surface texture analysis method for carbon fiber composite material based on Gabor transformation based on spectrum method. First, the image of the surface of the original carbon fiber material is preprocessed by Butterworth. Secondly, the filtered image Gabout is obtained by using Gabor transform for the preprocessed image. Then, the filtered image is transformed to the frequency domain. Finally, the matrix is calculated by the normalization of the matrix, and the histogram is calculated on the histogram. The entropy of the image is calculated. The entropy value of carbon fiber composites can be extracted in different scales and directions in frequency domain, and the entropy value of carbon fiber composite material extracted by Gabor function can be used as the basis for the change of Sq of the root mean square height. In addition, the more detailed texture information can be extracted from the close Sq value, from the objective point of view. It plays a supplementary role in the root mean square height Sq measured by the machine.

【技术实现步骤摘要】
一种基于频谱法的Gabor变换实现碳纤维复合材料表面纹理分析方法
本专利技术涉及碳纤维复合材料表面纹理分析，具体涉及一种基于频谱法的Gabor变换实现碳纤维复合材料表面纹理分析方法
技术介绍
由于碳纤维复合材料所组成的两种材料的性能区别加大，在对其进行机械加工时，就要考虑到对两种材料的加工时所产生的纤维断裂破碎和树脂融化涂覆等综合的特殊形貌，同时在加工过程中，也会出现各种不同的加工问题。纤维间出现空隙，纤维拔出、分层等各种特殊形貌的产生，在很大程度上取决于纤维的排列方向，造成表面微观结构的复杂。碳纤维复合材料表面形貌的评价主要是材料加工后表面的粗糙度的评定，通过分析加工后的CFRP表面形貌，可对进一步选择刀具类型，优化加工参数等提供重要的参考。加工表面质量的好坏，在很大程度上直接影响碳纤维复合材料工件的使用寿命。目前有研究发现不同纤维方向角对加工表面粗糙度的影响较大；有研究尝试用二维和三维的方法分别对CFRP切削表面进行评定，结果发现三维的评定方法更适合CFRP表面质量的评定，最后建议选用表面均方根偏差Sq作为评价指标。表面三维形貌的研究，是当今研究的热点，国内外学者对工件的三维形貌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于频谱法的Gabor变换实现碳纤维复合材料表面纹理分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A，利用扫描电子显微镜获取碳纤维复合材料SEM图像，并对图像进行分组，过程如下：A1、按放大倍数对图像进行分组，分为放大倍数200倍和放大倍数500倍；A2、按照电子显微镜扫描方向对图像进行分组，分为0°，36°，72°，108°，144°，180°，216°，252°，288°，324°十个扫描方向；A3、选取放大倍数200倍和500电镜的每个扫描方向各一幅作为实验图像。步骤B，原始碳纤维复合材料的表面图像进行巴特沃斯低通滤波处理，具体过程如下：B1、给定指标采样率为8KHz，通带截止频率为2.1...

【技术特征摘要】
1.一种基于频谱法的Gabor变换实现碳纤维复合材料表面纹理分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A，利用扫描电子显微镜获取碳纤维复合材料SEM图像，并对图像进行分组，过程如下：A1、按放大倍数对图像进行分组，分为放大倍数200倍和放大倍数500倍；A2、按照电子显微镜扫描方向对图像进行分组，分为0°，36°，72°，108°，144°，180°，216°，252°，288°，324°十个扫描方向；A3、选取放大倍数200倍和500电镜的每个扫描方向各一幅作为实验图像。步骤B，原始碳纤维复合材料的表面图像进行巴特沃斯低通滤波处理，具体过程如下：B1、给定指标采样率为8KHz，通带截止频率为2.1KHz，阻带截止频率为2.5KHz，通带最大衰减为3，阻带最小衰减为25，采样频率为10KHz；B2、设计模拟巴特沃斯低通滤波器；B3、利用双线性变换法，得到巴特沃斯低通滤波器；B4、图像进行滤波处理，去除噪声；步骤C，对碳纤维复合材料图像进行Gabor变换，即利用步骤B经过巴特沃斯滤波处理后的图像进行二维Gabor变换；二维Gabor滤波函数可以表示为：其中；yp＝y*cos(theta)-x*sin(theta)，xp＝x*cos(theta)+y*sin(theta)；f为Gabor滤波器的分解尺度，theta为Gabor滤波器的分解方向，x和y是坐标轴，G是Gabor滤波函数g(x,y)。需要通过实验来确定合适的Gabor滤波器的分解尺度和分解方向，具体过程如下：C1、选择Gabor滤波器的分解尺度：①设置Gabor滤波器的频率不变，分解方向theta选择六方向保持不变，分解尺度f为1-5，把图片输入Gabor滤波函数可输出滤波后的图像Gabout；②根据Gabor变换后Gabout得到的熵值进行分析，发现碳纤维复合材料表面纹理的分解尺度为1-3尺度得到的结果较好，从而确定分解尺度f选择3。C2、选择Gabor滤波器的分解方向：①根据步骤a确定的分解尺度，设置Gabor滤波器的频率不变，分解尺度f选择为3，分解方向theta选择3-6方向，把图片输入Gabor滤波函数可输出滤波后的图像Gabout；②根据Gabor变换后Gabout得到的熵值进行分析，发现电镜200倍三尺度三方向中一尺度π/3方向在所有对比实验中得到最大熵值3.77，最能反映Gabor变换在这个参数下求得的最佳特征值，包含的纹理特征信息最多，从而确定最终确定了三尺度三方向实验中的一尺度π/3方向作为分...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵涓涓，强彦，谢鹏华，高慧明，肖宁，吴保荣，傅文博，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14