一种基于单幅堆积颗粒材料图像的三维颗粒重建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单幅堆积颗粒材料图像的三维颗粒重建方法，依次通过获取堆积颗粒材料的颗粒粒径列表；基于单幅堆积颗粒材料的彩色图像提取颗粒的特征轮廓；利用已知颗粒特征轮廓，生成具有不同尺寸的颗粒表面散点模型；以及基于颗粒的表面散点模型，按照颗粒粒径列表的要求对三维堆积状态的颗粒进行重建；该基于单幅堆积颗粒材料图像的三维颗粒重建方法通过单幅图片中颗粒的特征轮廓实现重建数字颗粒模型，并保证生成的颗粒在整体上具有真实颗粒的特征，且在操作上具有极大的便捷性，具备批量生成三维颗粒模型的优点。

A Three-Dimensional Particle Reconstruction Method Based on Single Piled Particle Material Image

【技术实现步骤摘要】
一种基于单幅堆积颗粒材料图像的三维颗粒重建方法
本专利技术涉及模型构建
，特别涉及一种基于单幅堆积颗粒材料图像的三维颗粒重建方法。
技术介绍
胶结颗粒材料中骨料的数字重建是正确建立胶结颗粒材料细观数字模型的前提。现行的骨料重建方法有很多，其中最具代表性的包括：1)使用球体、椭球体和凸多面体等通过数学和几何学规则构建出的骨料颗粒模型；该方法的优点是构造方法简单、快捷，构造出的颗粒模型的参数易于控制；缺点是只能够构造具有一定规则形状的颗粒，与实际的颗粒形状有较大的差距；2)通过微焦点CT设备，对材料进行全方位的断层扫描获取相关的CT图像序列，再利用数字图像处理技术处理CT图像序列，最后得到三维的骨料模型。此方法制备的骨料模型在外形上比较接近真实的骨料颗粒，但是CT设备昂贵且操作繁琐，并且在数字图像处理的过程中会丢失部分数据。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于三维堆积颗粒的单幅二维图像实现三维颗粒准确且便捷地对颗粒进行重建的基于单幅堆积颗粒材料图像的三维颗粒重建方法。为此，本专利技术技术方案如下：一种基于单幅堆积颗粒材料图像的三维颗粒重建方法，步骤如下：1、一种基于单幅堆积颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单幅堆积颗粒材料图像的三维颗粒重建方法，其特征在于，步骤如下：S1、获取堆积颗粒材料的颗粒粒径列表；S2、基于单幅堆积颗粒材料的彩色图像提取其上颗粒的特征轮廓；S3、利用步骤S2得到的颗粒特征轮廓，生成具有不同尺寸的颗粒表面散点模型；其中，每个颗粒表面散点模型的生成方法为：1)根据待重建颗粒的具体轮廓要求，在颗粒轮廓数据库中随机选取两个符合要求的颗粒轮廓，并分别指定为导向轮廓和移动轮廓；2)将导向轮廓水平放置于三维虚拟空间中，并将轮廓A旋转至其最长轴与x轴平行处；将最长轴等距划分为n个节点Pi，获取导向轮廓上与节点Pi的在x轴和z轴上坐标值相同的两个点：点Mi和点Ni之间的距离H；...

【技术特征摘要】
1.一种基于单幅堆积颗粒材料图像的三维颗粒重建方法，其特征在于，步骤如下：S1、获取堆积颗粒材料的颗粒粒径列表；S2、基于单幅堆积颗粒材料的彩色图像提取其上颗粒的特征轮廓；S3、利用步骤S2得到的颗粒特征轮廓，生成具有不同尺寸的颗粒表面散点模型；其中，每个颗粒表面散点模型的生成方法为：1)根据待重建颗粒的具体轮廓要求，在颗粒轮廓数据库中随机选取两个符合要求的颗粒轮廓，并分别指定为导向轮廓和移动轮廓；2)将导向轮廓水平放置于三维虚拟空间中，并将轮廓A旋转至其最长轴与x轴平行处；将最长轴等距划分为n个节点Pi，获取导向轮廓上与节点Pi的在x轴和z轴上坐标值相同的两个点：点Mi和点Ni之间的距离H；3)将移动轮廓竖直放置于三维虚拟空间中，并以其重心坐标为节点，获取过其重心且与y轴平行的轴线与移动轮廓相交的两点：点Oj和点Pj之间的距离D，以计算缩放系数并利用缩放矩阵按照比例缩放移动轮廓；接着，计算点Mi或点Ni与点Oj或点Pj之间的距离差值，通过以该距离差值为基础的平移矩阵将移动轮廓移动到导向轮廓的每个节点上，即形成颗粒表面散点模型；S4、基于步骤三得到的各种尺寸的颗粒的表面散点模型，按照符合步骤一生成的三维堆积状态颗粒的颗粒粒径列表的要求对三维堆积状态的颗粒进行重建。2.根据权利要求1所述的基于单幅堆积颗粒材料图像的三维颗粒重建方法，其特征在于，步骤S1的具体实施步骤为：S101、对堆积颗粒材料或部分堆积颗粒材料进行颗粒分析试验，得到原始颗粒级配曲线；S102、设定待生成颗粒的总个数N，以及其极限粒径mind和maxd，将原始级配曲线分为若干个粒组，S103、根据颗粒分析试验后得到的每个粒组所占体积百分比，计算出每个粒组中待生成颗粒的总个数；S104、以每个粒组中颗粒直径的上、下界的粒径为界限，根据步骤S103计算出的该粒组中待生成颗粒的个数，线性插值出该粒组内粒径从小到大且满足步骤S101得到的颗粒级配曲线粒径变化趋势的每个颗粒的粒径；S105、保存所有粒组内所有颗粒的粒径，生成颗粒粒径列表。3.根据权利要求1所述的基于单幅堆积颗粒材料图像的三维颗粒重建方法，其特征在于，步骤S2的具体实施步骤为：S201、将单幅堆积颗粒材料的彩色图像转变为灰度图像；S202、采用Sobel算子分别对灰度图像从水平和竖直两个方向进行滤波，并求取其梯度幅值矩阵；S203、在经过步骤S201处理得到的灰度图像中分别对背景对象和目标对象进行标记；其中，目标对象指图像中的颗粒所在区域，背景对象指图像中颗粒所在区域与非颗粒所在区域之间的分界线；S204、对经过步骤S202处理得到的梯度幅值矩阵进行修正，即将目标对象和背景对象对应的点在梯度幅值矩阵中修正为一个最小值Inf，完成对梯度幅值矩阵的修正；S205、从经过步骤S204得到的图像中提取颗粒的轮廓，并利用MPP算法对颗粒的轮廓进行优化，并计算每一个颗粒轮廓的圆度、椭圆度和综合形状指数；S206、根据步骤S205计算得到的每个轮廓的圆度、椭圆度和综合形状指数，筛选出符合预期的颗粒轮廓，并生成颗粒轮廓数据库。4.根据权利要求3所述的基于单幅堆积颗粒材料图像的三维颗粒重建方法，其特征在于，在步骤S203中，对目标对象进行标记的具体实施步骤为：1)以经过步骤S201处理得到的灰度图像作为掩模图像，以对掩模图像进行腐蚀运算后的图像作为样本图像，进行第一次重建运算；2)对经过第一次重建运算后得到的图像进行求补运算，并将经过求补运算后得到的图像作为掩模图像；对经过第一次重建运算后得到的图像依次进行膨胀和求补运算，并将结果图像作为样本图像，进行第二次重建运算；然后对经过第二次重建运算后得到的图像进行求补运算；其中，重建运算为...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵高峰，邓志强，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12