一种基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法，通过摄取块石数字图像，采用图像识别的方式得到块石轮廓数据点，接着将块石点数据重心重置到坐标原点(0，0)，利用Savitzky

【技术实现步骤摘要】
(x，y)。
[0012]首先，采用Gauss平滑滤波器卷积对f
G
(x，y)进行降噪处理，其中采用的离散化的二维Gauss核函数形式为：
[0013][0014]式中，σ为标准差，K(x，y)为图像中(x，y)坐标处降噪后的灰度值。
[0015]再采用Sobel算子G
x
、G
y
计算出每个像素点的边缘梯度G[x，y]和方向θ以此增强图像，其中：
[0016][0017]θ＝arctan
‑1(G
y
/G
x
)
[0018]最后对块石数字图像检测的边缘模糊的像素点开展极大值抑制计算，并确定灰度阈值f
thr
从而得到更精确的边缘点数据集P0(x，y)。
[0019]3)求取块石重心(x0，y0)，将块石轮廓点数据集P0(x，y)进行平移，使重心处于坐标原点(0，0)上，此时点数据集为P1(x，y)；
[0020]假定P0(x，y)含有n个点(x
i
，y
i
)(i＝1，2，3，...，n)，则点数据集P0(x，y)的重心为：
[0021][0022]将P0(x，y)含有n个点的x值和y值分别减去x0和y0，得到P1(x，y)，此时块石重心落在坐标原点(0，0)上。
[0023]4)采用Savitzky
‑
Golay卷积平滑块石轮廓点数据集P1(x，y)，得到平滑后的点数据集P
s
(x，y)；
[0024]5)将原始轮廓点数据集P1(x，y)和平滑后的点数据集P
s
(x，y)转化为极坐标数据格式，得到原始轮廓点数据集极坐标形式P1(ρ，θ)和极坐标轮廓点数据集极坐标形式P
s
(ρ，θ)；
[0025]其中，直角坐标(x，y)与极坐标(ρ，θ)转换，采用下式：
[0026][0027]6)对P1(ρ，θ)和P
s
(ρ，θ)进行线性插值，使数据点更加密集，得到P1(ρ
′
，θ
′
)和P
s
(ρ
′
，θ
′
)，使后续轮廓周长求取更加精确；
[0028]7)基于P
s
(ρ
′
，θ
′
)求取平滑后的轮廓每个数据点所对应的轮廓周长L
s
(ρ
′
，l)；
[0029]假定P
s
(ρ
′
，θ
′
)含有n个点(ρ
′
i
，θ
′
i
)(i＝1，2，3，...，n)，则L
s
(ρ
′
，l)中l为：
[0030][0031]8)将P1(ρ
′
，θ
′’
)和P
s
(ρ
′
，θ
′
)中每项ρ
′
进行差值运算，得到能够反映块石表面真实粗糙程度数据集P(ρ
″
，θ)，将P(ρ
″
，θ)中ρ
″
作为纵坐标，L
s
(ρ
′
，l)中l作为横坐标，得到点集B(ρ
′
，l)；
[0032]9)采用傅里叶级数展式开对点集B(ρ
’
，l)进行拟合，对块石界面进行数字化，得到数字化界面模型f(x，y)；
[0033]采用的傅里叶级数展开式如下：
[0034][0035]式中，y(x)为获取的界面点数据集，L为界面总长度，a0、a
n
、b
n
均为傅里叶系数。
[0036]10)根据数字化界面f(x，y)通过下式求取块石界面的粗糙度值JRC：
[0037][0038]其中：
[0039][0040]式中，α是常数，h为界面最大点与最低点y值差值，L为界面整个长度。
[0041][0042]式中，Dx为界面延伸方向(x轴)的取点间隔，y为取样点的y轴坐标值，M为沿界面轮廓取点的数量。该公式考虑了界面粗糙度与剪切方向间的关系，与剪切方向同向坡面的剪胀角为正，反之为负。
[0043]与现有技术相比，本专利技术一种基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法采用以上技术方案后具备以下有益效果：
[0044]该基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法通过摄取块石数字图像，采用图像识别的方式得到块石轮廓点数据，并将块石点数据重心重置到坐标原点(0,0)，再利用Savitzky
‑
Golay卷积平滑块石轮廓点数据集、差值运算、傅里叶级数展式拟合等手段，获取能够反映块石表面真实粗糙度的数字化界面模型f(x,y)，最终求取块石界面的粗糙度值JRC。该方法优点如下：
[0045](1)该方法能够高效且可重复性的将不规则的块石轮廓进行数字化；
[0046](2)该方法将传统结构面的JRC指标求取方法创新性的应用到块石轮廓粗糙度求取上，为土石界面的力学特性研究提供了基础；
[0047](3)该方法采用图像识别、数据插值、傅里叶技术展开等具有明确数学意义的方法，具有可重复性、高效、便捷等特点，且科学可信度高。
附图说明
[0048]图1为摄取的块石图像灰度图；
[0049]图2为块石数字图像原始轮廓和平滑后的轮廓；
[0050]图3为块石表面真实粗糙程度数据集的获得；
[0051]图4为傅里叶级数展开法拟合界面轮廓；
[0052]图5为界面JRC值求取部分参数示意。
具体实施方式
[0053]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术一种基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0054]请参阅图1
‑
5，本实施例中的一种基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法采用以下步骤获得：
[0055]S1、在工程现场，收集具有代表性的块石，并在实验室采用照相机摄取块石图像。采用灰度化计算公式对块石数字图像进行灰度化处理，得到图像灰度值f
G
(x，y)，灰度化后的图像如图1所示；
[0056]采用的灰度化计算如下：
[0057]f
G
(x，y)＝0.299f1(x，y)+0.587f2(x，y)+0.114f3(x，y)
[0058]所述式中f
G
(x，y)(k＝1，2，3)依次表示图像中(x，y)坐标处R、G、B的色彩值，所述f
G
(x，y)为图像中(x，y)坐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法，其特征在于包括以下步骤获得：1)摄取块石图像，并进行灰度化处理，得到图像灰度值f
G
(x，y)；2)采用边缘检测算法对块石数字图像轮廓进行识别，获取块石轮廓点数据集P0(x，y)；3)求取块石重心(x0，y0)，将块石轮廓点数据集P0(x，y)进行平移，使重心处于坐标原点(0，0)上，此时点数据集为P1(x，y)；4)采用Savitzky
‑
Golay卷积平滑块石轮廓点数据集P1(x，y)，得到平滑后的点数据集P
s
(x，y)；5)将原始轮廓点数据集P1(x，y)和平滑后的点数据集P
s
(x，y)转化为极坐标数据格式，得到原始轮廓点数据集极坐标形式P1(ρ，θ)和极坐标轮廓点数据集极坐标形式P
s
(ρ，θ)；6)对P1(ρ，θ)和P
s
(ρ，θ)进行线性插值，获得P1(ρ
′
，θ
′
)和P
s
(ρ
′
，θ
′
)，使后续轮廓周长求取更加精确；7)基于P
s
(ρ
′
，θ
′
)求取平滑后的轮廓每个数据点所对应的轮廓周长L
s
(ρ
′
，l)；8)将P1(ρ
′
，θ
′
，)和P
s
(ρ
′
，θ
′
)中每项ρ
′
进行差值运算，得到能够反映块石表面真实粗糙程度数据集P(ρ
″
，θ)，将P(ρ
″
，θ)中ρ
″
作为纵坐标，L
s
(ρ
′
，l)中l作为横坐标，得到点集B(ρ
′
，l)；9)采用傅里叶级数展式开对点集B(ρ
′
，l)进行拟合，对块石界面进行数字化，得到数字化界面...

【专利技术属性】
技术研发人员：许传华，徐全，代永新，李跃，卢敬标，任新华，曾学敏，
申请(专利权)人：华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：