[发明专利]一种基于图像处理的河流砾石磨圆度的计算方法

说明书

本发明公开了一种基于图像处理的河流砾石磨圆度的计算方法，使用改进后最小二乘法对岩石边缘进行椭圆拟合，基于得到的数据给出了一个符合逻辑的椭圆相似度的判据，定量的分析了岩石的圆滑程度，与肉眼直接观察的方式相比，更具有可靠性、重复性和前瞻性。

技术领域

本发明属于地质调查勘探领域，特别涉及一种基于图像处理的河流砾石磨圆度的计算方法。

背景技术

在地质勘探领域中，河流砾石的形状是砾石的基本参数，越接近圆的程度，说明岩石被搬运的距离和时间。砾石越接近于圆，说明岩石被搬运的距离和时间越长。地质学家用磨圆度描述它。圆度是一个数学概念，最早的定义指最尖的角边曲率半径与最长对径一半的比值(Wentworth C K 1919),Wadell H(1932)将概念修正为颗粒中所有角或边的平均曲率半径与最大内接球的半径比。由于地质测量的复杂性，目前普遍采用与椭圆的相似程度作为评估的参数来估算岩石与椭圆的相似程度。

然而在实际操作过程中，传统的数学概念并不便于野外操作，通常研究人员是通过肉眼直接观察判断岩石的圆滑程度。通过其外型的特征，将其划分为滚圆状、圆状、次圆状、次棱角状、棱角状、尖棱角状，以此来进行相关数据的整理与分析。但这样的划分方式标准十分模糊，主观性过强，因此如何以一种定量的方式对岩石进行划分，成为了一个亟待解决的问题。

发明内容

针对目前仅以肉眼观察岩石圆滑程度的方法太过于主观，可靠性低，对砾石搬运历史的判断太过臆断的问题。本发明提出了一种基于图像处理的解决砾石圆度的新方法，不仅对河底岩石的圆滑程度进行了准确的描述，而且给出了对圆滑程度的量化标准，为相关研究提供了有效的帮助。

本发明是为解决上述问题而提出的，目的是在地质调查领域，对河流砾石磨圆度判定提供一个方便操作的量化标准。

在本发明中，为了实现上述目的，首先，基于Canny算子对河流砾石图像进行边缘提取，选用二维高斯函数滤除噪声信号，得到平滑图像。二维高斯函数：

其中σ为标准值，用于控制平滑程度，(x,y)为图像中像素点的坐标。

计算河流砾石图像各像素点的梯度的幅值和方向，求出水平方向的梯度Gx(x,y)和竖直方向的梯度Gy(x,y)和梯度G'(x,y)：

Gx(x,y)＝G(x+1,y)-G(x,y)

Gy(x,y)＝G(x,y+1)-G(x,y)

进行非极大值抑制遍历图像，若像素的灰度值与其梯度方向上前后两像素的灰度值相比不是最大的则像素值置为0，即不是边缘。由于数字图像中像素点是离散的二维矩阵，梯度方向两侧的点不一定存在，因此这个点的灰度值需要通过两侧的点插值得到。插值方法如下所示：

当x方向的梯度幅值较大时,权重用weight1表示，当y方向的梯度幅值较大时,权重用weight2表示。梯度方向上点的梯度值Grad_1和Grad_2由邻域元素梯度值根据权重进行插值得到。