[发明专利]一种复杂砂尘的简化与典型特征形状构建方法

权利要求书

1.一种复杂砂尘的简化与典型特征形状构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)砂尘样本制备，取样前充分搅拌砂尘，使粗细砂尘混合均匀；砂尘以单颗粒的形态分散在介质中；

(2)砂尘图像采集：将显微镜的取景高度沿垂直于拍摄平面的方向调整，从而生成不同景深的图片集；

(3)二维图像分析与简化，包括：

(3a)对上述图片集中的图像进行初步处理，包括去噪、中值滤波、增强对比度、将图片二值化以及填洞操作；

(3b)将同一视场不同景深的图片集进行加法操作，获得砂尘的精确外形；

(3c)除去图像中的过小颗粒物，对单个颗粒物进行分离,获取砂尘几何中心点坐标和边界曲线的坐标集合，将几何中心点到边界的距离表示成关于极角的函数；

(3d)对(3c)中得到的函数曲线进行局部加权回归散点平滑处理，去除边界曲线的异常特征；

(3e)按照砂尘简化的复杂程度，将极角范围等间距地分为N个区间，获取每个区间内极径的极大值点，即为砂尘边缘的特征角点，对特征角点进行优化处理，将处理后的角点相连得到砂尘的多边形轮廓；

(3f)按照研究需要对砂尘的多边形轮廓分类，得到圆形、长条形、三角形直至N边形；

(4)典型特征形状构建，包括：

(4a)按照步骤(3)对采集到的图像进行批处理，确保除圆形外的每一类形状的统计个数K不少于100；

(4b)获取除圆形外的每一类形状中全部颗粒的典型形状因子，长宽比E和圆形度R，其计算公式分别为：

其中L为砂尘颗粒二维简化形状的费雷特直径、S为砂尘颗粒二维简化形状的最小费雷特直径、A为砂尘颗粒二维简化形状的面积、P为砂尘颗粒二维简化形状的周长，从而生成形状因子的概率分布，其中分布概率占比为95％时则为形状因子的集中分布区间；

(4c)对于除圆形外的每一类形状，采用图形创建软件在形状因子的集中分布区间内生成三角形作为基础形状，选取N-2个基础形状进行缩比得到长度相同的边进行拼接生成其他N边形，确保生成的形状不存在内凹角并且形状因子在相互之间具有一定区分度的基础上遍布集中分布区间，从而构建出非规则典型特征形状；

(4d)利用形状因子的相关度将特征形状与简化形状进行匹配，获得特征形状在砂尘中的分布概率，从而能够反映真实砂尘的形状分布特性。

2.根据权利要求1所述的复杂砂尘的简化与典型特征形状构建方法，其特征在于：步骤(1)中，对砂尘进行粗取样和细取样，砂尘的粗取样方法为，遵循多点采样原则，从不同位置、不同深度选取砂尘，取样点不少于4个，将各点采集的试样混合均匀得到砂尘的粗样；砂尘的细取样方法为，将粗砂尘全部置于水平玻璃板上，混合均匀后堆砌为圆锥状，用薄片从圆锥顶部呈十字形分开，选取对角两份混合均匀，重复该步骤直到砂尘缩分为拍摄所需的样本量，得到砂尘的细样。

3.根据权利要求1所述的复杂砂尘的简化与典型特征形状构建方法，其特征在于：步骤(1)中砂尘以单颗粒的形态分散的介质为无水乙醇，砂尘与无水乙醇的体积比为1:100；砂尘以单颗粒的形态分散在无水乙醇中形成悬浮液；采用滴管吸取悬浮液，并将悬浮液平铺于载玻片上。

4.根据权利要求1所述的复杂砂尘的简化与典型特征形状构建方法，其特征在于：步骤(2)中，在垂直于拍摄平面的方向上选取三至四个取景高度，确保捕捉砂尘沿三维方向不同高度上的外凸边缘特征。

5.根据权利要求1所述的复杂砂尘的简化与典型特征形状构建方法，其特征在于：步骤(3e)中，砂尘特征角点的优化方法为，计算各区间内极值点的极角差值，当差值小于阈值时认为边缘上对应的两个角点位置相近，因而保留两个角点中极径值较大点，去除另一个。

6.根据权利要求1所述的复杂砂尘的简化与典型特征形状构建方法，其特征在于：步骤(3e)中，砂尘特征角点的优化方法为，计算各极值点的当地一阶导数，当导数的绝对值小于阈值时，表明砂尘边缘在该角点附近变化平缓，外凸特性不明显，将该角点去除。