[发明专利]一种基于显微二维图像序列的非织造布三维建模方法

说明书

本发明公开了一种基于显微二维图像序列的非织造布三维建模方法，属于三维结构建模领域。本发明的基于显微二维图像序列的非织造布三维建模方法，融合图像处理和三维建模技术，所建立的非织造布三维几何模型中纤维不是随机分布，而是依据采集的序列真实图像提取纤维的平面位置以及深度信息，因此所建模型的空间结构和非织造布内纤维真实堆砌结构具有较高的一致性，可为后续各项研究提供精准三维结构模型。本发明的基于显微二维图像序列的非织造布三维建模方法，在降低获取图像成本的前提下，构建与真实纤维堆砌结构基本一致的非织造布三维模型。

技术领域

本发明属于三维结构建模领域，尤其是一种基于显微二维图像序列的非织造布三维建模方法。

背景技术

非织造布作为一种新型的过滤材料，广泛应用于化工、矿业、医药、食品、纺织、机械、汽车工业以及环保等领域。研究表明，非织造布内部的孔隙结构和纤维形态参数直接影响材料的过滤性能，然而，材料中纤维的三维取向、结合点排列等细观结构较为复杂，直接测量纤维的各项形态参数较困难，因此可以采用计算流体力学(Computational FluidDynamics，CFD)先将纤维的空间结构进行简化再求解，其中建立更加真实的非织造三维模型是保证过滤性能仿真结果准确性的关键。目前的研究中，随机生长法、随机序列生成法和图像重建法是建立非织造布三维模型的主流方法。但随机生长法和随机序列生成法都是对非织造布内部结构的虚拟仿真，并不是真实再现；图像重建法中，虽然通过Micro-CT所构建的三维模型是非织造布内部结构的真实再现，但是其所使用的仪器较为昂贵，获取图像成本过高。

发明内容

本发明的目的在于克服非织造布内部结构进行真实再现成本高的缺点，提供一种基于显微二维图像序列的非织造布三维建模方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于显微二维图像序列的非织造布三维建模方法，包含以下步骤：

S1：利用全自动光学显微镜对非织造布进行图像序列的采集，得到图像序列；

S2：计算图像序列各个像素点清晰度，将图像序列进行像素级多聚焦图像融合得到全清晰融合图像；

基于所述图像序列的各个像素点，记录各个平面位置(i,j)沿深度方向的最佳清晰图层(k)；

S3：对所述全清晰融合图像进行图像分割，得到单根纤维的全清晰融合图像；

S4：对单根纤维的全清晰融合图像进行边缘化处理，提取单根纤维图像边缘，得到纤维边缘各点平面坐标(i,j)；

S5：基于纤维边缘各点平面坐标(i,j)与各个平面位置(i,j)沿深度方向的最佳清晰图层(k)，得到纤维边缘各点的三维空间坐标(i,j,k)；

S6：对所述纤维边各点的三维空间坐标利用Polyfit算法进行拟合，得到拟合的纤维边缘三维空间坐标；

S7：将所述拟合的纤维边缘三维空间坐标导入到Solid Works软件中，进行纤维的三维建模。

进一步的，S1中的全自动光学显微镜拍摄图像序列的层数由非织造布的厚度和全自动光学显微镜的景深确定。

进一步的，在S2中，计算图像序列各个像素点清晰度具体操作为：

采用8×8大小的清晰度窗口，以待测量清晰度像素为中心计算区域清晰度；

计算出每个聚焦图层中每个像素点的清晰度，记录在三维空间坐标矩阵M(i,j,n)中；

比较所有图层中相同位置(i,j)的清晰度，得到(i,j)清晰度最大的聚焦图层数k，记为H(i,j,k)，将(i,j,k)坐标信息存储为txt文件；

其中，i为采集图像的像素宽度，j为采集图像的像素高度，n为聚焦图层的层数。