[发明专利]一种基于球谐函数不变量的颗粒识别和追踪方法

摘要

本发明属于岩土工程微型试验领域，并公开了一种基于球谐函数不变量的颗粒识别和追踪方法。该方法包括下列步骤：(a)颗粒样本初始状态和变形状态的CT扫描，获得各自的CT影像图；(b)CT影像图的图像处理；(c)采用球谐函数表征初始状态和变形状态CT影像图中每个颗粒的三维形态；(d)通过计算球谐函数不变量的二范数距离来匹配两个不同状态下的颗粒，从而实现颗粒的识别。通过本发明，有效地识别原位X射线高精度CT扫描下,微型土力学试验中不同加载阶段的砂土颗粒，准确地追踪所有砂土颗粒的运动行为，适用范围广。

主权项

1.一种基于球谐函数不变量的颗粒识别和追踪方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)选取一堆颗粒制作为颗粒样本，得到初始状态的颗粒样本，改变该颗粒样本中颗粒之间的相对位置，获得变形状态的颗粒样本，CT扫描该初始状态和变形状态下的颗粒样本，分别获得各自的CT影像视图；(b)分别对所述初始状态和变形状态的CT影像视图进行图像处理和分析，获得其中每个颗粒的体积、表面积、三维尺寸、质心坐标和三维主轴方向，同时，通过颗粒之间灰度值不同分别对所述初始状态和变形状态的CT影像视图中的每个颗粒编号；(c)分别检测所述初始状态和变形状态的CT影像视图中每个颗粒的边界像素，并根据该边界像素的分辨率换算获得组成颗粒表面的各个顶点在空间三维坐标系中的三维坐标，通过坐标转换将所述三维坐标转化为极坐标，由此获得所述颗粒表面所有顶点的极坐标并构成极坐标集，采用球谐函数序列逼近所述极坐标集，使得每个颗粒均通过一个球谐函数来表征其三维表面形态，从而使得所述初始状态和变形状态的CT影像视图中每个颗粒均形成相应的球谐函数，同时通过该球谐函数获得对应的球谐函数不变量；(d)逐个计算所述变形状态的CT影像视图中的颗粒j与所述初始状态的CT影像视图中的每个颗粒之间的球谐函数不变量二阶范数距离，获得在所述初始状态的CT影像视图中与所述颗粒j的所述球谐函数不变量二阶范数距离最小的颗粒，该距离最小的颗粒即为所述颗粒j在所述初始状态中的待识别颗粒，同时将所述颗粒j的编号更改为该距离最小的颗粒的编号，当所述变形状态的CT影像视图中的每个颗粒均完成编号的更改时，完成所述变形状态的CT影像视图中每个颗粒的识别，从而实现颗粒的识别，其中，j＝1,2,...,N，N是颗粒的总数量。