[发明专利]一种基于频谱法的Gabor变换实现碳纤维复合材料表面纹理分析方法

摘要

本发明公开了一种基于频谱法的Gabor变换实现碳纤维复合材料表面纹理分析方法。首先，对原始碳纤维材料的表面图像进行巴特沃斯的滤波预处理；其次对预处理后的图像使用Gabor变换得到滤波后的图像Gabout；然后，对滤波后的图像变换到频域；最后对矩阵作归一化处理后求矩阵的灰度直方图，并在直方图上计算图像的特征熵值。本发明可以不仅可以在频域不同尺度、不同方向上提取碳纤维复合材料的熵值特征，而且Gabor函数提取的碳纤维复合材料的熵值可以作为均方根高度Sq的变化依据，此外还可以提取到相近的Sq值之间更加细致的纹理信息，从客观方面对机器测得的均方根高度Sq值起辅助作用。

主权项

1.一种基于频谱法的Gabor变换实现碳纤维复合材料表面纹理分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A，利用扫描电子显微镜获取碳纤维复合材料SEM图像，并对图像进行分组，过程如下：A1、按放大倍数对图像进行分组，分为放大倍数200倍和放大倍数500倍；A2、按照电子显微镜扫描方向对图像进行分组，分为0°，36°，72°，108°，144°，180°，216°，252°，288°，324°十个扫描方向；A3、选取放大倍数200倍和500电镜的每个扫描方向各一幅作为实验图像；步骤B，原始碳纤维复合材料的表面图像进行巴特沃斯低通滤波处理，具体过程如下：B1、给定指标采样率为8KHz，通带截止频率为2.1KHz，阻带截止频率为2.5KHz，通带最大衰减为3，阻带最小衰减为25，采样频率为10KHz；B2、设计模拟巴特沃斯低通滤波器；B3、利用双线性变换法，得到巴特沃斯低通滤波器；B4、图像进行滤波处理，去除噪声；步骤C，对碳纤维复合材料图像进行Gabor变换，即利用步骤B经过巴特沃斯滤波处理后的图像进行二维Gabor变换；二维Gabor滤波函数可以表示为：其中；yp＝y*cos(theta)‑x*sin(theta)，xp＝x*cos(theta)+y*sin(theta)；f为Gabor滤波器的分解尺度，theta为Gabor滤波器的分解方向，x和y是坐标轴，G是Gabor滤波函数g(x,y)；需要通过实验来确定合适的Gabor滤波器的分解尺度和分解方向，具体过程如下：C1、选择Gabor滤波器的分解尺度：①设置Gabor滤波器的频率不变，分解方向theta选择六方向保持不变，分解尺度f为1‑5，把图片输入Gabor滤波函数可输出滤波后的图像Gabout；②根据Gabor变换后Gabout得到的熵值进行分析，发现碳纤维复合材料表面纹理的分解尺度为1‑3尺度得到的结果较好，从而确定分解尺度f选择3；C2、选择Gabor滤波器的分解方向：①根据步骤a确定的分解尺度，设置Gabor滤波器的频率不变，分解尺度f选择为3，分解方向theta选择3‑6方向，把图片输入Gabor滤波函数可输出滤波后的图像Gabout；②根据Gabor变换后Gabout得到的熵值进行分析，发现电镜200倍三尺度三方向中一尺度π/3方向在所有对比实验中得到最大熵值3.77，最能反映Gabor变换在这个参数下求得的最佳特征值，包含的纹理特征信息最多，从而确定最终确定了三尺度三方向实验中的一尺度π/3方向作为分解尺度和分解方向；步骤D，寻找机器测得的均方根高度Sq与碳纤维复合材料经由Gabor变换求得的特征熵值的关系，具体步骤如下：D1，随机选取碳纤维复合材料200倍电镜图12个面5个方向的图，根据机器测得的均方根高度Sq值，计算每个面5个方向的平均Sq值，Sq值是由ISO25178‑2规定的区域法表面形貌评定的幅度参数，均方根高度Sq为评定区域A内的表面均方根偏差，反映的是表面高度值的标准差偏差，偏差越大说明表明越粗糙，具体公式如下：其中η(x,y)为残差表面，M、N为分别为在采样区域内x向和Y向的离散采样点数；D2，计算第1步中对应图像经由Gabor变换求得的特征熵值的平均值；D3，将实验图像的12个面的平均熵值和平均Sq值绘制到一张图中寻找实验规律；D4，在以上实验的基础上另外选择碳纤维复合材料200倍电镜图5个面5个方向的图计算平均熵值和平均Sq值用于验证第3步所发现的规律。