基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的巖石節(jié)理寬度測(cè)量
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本文以簡(jiǎn)單Ferret算法為基礎(chǔ)，介紹其改進(jìn)算法，并通過對(duì)一個(gè)巖石節(jié)理裂隙的實(shí)際測(cè)量過程的介紹和測(cè)量結(jié)果分析，對(duì)比了改進(jìn)的Ferret算法和目前常用的測(cè)量算法的優(yōu)劣。
1 數(shù)字圖像處理原理及算法
在數(shù)字圖像處理技術(shù)中，對(duì)不規(guī)則二維幾何圖形的測(cè)量多采用多邊形近似的方法[2]。對(duì)于復(fù)雜的不規(guī)則二維幾何圖形來說，通常借用規(guī)則的幾何圖形對(duì)它們進(jìn)行近似計(jì)算，從而獲得被測(cè)目標(biāo)圖形的幾何特征值。需要注意的是，在對(duì)圖像中的目標(biāo)物體進(jìn)行測(cè)量之前，一般先要對(duì)原始圖像進(jìn)行二值化處理[2]，然后再以二值圖為基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)量分析。
1.1 簡(jiǎn)單Ferret算法原理
簡(jiǎn)單Ferret算法首先從二值圖的邊界任選一點(diǎn)，經(jīng)過此點(diǎn)做圖形的切線。取與該切線平行的直線，使它與圖形的另外一側(cè)邊界相切，當(dāng)這2條切線間的垂直距離最大時(shí)，此時(shí)的距離為被測(cè)圖形的長(zhǎng)度值；當(dāng)垂直距離達(dá)到最小時(shí)為被測(cè)圖形的寬度值。用Ferret Box測(cè)量不規(guī)則圖形的寬度示意圖如圖1所示。圖中Fm為最大值。
可以看出這種算法雖然簡(jiǎn)單卻存在缺陷。原因是：要想找到垂直距離的最大值和最小值，就要進(jìn)行多次取值和比較，對(duì)于邊界變化頻繁的圖形來說操作十分繁瑣。而且這種方法對(duì)于凸多邊形比較適用，對(duì)于凹多邊形特別像節(jié)理裂隙這樣邊界變化很大的復(fù)雜圖形來說確定切線存在難度，這將影響測(cè)量工作的準(zhǔn)確度。下面將以簡(jiǎn)單Ferret算法為基礎(chǔ)，介紹一種比較穩(wěn)定的測(cè)量寬度的算法――改進(jìn)的Ferret算法。
1.2 改進(jìn)的Ferret算法原理
改進(jìn)的Ferret算法充分利用了二維幾何圖形的旋轉(zhuǎn)不變性原理，彌補(bǔ)了簡(jiǎn)單Ferret算法不易測(cè)量凹多邊形的缺陷，原理步驟如下。
(1)使用求最小二階矩的方法，惟一確定測(cè)量不規(guī)則圖形寬度的參考方向。
(2)以確定的參考方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，再采用Ferret Box的方法獲得圖形的長(zhǎng)度和寬度。
可以看出改進(jìn)的Ferret算法主要是增加了確定方向的方法，它使得寬度的測(cè)量結(jié)果趨于穩(wěn)定。
采用最小二階矩的方法確定參考方向如圖2所示。圖中，虛線為過物體質(zhì)心的任意一條直線，二值圖曲線方程為f(x，y)，點(diǎn)(x，y)到虛線的垂直距離R為轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，可得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量方程：
評(píng)論