一種巖體裂隙信息的計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種巖體裂隙信息的計(jì)算方法，包括：用于把巖體的彩色圖像轉(zhuǎn)換為精確二進(jìn)制圖像的處理步驟、用于獲取精確二進(jìn)制圖像中巖體的裂隙的邊界線并根據(jù)該邊界線計(jì)算出裂隙最窄寬度的計(jì)算步驟、用于獲取精確二進(jìn)制圖像中裂隙的骨架線并根據(jù)該骨架線計(jì)算出裂隙的主干線長(zhǎng)度的計(jì)算步驟、線裂隙比計(jì)算步驟和面積裂隙比計(jì)算步驟，與使用傳統(tǒng)方法得到的裂隙平均寬度相比較而言，本發(fā)明所獲得的裂隙最窄寬度更具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，得到的線裂隙比和面積裂隙比更精確、更快捷。
【專利說明】一種巖體裂隙信息的計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖土工程【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種裂隙信息的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]巖體中幾乎都存在不同程度和不同數(shù)量的裂隙，這些裂隙所形成的不連續(xù)面破壞了巖體的完整性和連續(xù)性，削弱了巖體強(qiáng)度，增大了巖體變形甚至破碎的幾率。針對(duì)不同的領(lǐng)域而言，巖體裂隙都有可能帶來較大的危害。
[0003]隨著計(jì)算機(jī)圖像處理功能廣泛應(yīng)用于很多研究領(lǐng)域，用于物體尺寸測(cè)量的數(shù)字圖像技術(shù)在近二十年內(nèi)得到了快速發(fā)展。數(shù)字圖像化技術(shù)就是將圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，從而可以應(yīng)用各種數(shù)學(xué)算法從圖像中提取重要的信息。
[0004]關(guān)于巖體裂隙的調(diào)查計(jì)算，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開展過一些工作，并取得了 一定的成果。
[0005]國(guó)外方面，Crosta較早提出了一種簡(jiǎn)單圖像分析技術(shù)，利用該技術(shù)結(jié)合計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)巖體破碎特征的分析；Lemy等介紹了一個(gè)對(duì)巖體的攝影圖像進(jìn)行快速提取其中的裂隙信息的數(shù)字表面測(cè)量系統(tǒng)，裂隙的提取過程分別經(jīng)過數(shù)字圖像處理中的邊緣識(shí)別和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，其結(jié)果可以直接用來評(píng)估巖體結(jié)構(gòu)特征；Ferreix)等運(yùn)用圖像識(shí)別原理，對(duì)攝影獲得的數(shù)字圖像進(jìn)行分析，得到一些點(diǎn)陣，然后對(duì)點(diǎn)陣進(jìn)行最小二乘法等自動(dòng)化處理，最終得到巖體結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀特征數(shù)據(jù)；Hadjige0rgi0U等對(duì)巖體裂隙數(shù)字圖像進(jìn)行了各種邊緣檢測(cè)和線檢測(cè)，獲得相應(yīng)的二值化圖像，然后對(duì)各種方法所得的二值化圖像進(jìn)行了對(duì)比研究(同時(shí)也進(jìn)行了邊緣檢測(cè)和線檢測(cè))；Sturzenegger等對(duì)現(xiàn)代量測(cè)巖體產(chǎn)狀最常用的兩種手段:三維數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量和三維激光掃描法，從理論到原理到測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究；Deb等和Reid等分別就攝影測(cè)量獲得的巖體結(jié)構(gòu)面圖像進(jìn)行了裂隙信息的全自動(dòng)和半自動(dòng)提取方法研究。
[0006]國(guó)內(nèi)早期對(duì)巖體裂隙數(shù)字圖像處理的學(xué)者主要是吳志勇、范留明和李寧等人。吳志勇等依據(jù)計(jì)算機(jī)視覺理論對(duì)野外巖體數(shù)碼圖像進(jìn)行解譯，獲得了裂隙相關(guān)參數(shù)信息，并基于Visual LISP開發(fā)了解譯程序，使統(tǒng)計(jì)工作高效、簡(jiǎn)便、實(shí)用；范留明等提出了裂隙圖像的現(xiàn)場(chǎng)采集方法和“幾何變換一圖像增強(qiáng)一智能識(shí)別一形狀解析”的解析路徑，并且對(duì)裂隙圖像進(jìn)行了模式識(shí)別技術(shù)的研究，還將其研究?jī)?nèi)容運(yùn)用于對(duì)掘進(jìn)隧道中切穿頂拱的裂隙面產(chǎn)狀計(jì)算；近幾年，李亞萍進(jìn)行了基于數(shù)碼圖像的巖體裂隙幾何學(xué)分析；王鳳艷和劉子俠等人進(jìn)行了以普通數(shù)碼相機(jī)為攝影工具，應(yīng)用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站一VirtuoZo經(jīng)過一系列處理獲取巖體結(jié)構(gòu)面的幾何信息的研究。
[0007]然而，在上述方法中，裂隙的寬度被認(rèn)為是基于裂隙的總長(zhǎng)度的平均寬度，該種近似等同造成裂隙信息計(jì)算的精確度不高，因此，現(xiàn)有的裂隙調(diào)查與圖像的分析方法存在很大的局限性；同時(shí)，人工對(duì)巖體的裂隙進(jìn)行信息收集和統(tǒng)計(jì)時(shí)，往往要求自然環(huán)境比較簡(jiǎn)單，若對(duì)懸崖等特殊極端環(huán)境下的巖體裂隙進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，很難用手直接測(cè)量裂隙的基本參數(shù)信息。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對(duì)以上的缺陷，目的在于提供一種不僅精確度高而且計(jì)算過程方便快捷的巖體裂隙信息的計(jì)算方法。
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0010]本發(fā)明提供一種巖體裂隙信息的計(jì)算方法，包括:用于把巖體的彩色圖像轉(zhuǎn)換為精確二進(jìn)制圖像的處理步驟；以及用于獲取精確二進(jìn)制圖像中巖體的裂隙的邊界線并根據(jù)該邊界線計(jì)算出裂隙最窄寬度的計(jì)算步驟。
[0011]上述處理步驟包括:
[0012](I)、獲取彩色圖像，把彩色圖像中含有裂隙的區(qū)域轉(zhuǎn)換為灰色圖像，獲得灰色圖像的灰度矩陣，根據(jù)灰度矩陣?yán)L制灰度直方圖并根據(jù)灰度直方圖確定灰度值范圍；
[0013](2)、判斷灰色圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)的灰度值是否在灰度值范圍內(nèi)，當(dāng)判斷出在灰度值范圍內(nèi)時(shí)，將該像素點(diǎn)的灰度值重新設(shè)定為0，當(dāng)判斷出不在灰度值范圍內(nèi)時(shí)，將該像素點(diǎn)的灰度值重新設(shè)定為255，得到粗糙二進(jìn)制圖像；
[0014]( 3 )、利用形態(tài)學(xué)變換法處理粗糙二進(jìn)制圖像，得到精確二進(jìn)制圖像。
[0015]上述最窄寬度的計(jì)算步驟包括:
[0016](I)、獲取邊界線，在邊界線上選取起點(diǎn)和終點(diǎn)，起點(diǎn)和終點(diǎn)將邊界線分成第一側(cè)邊線和第二側(cè)邊線；
[0017](2)、選擇第一側(cè)邊線上除起點(diǎn)和終點(diǎn)之外的任意一個(gè)像素點(diǎn)作為目標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算該目標(biāo)點(diǎn)和第二側(cè)邊線上任意一個(gè)像素點(diǎn)之間的距離，比較出目標(biāo)點(diǎn)與第二側(cè)邊線上每一個(gè)像素點(diǎn)之間距離的最小值作為裂隙在目標(biāo)點(diǎn)處的最小寬度；
[0018](3)、比較出第一側(cè)邊線上所有目標(biāo)點(diǎn)的最小寬度的最小值作為裂隙的最窄寬度。
[0019]上述巖體裂隙信息的計(jì)算方法還包括:用于獲取裂隙的最大寬度的計(jì)算步驟；以及用于獲取精確二進(jìn)制圖像中裂隙的骨架線并根據(jù)該骨架線計(jì)算出裂隙的主干線長(zhǎng)度的計(jì)算步驟。
[0020]上述最大寬度的計(jì)算步驟包括:
[0021](I)、獲取邊界線，在邊界線上選取起點(diǎn)和終點(diǎn)，起點(diǎn)和終點(diǎn)將邊界線分成第一側(cè)邊線和第二側(cè)邊線；
[0022](2)、選擇第一側(cè)邊線上除起點(diǎn)和終點(diǎn)之外的任意一個(gè)像素點(diǎn)作為目標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算該目標(biāo)點(diǎn)和第二側(cè)邊線上任意一個(gè)像素點(diǎn)之間的距離，比較出目標(biāo)點(diǎn)與第二側(cè)邊線上每一個(gè)像素點(diǎn)之間距離的最大值作為裂隙在目標(biāo)點(diǎn)處的最大寬度；
[0023](3)、比較出第一側(cè)邊線上所有目標(biāo)點(diǎn)的最大寬度的最大值作為裂隙的最大寬度。
[0024]上述主干線長(zhǎng)度的計(jì)算步驟包括:
[0025](I)、獲取骨架線上的所有交叉點(diǎn)以及除起點(diǎn)和終點(diǎn)之外的其它端點(diǎn)，計(jì)算出每個(gè)端點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的交叉點(diǎn)之間的距離并逐個(gè)比較端點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的交叉點(diǎn)之間的距離與最大寬度的大小，當(dāng)端點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的交叉點(diǎn)之間的距離小于最大寬度時(shí)，刪除該端點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的交叉點(diǎn)之間的線段；
[0026](2)、當(dāng)比較結(jié)束時(shí)，被保留下來的線段為主干線，主干線上所有像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)即為主干線長(zhǎng)度。
[0027]上述巖體裂隙信息的計(jì)算方法還包括線裂隙比計(jì)算步驟，包括:[0028](I)、在精確二進(jìn)制圖像中作與裂隙的走向相交叉并且與精確二進(jìn)制圖像的相對(duì)向的兩邊相交的標(biāo)準(zhǔn)直線，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)直線的總長(zhǎng)度；
[0029](2)、分別計(jì)算裂隙的各條分支與標(biāo)準(zhǔn)直線的相交處在標(biāo)準(zhǔn)直線上所占的長(zhǎng)度；
[0030](3)、計(jì)算各個(gè)相交處的長(zhǎng)度之和，并計(jì)算長(zhǎng)度之和與標(biāo)準(zhǔn)直線的總長(zhǎng)度之商即得裂隙和標(biāo)準(zhǔn)直線的線裂隙比。
[0031]上述巖體裂隙信息的計(jì)算方法還包括面積裂隙比計(jì)算步驟，包括:
[0032](I)、分別計(jì)算裂隙的面積和精確二進(jìn)制圖像的面積；
[0033](2)、計(jì)算裂隙的面積和精確二進(jìn)制圖像的面積之商即得裂隙和精確二進(jìn)制圖像的面積裂隙比。
[0034]由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0035]本發(fā)明所涉及的巖體裂隙信息的計(jì)算方法能夠計(jì)算出裂隙在任意一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)處的最小寬度，而不是籠統(tǒng)地把裂隙的寬度近似等價(jià)于基于裂隙的總長(zhǎng)度的平均寬度，所以能夠減小裂隙信息的計(jì)算誤差，使得本計(jì)算方法具有通用性廣和準(zhǔn)確性高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一中的裂隙的邊界線的示意圖。
[0037]圖2是本發(fā)明實(shí)施例二中的裂隙的形態(tài)圖。
[0038]圖3是本發(fā)明實(shí)施例二中的裂隙的骨架線的形態(tài)圖。
[0039]圖4是本發(fā)明實(shí)施例二中的裂隙的主干線的形態(tài)圖。
[0040]圖5是本發(fā)明實(shí)施例三中的裂隙的灰度圖。
[0041]圖6是本發(fā)明實(shí)施例三中的裂隙的精確二進(jìn)制圖。
[0042]圖7是本發(fā)明實(shí)施例三中的裂隙和標(biāo)準(zhǔn)直線的關(guān)系圖。
[0043]附圖標(biāo)記:
[0044]第一側(cè)邊線1、第二側(cè)邊線2、精確二進(jìn)制圖像3、裂隙4、骨架線5、分支線6、主干線7、灰色圖像8、精確二進(jìn)制圖像9和裂隙10。
【具體實(shí)施方式】
[0045]以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0046]本發(fā)明提供了一種巖體裂隙信息的計(jì)算方法,用于對(duì)自然環(huán)境中的各種巖體上的裂隙所含有的信息(巖體裂隙信息)進(jìn)行計(jì)算，以便于隨后對(duì)這些巖體的特性進(jìn)行科學(xué)研究。這些巖體裂隙信息主要包括裂隙最窄寬度、裂隙長(zhǎng)度、裂隙面積、線裂隙比和面積裂隙比等信息。
[0047]實(shí)施例一
[0048]本實(shí)施例提供了一種裂隙最窄寬度的計(jì)算方法。裂隙最窄寬度被定義為巖體中某條裂隙最窄處的寬度，其計(jì)算方法包括:
[0049]第一步、用于把巖體的彩色圖像轉(zhuǎn)換為精確二進(jìn)制圖像的處理步驟；
[0050]第二步、用于獲取精確二進(jìn)制圖像中巖體裂隙的邊界線并根據(jù)該邊界線計(jì)算出裂隙的最窄寬度的計(jì)算步驟。
[0051]其中，上述處理步驟包括:[0052]步驟1-1:采用數(shù)碼相機(jī)捕獲帶有裂隙的巖體的彩色圖像并以數(shù)字形式進(jìn)行保存；
[0053]步驟1-2:截取彩色圖像中含有其中任意一條裂隙的區(qū)域作為裂隙識(shí)別區(qū)并把該裂隙識(shí)別區(qū)作為待分析圖像另行存儲(chǔ)；
[0054]步驟1-3:把待分析圖像轉(zhuǎn)換為灰色圖像，獲得該灰色圖像的灰度矩陣，根據(jù)灰度矩陣?yán)L制灰度直方圖，再根據(jù)灰度直方圖確定灰色圖像中裂隙的灰度值范圍；
[0055]步驟1-4:判斷灰色圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)的灰度值是否在灰度值范圍內(nèi)，當(dāng)判斷出在灰度值范圍內(nèi)時(shí)，將該像素點(diǎn)的灰度值重新設(shè)定為0，當(dāng)判斷出不在灰度值范圍內(nèi)時(shí)，將該像素點(diǎn)的灰度值重新設(shè)定為255，由此得到粗糙二進(jìn)制圖像；
[0056]步驟1-5:利用形態(tài)學(xué)變換法處理粗糙二進(jìn)制圖像，得到精確二進(jìn)制圖像。
[0057]至此完成對(duì)圖像的處理步驟。
[0058]其中，上述對(duì)圖像的處理步驟是通過Matlab軟件來實(shí)現(xiàn)的。
[0059]在步驟1-3中，灰度值是指灰色圖像中每一個(gè)像素點(diǎn)的顏色深度，數(shù)值范圍為O?255，黑色為O,白色為255。
[0060]步驟1-4是利用Matlab軟件的圖像處理命令中的sim2bw指令來實(shí)現(xiàn)的,其主要目的是增大灰色圖像中裂隙和背景色之間的灰度值的差異。
[0061]步驟1-5中的形態(tài)學(xué)變換法是使用收縮、膨脹等形態(tài)學(xué)基本變換指令對(duì)粗糙二進(jìn)制圖像的裂隙進(jìn)行調(diào)整，以使裂隙能夠更清晰地被顯示出來。必要時(shí)還可以通過手工操作對(duì)粗糙二進(jìn)制圖像的裂隙進(jìn)行調(diào)整。
[0062]上述最窄寬度的計(jì)算步驟包括:
[0063]步驟2-1:如圖1所示，獲取精確二進(jìn)制圖像中裂隙的邊界線；
[0064]步驟2-2:在邊界線上選取起點(diǎn)A和終點(diǎn)B，起點(diǎn)A和終點(diǎn)B將邊界線分成第一側(cè)邊線I和第二側(cè)邊線2 ；
[0065]步驟2-3:選擇第一側(cè)邊線I上除起點(diǎn)A和終點(diǎn)B之外的任意一個(gè)像素點(diǎn)(如C點(diǎn))作為目標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算該目標(biāo)點(diǎn)與第二側(cè)邊線2上任意一個(gè)像素點(diǎn)(如F點(diǎn)、D點(diǎn)、E點(diǎn)、G點(diǎn)等)之間的距離，比較出目標(biāo)點(diǎn)與第二側(cè)邊線2上每一個(gè)像素點(diǎn)之間的距離的最小值作為裂隙在該目標(biāo)點(diǎn)處的最小寬度；為了便于清楚說明，C點(diǎn)、F點(diǎn)、D點(diǎn)、E點(diǎn)和G點(diǎn)均加黑處理。
[0066]步驟2-4:比較出裂隙在第一側(cè)邊線I上所有目標(biāo)點(diǎn)處的最小寬度的最小值作為裂隙最窄寬度。
[0067]至此完成對(duì)最窄寬度的計(jì)算步驟。
[0068]在步驟2-1中，利用Matlab軟件的指令可以獲得裂隙的邊界線。
[0069]在步驟2-2中，起點(diǎn)A和終點(diǎn)B是通過灰度值分析的方法確定的，具體如下:以精確二進(jìn)制圖像3的左上點(diǎn)為原點(diǎn)0，沿著Y軸增大的方向和X軸增大的方向不間斷依次檢測(cè)每一個(gè)像素點(diǎn)的灰度值。當(dāng)所有像素點(diǎn)的灰度值都檢測(cè)完畢時(shí)，把檢測(cè)到的第一個(gè)灰度值不為O的像素點(diǎn)作為起點(diǎn)A,把檢測(cè)到的最后一個(gè)灰度值不為O的像素點(diǎn)作為終點(diǎn)B。
[0070]在步驟2-4中，裂隙最窄寬度也即裂隙的最窄處的寬度。在巖體裂隙特性的研究中，因?yàn)榱严蹲钫幍膶挾葘?duì)巖石強(qiáng)度和滲透性等有較大影響，所以研究裂隙最窄寬度比基于裂隙總長(zhǎng)度得到的平均寬度更有意義。
[0071]實(shí)施例二[0072]本實(shí)施例提供了一種裂隙長(zhǎng)度的計(jì)算方法。裂隙長(zhǎng)度被定義為巖體中某條裂隙的主干線的總像素和，其計(jì)算方法包括:
[0073]第一步、獲取裂隙的最大寬度的計(jì)算步驟；
[0074]第二步、獲取精確二進(jìn)制圖像中裂隙的骨架線并根據(jù)該骨架線計(jì)算出裂隙的主干線長(zhǎng)度的計(jì)算步驟。
[0075]其中，獲取裂隙的最大寬度的計(jì)算步驟包括:
[0076]步驟3-1:獲取精確二進(jìn)制圖像中裂隙的邊界線；
[0077]步驟3-2:在邊界線上選取起點(diǎn)和終點(diǎn)，起點(diǎn)和終點(diǎn)將邊界線分成第一側(cè)邊線和第二側(cè)邊線；
[0078]步驟3-3:選擇第一側(cè)邊線上除起點(diǎn)和終點(diǎn)之外的任意一個(gè)像素點(diǎn)作為目標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算該目標(biāo)點(diǎn)與第二側(cè)邊線上任意一個(gè)像素點(diǎn)之間的距離，比較出目標(biāo)點(diǎn)與第二側(cè)邊線上每一個(gè)像素點(diǎn)之間的距離的最大值作為裂隙在該目標(biāo)點(diǎn)處的最大寬度；
[0079]步驟3-4:比較出裂隙在第一側(cè)邊線上所有目標(biāo)點(diǎn)處的最大寬度的最大值作為裂隙最大寬度。
[0080]裂隙的主干線長(zhǎng)度的計(jì)算步驟包括:
[0081]步驟4-1:如圖2和圖3所示，獲取精確二進(jìn)制圖像中裂隙4的骨架線5 ；
[0082]步驟4-2:獲取骨架線5上的起點(diǎn)M、終點(diǎn)S、所有交叉點(diǎn)以及除起點(diǎn)M和終點(diǎn)S之外的其它端點(diǎn)；
[0083]步驟4-3:計(jì)算出每個(gè)端點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的交叉點(diǎn)之間的距離并逐個(gè)比較端點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的交叉點(diǎn)之間的距離與最大寬度的大小，當(dāng)端點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的交叉點(diǎn)之間的距離小于最大寬度時(shí)，刪除端點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的交叉點(diǎn)之間的線段；
[0084]步驟4-4:如圖4所示，當(dāng)比較結(jié)束時(shí)，最終被保留下來的線段為主干線7，主干線7上像素點(diǎn)的總個(gè)數(shù)即為主干線長(zhǎng)度。
[0085]在步驟4-1中，利用Matlab軟件的edge指令可以獲得裂隙4的骨架線5。
[0086]在步驟4-2中，本實(shí)施例中裂隙4的骨架線5上的交叉點(diǎn)有5個(gè)，分別為H點(diǎn)、I點(diǎn)、J點(diǎn)、K點(diǎn)和V點(diǎn)，除起點(diǎn)M和終點(diǎn)S之外的其它端點(diǎn)有5個(gè)，分別為N點(diǎn)、P點(diǎn)、Q點(diǎn)、R點(diǎn)和T點(diǎn)。
[0087]在步驟4-3中，NH線、PI線、QK線、JT線和RV線作為分支線6被刪除。
[0088]在步驟4-4中，MS線作為主干線7被保留。
[0089]實(shí)施例三
[0090]本實(shí)施例提供了一種裂隙面積的計(jì)算方法。裂隙面積被定義為巖體中某條裂隙在精確二進(jìn)制圖像中像素點(diǎn)的總數(shù)，可采用Matlab軟件的bwarea指令對(duì)裂隙面積進(jìn)行計(jì)算。在傳統(tǒng)的計(jì)算方法中，裂隙面積等于裂隙平均寬度乘以裂隙的長(zhǎng)度。由于裂隙平均寬度存在著較大的誤差，由此得到的裂隙面積必然也存在較大的誤差，因此，從精確二進(jìn)制圖像直接得到裂隙面積更準(zhǔn)確。
[0091]實(shí)施例四
[0092]本實(shí)施例提供了一種線裂隙比的計(jì)算方法。線裂隙比被定義為在精確二進(jìn)制圖像中，標(biāo)準(zhǔn)直線落在裂隙內(nèi)的長(zhǎng)度與該標(biāo)準(zhǔn)直線的總長(zhǎng)度之比，其計(jì)算方法包括:
[0093]步驟5-1:如圖5和圖6所示，根據(jù)實(shí)施例一的處理步驟(即步驟Sl-1到步驟Sl_5)將巖體的灰色圖像8轉(zhuǎn)換為精確二進(jìn)制圖像9 ；
[0094]步驟5-2:如圖7所示，在精確二進(jìn)制圖像9中作與裂隙的走向近似垂直的標(biāo)準(zhǔn)直線L’，該標(biāo)準(zhǔn)直線L’與精確二進(jìn)制圖像9相對(duì)向的兩邊相交并且依次經(jīng)過裂隙10的各條分支，計(jì)算出該標(biāo)準(zhǔn)直線L’的總長(zhǎng)度L ；
[0095]步驟5-3:分別計(jì)算裂隙10的各條分支與標(biāo)準(zhǔn)直線L’的相交處在標(biāo)準(zhǔn)直線L’上所占的長(zhǎng)度，計(jì)算各個(gè)相交處的長(zhǎng)度之和，并計(jì)算出長(zhǎng)度之和與標(biāo)準(zhǔn)直線L’的總長(zhǎng)度之商，即得裂隙10和標(biāo)準(zhǔn)直線L’的線裂隙比&，其計(jì)算公式為；
[0096]
【權(quán)利要求】
1.一種巖體裂隙信息的計(jì)算方法，其特征在于:包括: 用于把巖體的彩色圖像轉(zhuǎn)換為精確二進(jìn)制圖像的處理步驟； 用于獲取所述精確二進(jìn)制圖像中所述巖體的裂隙的邊界線并根據(jù)該邊界線計(jì)算出所述裂隙最窄寬度的計(jì)算步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖體裂隙信息的計(jì)算方法，其特征在于:所述處理步驟包括: 獲取所述彩色圖像，把所述彩色圖像中含有裂隙的區(qū)域轉(zhuǎn)換為灰色圖像，獲得所述灰色圖像的灰度矩陣，根據(jù)所述灰度矩陣?yán)L制灰度直方圖并根據(jù)所述灰度直方圖確定裂隙灰度值范圍； 判斷所述灰色圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)的灰度值是否在所述灰度值范圍內(nèi)，當(dāng)判斷出在所述灰度值范圍內(nèi)時(shí)，將該像素點(diǎn)的灰度值重新設(shè)定為O，當(dāng)判斷出不在所述灰度值范圍內(nèi)時(shí)，將該像素點(diǎn)的灰度值重新設(shè)定為255，得到粗糙二進(jìn)制圖像； 利用形態(tài)學(xué)變換法處理所述粗糙二進(jìn)制圖像，得到所述精確二進(jìn)制圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖體裂隙信息的計(jì)算方法，其特征在于:所述最窄寬度的計(jì)算步驟包括: 獲取所述邊界線，在所述邊界線上選取起點(diǎn)和終點(diǎn)，所述起點(diǎn)和所述終點(diǎn)將所述邊界線分成第一側(cè)邊線和第二側(cè)邊線； 選擇第一側(cè)邊線上除所述起點(diǎn)和所述終點(diǎn)之外的任意一個(gè)像素點(diǎn)作為目標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算該目標(biāo)點(diǎn)和第二側(cè)邊線上任意一個(gè)像素點(diǎn)之間的距離，比較出所述目標(biāo)點(diǎn)與第二側(cè)邊線上每一個(gè)像素點(diǎn)之間距離的最小值作為所述裂隙在所述目標(biāo)點(diǎn)處的最小寬度； 比較出第一側(cè)邊線上所有目標(biāo)點(diǎn)的最小寬度的最小值作為所述裂隙的所述最窄寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖體裂隙信息的計(jì)算方法，其特征在于:還包括: 用于獲取裂隙的最大寬度的計(jì)算步驟； 用于獲取所述精確二進(jìn)制圖像中所述裂隙的骨架線并根據(jù)該骨架線計(jì)算出所述裂隙的主干線長(zhǎng)度的計(jì)算步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的巖體裂隙信息的計(jì)算方法，其特征在于:所述最大寬度的計(jì)算步驟包括: 獲取所述邊界線，在所述邊界線上選取起點(diǎn)和終點(diǎn)，所述起點(diǎn)和所述終點(diǎn)將所述邊界線分成第一側(cè)邊線和第二側(cè)邊線； 選擇第一側(cè)邊線上除所述起點(diǎn)和所述終點(diǎn)之外的任意一個(gè)像素點(diǎn)作為目標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算該目標(biāo)點(diǎn)和第二側(cè)邊線上任意一個(gè)像素點(diǎn)之間的距離，比較出所述目標(biāo)點(diǎn)與第二側(cè)邊線上每一個(gè)像素點(diǎn)之間距離的最大值作為所述裂隙在所述目標(biāo)點(diǎn)處的最大寬度； 比較出第一側(cè)邊線上所有目標(biāo)點(diǎn)的最大寬度的最大值作為所述裂隙的所述最大寬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的巖體裂隙信息的計(jì)算方法，其特征在于:所述主干線長(zhǎng)度的計(jì)算步驟包括: 獲取所述骨架線上的所有交叉點(diǎn)以及除所述起點(diǎn)和所述終點(diǎn)之外的其它端點(diǎn)，計(jì)算出每個(gè)所述端點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的所述交叉點(diǎn)之間的距離并逐個(gè)比較所述端點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的所述交叉點(diǎn)之間的距離與所述最大寬度的大小，當(dāng)所述端點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的所述交叉點(diǎn)之間的距離小于所述最大寬度時(shí)，刪除該端點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的所述交叉點(diǎn)之間的線段；當(dāng)比較結(jié)束時(shí)，被保留下來的線段為主干線，所述主干線上所有像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)即為所述主干線長(zhǎng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖體裂隙信息的計(jì)算方法，其特征在于:還包括線裂隙比計(jì)算步驟，包括: 在所述精確二進(jìn)制圖像中作與所述裂隙的走向相交叉并且與所述精確二進(jìn)制圖像的相對(duì)向的兩邊相交的標(biāo)準(zhǔn)直線，計(jì)算出所述標(biāo)準(zhǔn)直線的總長(zhǎng)度； 分別計(jì)算所述裂隙的各條分支與所述標(biāo)準(zhǔn)直線的相交處在所述標(biāo)準(zhǔn)直線上所占的長(zhǎng)度； 計(jì)算各個(gè)所述相交處的長(zhǎng)度之和，并計(jì)算所述長(zhǎng)度之和與所述標(biāo)準(zhǔn)直線的總長(zhǎng)度之商即得所述裂隙和所述標(biāo)準(zhǔn)直線的線裂隙比。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖體裂隙信息的計(jì)算方法，其特征在于:還包括面積裂隙比計(jì)算步驟，包括: 分別計(jì)算所述裂隙的面積和所述精確二進(jìn)制圖像的面積； 計(jì)算所述裂隙的面積和所述精確二進(jìn)制圖像的面積之商即得所述裂隙和所述精確二進(jìn)制圖像的面積裂隙比。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK103942783SQ201410129994
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】楊坪, 李天斌, 張優(yōu)龍, 孫雪青, 吳民暉, 祝學(xué)文, 高書文, 薛守寶, 劉詩堯 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué), 成都理工大學(xué)