岩石节理裂隙的骨架抽取及其张开度测量算法研究

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随着数字图像技术的发展,数字图像处理在岩体工程中得到了广泛的应用。在岩体工程中,岩石节理裂隙的几何特征是一个非常重要的性质。提取岩石图像中的各种节理裂隙,了解节理裂隙的性质和特征信息,对于地质地震、地球物理、采矿、石油工程、水文地质以及核废料隔离等都具有重要意义。本文运用图像处理方法,对节理裂隙进行准确的提取,并重点研究了节理裂隙骨架的抽取以及其张开度的测量。   首先,本文研究了如何对岩石图像进行节理裂隙的准确提取。由于直接用分割方法提取节理裂隙得不到真实的节理裂隙信息,所以本文采用图像预处理技术消除图像中的椒盐噪声和随机噪声;采用图像分割技术分割提取岩石节理裂隙;采用数学形态学中的膨胀和腐蚀技术填补岩石节理裂隙中的孔洞和桥接断开的节理裂隙。   其次,在准确提取岩石节理裂隙后,研究了基于紫外光图像的节理裂隙骨架抽取算法。骨架是表示物体形状的一种有效形式,居于图形的对称中心,有着与原图形相同的拓扑结构,并保留着原图形的形状信息。本文分析了Hilditch、OPTA、FPA等细化算法的优缺点,结合OPTA和FPA细化算法优点进行了骨架抽取算法的改进,使其适合岩石节理裂隙骨架的抽取。由实验得知,该算法能抽取出较理想的岩石节理裂隙骨架,其骨架是完全单像素的,中轴性较高,对边界敏感度低,带有较多的原图像裂隙形状信息。   最后,在抽取裂隙骨架后,研究了基于裂隙骨架的岩石节理裂隙张开度测量算法。在离散化的图像中,骨架两边的像素个数基本相等,同时裂隙骨架能代表裂隙的曲折程度和裂隙的走向。本文正是利用骨架的这些特点来测量裂隙的宽度,这样能测得合理的裂隙宽度。在此基础上,提出了基于骨架的裂隙张开度测量算法。对此算法进行了测试,可知此算法测量精度高,能很好测量裂隙的准确宽度,并对裂隙宽度测量结果进行了对比分析,测量结果能很好地反映节理裂隙的宽度分布情况。
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