專利名稱：一種基于改進(jìn)的ferret的礦巖塊度測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦巖塊度測(cè)量方法，具體涉及一種基于改進(jìn)的FERRET的礦巖塊度測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的人工巖石塊度測(cè)量方法多為篩分法或手工測(cè)量法，其測(cè)量和分析方法不僅工作量大，效率低下，取樣有限，而且統(tǒng)計(jì)結(jié)果也不夠準(zhǔn)確。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，逐漸采用攝影法獲取礦巖塊度二維圖像對(duì)巖體圖像進(jìn)行分析處理，從而獲取巖石塊度的尺寸和形狀分布情況。雖然美國(guó)、加拿大、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、意大利、瑞典、挪威、澳大利亞、南非等先后都研發(fā)了該類測(cè)量和分析方法，但沒有標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一的方法，測(cè)量結(jié)果不夠穩(wěn)定。目前圖像技術(shù)的測(cè)量方法很多，如常用的圖像分析算法包括按掃描線測(cè)量巖石塊度的長(zhǎng)寬尺寸的方法(包括玄測(cè)量法)、當(dāng)量圓直徑算法(包括等效面積和等效周長(zhǎng)及等效半徑方法)和當(dāng)量橢圓長(zhǎng)算法(包括當(dāng)量矩形，最大直徑法，短軸算法等)等。其中，按掃描線測(cè)量巖石塊度的長(zhǎng)寬尺寸的方法與礦巖塊度的轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)，即同樣的巖塊，以不同的轉(zhuǎn)角放置在圖像中將被測(cè)量到不同的尺寸；當(dāng)量圓直徑算法雖然與轉(zhuǎn)動(dòng)無關(guān)，但不能給出任何形狀參數(shù)，即一支長(zhǎng)3-4倍于同樣面積橡皮的鉛筆，它們被測(cè)量的尺寸是一樣的；當(dāng)量橢圓長(zhǎng)算法雖然優(yōu)于前二者，但機(jī)械破碎加工的礦巖塊度往往不具有圓形或橢圓形的形狀(曲線邊緣)，所以也不宜用當(dāng)量橢圓來表達(dá)。上述方法或與目標(biāo)的物體轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)或測(cè)量的參數(shù)太單一。此外，L. R. Ferret首創(chuàng)了簡(jiǎn)單FERRET算法，該算法根據(jù)測(cè)量與目標(biāo)物體相切的兩條平行線之間的距離，來確定不規(guī)則目標(biāo)物體的長(zhǎng)、寬等幾何特征。但該方法因?yàn)槿鄙賹?duì)測(cè)量方向的確定，使得測(cè)量的長(zhǎng)度和寬度隨該矩形的方向不同而不同，測(cè)量值不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有巖石塊度的圖像測(cè)量技術(shù)的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于改進(jìn)的FERRET的礦巖塊度測(cè)量方法。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案—種基于改進(jìn)的FERRET的礦巖塊度測(cè)量方法，具體按下述步驟進(jìn)行步驟一，對(duì)二值區(qū)域?qū)ο筮M(jìn)行礦巖塊度的邊緣去噪，即進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的開運(yùn)算，得到平滑圖像；步驟二，掃描平滑圖像，對(duì)圖像中的所有的礦巖塊度物體進(jìn)行標(biāo)號(hào)，得到標(biāo)號(hào)圖像；步驟三，掃描標(biāo)號(hào)圖像，計(jì)算每一標(biāo)號(hào)物體的0階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、I階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和2階轉(zhuǎn)
動(dòng)慣量；步驟四，依據(jù)步驟三中計(jì)算的0階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、I階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和2階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量確定每一標(biāo)號(hào)物體的面積、質(zhì)心、主軸方向及次軸方向
(1)0階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為標(biāo)號(hào)物體的面積；(2)根據(jù)I階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量確定標(biāo)號(hào)物體的質(zhì)心；(3)根據(jù)2階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量確定標(biāo)號(hào)物體的主軸方向；(4)標(biāo)號(hào)物體的次軸方向?yàn)橥ㄟ^質(zhì)心并與主軸方向垂直的方向；步驟五，以確定的主軸方向和次軸方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，采用平行直線逼近法作每一標(biāo)號(hào)物體的FERRET矩形在主軸方向上，兩條平行于主軸方向的直線L1和直線L2分別沿垂直于主軸方向的方向相向平移，當(dāng)平移的直線與標(biāo)號(hào)物體的輪廓線相交一點(diǎn)時(shí)，停止平移；同理，兩條與標(biāo)號(hào)物體的次軸方向平行的直線L3和直線L4分別沿垂直于次軸方向的方向相向平移，當(dāng)平移的直線與標(biāo)號(hào)物體的輪廓線相交一點(diǎn)時(shí)，停止平移，最終四條直線相交構(gòu)成一初始矩形，該初始矩形與標(biāo)號(hào)物體共有N個(gè)相交點(diǎn)，N ^ 4 當(dāng)N=4時(shí)，該初始矩形為FERRET矩形；·當(dāng)NM時(shí)，即標(biāo)號(hào)物體的輪廓線上存在有(N-4)條單像素延伸直線，分別計(jì)算每條
單像素延伸直線與初始矩形相交點(diǎn)的邊界條件T，r=:，m為單像素延伸直線與初始矩形
M
相交點(diǎn)的長(zhǎng)度像素?cái)?shù)，M為初始矩形長(zhǎng)度像素?cái)?shù)；分別比較每條單像素延伸直線與初始矩形相交點(diǎn)的邊界條件與閾值T的大小，當(dāng)所有單像素延伸直線與初始矩形相交點(diǎn)的邊界條件均大于閾值T時(shí)，該初始矩形為FERRET矩形，否則，將初始矩形中的直線L1和直線L2分別沿垂直于主軸方向的方向相對(duì)平移，并將直線L3和直線L4分別沿垂直于次軸方向的方向相對(duì)平移，直至所有單像素延伸直線與初始矩形相交點(diǎn)的邊界條件均大于閾值T時(shí)得到FERRET矩形，其中5%彡T彡6% ；步驟六，計(jì)算每一標(biāo)號(hào)物體的FERRET矩形參數(shù)，得出FERRET矩形的長(zhǎng)L和寬W，其中FERRET矩形的長(zhǎng)L作為標(biāo)號(hào)物體的長(zhǎng)，F(xiàn)ERRET矩形的寬W作為標(biāo)號(hào)物體的寬，計(jì)算FERRET矩形的寬長(zhǎng)比W/L，將W/L作為標(biāo)號(hào)物體的第一形狀參數(shù)，計(jì)算標(biāo)號(hào)物體面積A與FERRET矩形面積B的比值A(chǔ)/B，將A/B作為標(biāo)號(hào)物體的第二形狀參數(shù)。本發(fā)明的方法對(duì)目標(biāo)物體輪廓進(jìn)行平滑后(平滑的目的是避免外延的毛刺影響最小外界矩形的正確確定)，然后進(jìn)行標(biāo)號(hào)處理，接著是基于0、1、2階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量求出二維目標(biāo)物體的面積、質(zhì)心和主軸方向，然后根據(jù)主軸方向求出通過質(zhì)心并與主軸方向垂直的次軸方向，再基于主軸方向和次軸方向求得目標(biāo)物體的最小外界矩形(矩形的四條直線是平行于主次軸方向逼近獲得)，最后測(cè)量外界矩形的長(zhǎng)和寬視為被測(cè)物體的長(zhǎng)和寬，長(zhǎng)寬比視為被測(cè)物體的第一形狀參數(shù)，被測(cè)物體的面積與其外界矩形面積的比值為被測(cè)物體的第二形狀參數(shù)。與現(xiàn)有方法相比，該方法是不受物體轉(zhuǎn)動(dòng)影響，而且增加了兩種不同的形狀參數(shù)，方法簡(jiǎn)單，計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定，表達(dá)的礦巖塊度參數(shù)全面。


圖I為本發(fā)明的方法流程圖；圖2為傳統(tǒng)FERRET矩形示意圖；圖3 Ca)為采用最小二階矩的方法確定主軸方向的示意圖；圖3 (b)為本發(fā)明的FERRET矩形示意圖；圖4 Ca)為標(biāo)號(hào)圖像示意圖；圖4 (b)為采用本發(fā)明的方法確定的各標(biāo)號(hào)物體的FERRET矩形示意圖。以下結(jié)合實(shí)施例與附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式發(fā)明人對(duì)FERRET算法進(jìn)行的改進(jìn)原理如下如圖2所示，傳統(tǒng)的FERRET算法首先從二值圖的邊界任選一點(diǎn)，經(jīng)過此點(diǎn)做邊界的切線，取與該切線平行的直線，使它與邊界的另外一側(cè)相切，當(dāng)這兩條切線間的垂直距離達(dá)到最大時(shí)，此時(shí)的距離為被測(cè)目標(biāo)物體的長(zhǎng)度值，當(dāng)垂直距離達(dá)到最小時(shí)為被測(cè)目標(biāo)的
寬度值。從圖2可以看出，這種算法雖然簡(jiǎn)單卻存在著缺陷如果目標(biāo)物體中存在多個(gè)點(diǎn)對(duì)時(shí)且通過他們的切線之間的距離相等，那么選取哪兩個(gè)點(diǎn)作為目標(biāo)物體寬度的取值就存 在取舍問題，使測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定，這將影響研究測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度。在過去的研究中，多個(gè)國(guó)外研究者選擇的方法是在多個(gè)轉(zhuǎn)角方向上進(jìn)行同樣的測(cè)量，或取平均測(cè)量值，或選取中值或選取最大值等。無論如何，從連續(xù)函數(shù)的角度分析，這種FERRET矩形將有無窮多個(gè)，選取的數(shù)量越多，結(jié)果將越趨于準(zhǔn)確，但這又是不現(xiàn)實(shí)的；另外一個(gè)問題是取得FERRET矩形越多，計(jì)算量也越大，即耗時(shí)又不精確。為了克服傳統(tǒng)的FERRET矩形存在的問題，發(fā)明人作了了以下改進(jìn)如圖3所示，改進(jìn)的FERRET算法充分利用了二維幾何圖形(礦巖塊度)的旋轉(zhuǎn)不變性原理來確定礦巖塊度的主、次軸方向，原理步驟如下A.使用求最小二階矩的方法，確定測(cè)量不規(guī)則礦巖塊度寬度的主軸方向和次軸方向首先用0階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量求得被測(cè)目標(biāo)物體的面積；假定被測(cè)物體是均質(zhì)的，用兩個(gè)垂直方向的一階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來求得被測(cè)物體的質(zhì)心；最后在兩個(gè)垂直方向上獲得三個(gè)二階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;B.目標(biāo)物體主軸方向的具體確定理論基礎(chǔ)從圖3看出，改進(jìn)的FERRET算法主要是增加了確定目標(biāo)物體主軸方向的方法，它使得巖石塊度寬度的測(cè)量結(jié)果趨于穩(wěn)定。由圖3所示，虛線為通過物體質(zhì)心的任意一條直線，二值圖目標(biāo)物體為f (X，y)，點(diǎn)(x，y)到虛線的垂直距離為轉(zhuǎn)動(dòng)半徑R，可得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量方程E = // jR2f (x, y) dxdy(I)根據(jù)圖3可得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量h = + I, —(/, — I)cos 10--sill 10
=/v sin」0-1sin汐cos^ + /,, cos' 6⑶其中Ix = /// (x/ )2f(x, y) dx; dy/ ,Ixy = / / / U' y' )f(x, y) dx; dy/ ，Iy = / f / (y' )2f (x, y) dx' dy' , x’ = x_x。，y’ = y_y。；(x。，y。)是巖塊的質(zhì)心坐標(biāo)；I’對(duì)應(yīng)于(I)式中I的區(qū)域，0為X軸與次軸方向之間的夾角。為使轉(zhuǎn)動(dòng)慣量E最小，討論下面式子的取值情況，對(duì)式(2)中0求導(dǎo)數(shù)，使結(jié)果為0，則可得
權(quán)利要求
1 一種基于改進(jìn)的FERRET的礦巖塊度測(cè)量方法，其特征在于，具體按下述步驟進(jìn)行步驟一，對(duì)二值區(qū)域?qū)ο筮M(jìn)行礦巖塊度的邊緣去噪，即進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的開運(yùn)算，得到平滑圖像； 步驟二，掃描平滑圖像，對(duì)圖像中的所有的礦巖塊度物體進(jìn)行標(biāo)號(hào)，得到標(biāo)號(hào)圖像； 步驟三，掃描標(biāo)號(hào)圖像，計(jì)算每一標(biāo)號(hào)物體的O階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、I階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和2階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量; 步驟四，依據(jù)步驟三中計(jì)算的O階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、I階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和2階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量確定每一標(biāo)號(hào)物體的面積、質(zhì)心、主軸方向及次軸方向 步驟五，以確定的主軸方向和次軸方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，采用平行直線逼近法作每一標(biāo)號(hào)物體的FERRET矩形在主軸方向上，兩條平行于主軸方向的直線L1和直線L2分別沿垂直于主軸方向的方向相向平移，當(dāng)平移的直線與標(biāo)號(hào)物體的輪廓線相交一點(diǎn)時(shí)，停止平移；同理，兩條與標(biāo)號(hào)物體的次軸方向平行的直線L3和直線L4分別沿垂直于次軸方向的方向相向平移，當(dāng)平移的直線與標(biāo)號(hào)物體的輪廓線相交一點(diǎn)時(shí)，停止平移，最終四條直線相交構(gòu)成一初始矩形，該初始矩形與標(biāo)號(hào)物體共有N個(gè)相交點(diǎn)，N ^ 4 當(dāng)N=4時(shí)，該初始矩形為FERRET矩形； 當(dāng)NM時(shí)，即標(biāo)號(hào)物體的輪廓線上存在有(N-4)條單像素延伸直線，分別計(jì)算每條單像素延伸直線與初始矩形相交點(diǎn)的邊界條件τ為單像素延伸直線與初始矩形相交 M點(diǎn)的長(zhǎng)度像素?cái)?shù)，M為初始矩形長(zhǎng)度像素?cái)?shù)；分別比較每條單像素延伸直線與初始矩形相交點(diǎn)的邊界條件與閾值T的大小，當(dāng)所有單像素延伸直線與初始矩形相交點(diǎn)的邊界條件均大于閾值T時(shí)，該初始矩形為FERRET矩形，否則，將初始矩形中的直線L1和直線L2分別沿垂直于主軸方向的方向相對(duì)平移，并將直線L3和直線L4分別沿垂直于次軸方向的方向相對(duì)平移，直至所有單像素延伸直線與初始矩形相交點(diǎn)的邊界條件均大于閾值T時(shí)得到FERRET矩形，其中5%彡T彡6%; 步驟六，計(jì)算每一標(biāo)號(hào)物體的FERRET矩形參數(shù)，得出FERRET矩形的長(zhǎng)L和寬W，其中FERRET矩形的長(zhǎng)L作為標(biāo)號(hào)物體的長(zhǎng)，F(xiàn)ERRET矩形的寬W作為標(biāo)號(hào)物體的寬，計(jì)算FERRET矩形的寬長(zhǎng)比W/L，將W/L作為標(biāo)號(hào)物體的第一形狀參數(shù)，計(jì)算標(biāo)號(hào)物體面積A與FERRET矩形面積B的比值A(chǔ)/B，將A/B作為標(biāo)號(hào)物體的第二形狀參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于改進(jìn)的FERRET的礦巖塊度測(cè)量方法。方法對(duì)目標(biāo)物體輪廓進(jìn)行平滑后，然后進(jìn)行標(biāo)號(hào)處理，接著是基于0、1、2階轉(zhuǎn)動(dòng)慣量求出二維目標(biāo)物體的面積，質(zhì)心和主軸方向，進(jìn)而根據(jù)主軸方向求出通過質(zhì)心并與其垂直的次軸方向，再基于主次軸方向求得目標(biāo)物體的最小外界矩形，最后測(cè)量外界矩形的長(zhǎng)和寬視為被測(cè)物體的長(zhǎng)和寬，長(zhǎng)寬比視為被測(cè)物體的第一形狀參數(shù)，被測(cè)物體的面積與其外界矩形面積的比值為被測(cè)物體的第二形狀參數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方法是不受物體轉(zhuǎn)動(dòng)影響的，而且增加了兩種不同的形狀參數(shù)。
文檔編號(hào)G01N15/02GK102798583SQ20121024316
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者王衛(wèi)星 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)