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专利号: 2023108455748
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于三维微观图像的岩土材料有效渗流路径表征方法,其特征在于,包括:获取目标材料样本的三维微观图像,对所述三维微观图像处理,获取原始孔隙‑基质二值图像;

将所述原始孔隙‑基质二值图像进行姿态调整,基于姿态调整后的孔隙‑基质二值图像,获取流入端和流出端接通的孔隙连通分量二值图像;

将所述原始孔隙‑基质二值图像进行姿态调整,基于姿态调整后的孔隙‑基质二值图像,获取流入端和流出端接通的孔隙连通分量二值图像包括:将所述原始孔隙‑基质二值图像进行旋转至目标位置,获取所姿态调整后的所述孔隙‑基质二值图像;根据所述姿态调整后的孔隙‑基质二值图像和孔隙像素联通情况,提取孔隙三维联通分量;将所述孔隙三维联通分量中的孤立孔隙联通分量进行删除,获取删除孤立孔隙联通分量的二值图;根据孔隙联通情况,将所述删除孤立孔隙联通分量的二值图中未从流入端联通至流出端的联通分量进行删除,并获取处理后的所述二值图;基于处理后的所述二值图,获取所述流入端和流出端接通的孔隙连通分量二值图像;

获取所述流入端和流出端接通的孔隙连通分量二值图像包括:

基于处理后的所述二值图,构建三维二值图像,将所述三维二值图像中的若干张二值图像的像素均设为孔隙像素;获取所述三维二值图像中体积最大的孔隙联通分量,并将所述三维二值图像中的其他孔隙分量对应的像素更新为基质;基于所述三维二值图像中像素未设为孔隙像素的若干张二值图像,获得与流入端接通的孔隙联通分量二值图;基于所述与流入端接通的孔隙联通分量二值图,获取所述流入端和流出端接通的孔隙连通分量二值图像;

基于所述与流入端接通的孔隙联通分量二值图,获取所述流入端和流出端接通的孔隙连通分量二值图像,包括:基于所述与流入端接通的孔隙联通分量二值图,构建新的三维二值图像;将所述新的三维二值图像中若干张二值图像的像素均设为孔隙像素,获取所述新的三维二值图像中体积最大的孔隙联通分量,并将所述新的三维二值图像中的其他孔隙分量对应的像素更新为基质;基于所述新的三维二值图像中像素未设为孔隙像素的若干张二值图像,获得所述流入端和流出端接通的孔隙连通分量二值图像;

对所述流入端和流出端接通的孔隙连通分量二值图像进行提取处理,获取孔隙网络骨架二值图,包括:将所述流入端和流出端接通的孔隙连通分量二值图像的边界进行扩展,获取输入图像;基于所述输入图像中孔隙像素周围的像素,将所述孔隙像素进行删除标记,获取结果图像;基于所述结果图像进行处理,获取所述孔隙网络骨架二值图;

基于所述孔隙网络骨架二值图,获取所述目标材料样本的渗流路径拓扑结构;

基于所述渗流路径拓扑结构,获取孔隙网络渗流路径总体有效迂曲度均值和孔隙网络渗流路径有效长度。

2.如权利要求1所述的基于三维微观图像的岩土材料有效渗流路径表征方法,其特征在于,将所述孔隙像素进行删除标记,获取结果图像包括:S1、获取所述输入图像中的任一孔隙像素,若所述孔隙像素的预设邻域内均是孔隙像素,则将所述孔隙像素标记为删除,并将标记为删除的孔隙像素周围若干个像素的状态进行更新;

S2、若存在规定数目的孔隙像素与所述标记为删除的孔隙像素相连,则将与规定数目的孔隙像素相连的孔隙像素标记为删除,并将标记为删除的孔隙像素周围若干个像素的状态进行更新;

重复步骤S1‑S2直到没有孔隙像素标记为删除,并获取结果图像。

3.如权利要求2所述的基于三维微观图像的岩土材料有效渗流路径表征方法,其特征在于,基于所述结果图像进行处理,获取所述孔隙网络骨架二值图包括:将所述结果图像中未被标记为删除的孔隙像素作为骨架像素;

判断所述标记为删除的孔隙像素与所述骨架像素是否相连,若相连,则将所述标记为删除的孔隙像素从所述结果图像中删除,并将删除的孔隙像素周围若干个像素的状态进行更新,若不相连,则保留所述标记为删除的孔隙像素,直到完成对每个标记为删除的孔隙像素的判断;

完成对每个标记为删除的孔隙像素的判断后,将孔隙像素周围的像素均为背景像素的孤立像素进行删除,完成对所述孔隙像素的删除处理;

对完成所述删除处理的图像进行优化处理,获取所述孔隙网络骨架二值图。

4.如权利要求3所述的基于三维微观图像的岩土材料有效渗流路径表征方法,其特征在于,基于所述孔隙网络骨架二值图,获取所述目标材料样本的渗流路径拓扑结构包括:获取每个所述骨架像素在所述预设邻域内去除本身后剩余骨架像素的数目和坐标,基于所述剩余骨架像素的数目,将每个所述骨架像素分为骨架端点、普通骨架端点和骨架交叉点;

基于所述孔隙网络骨架二值图和所述骨架交叉点的坐标,获取骨架分支;

通过统计所述骨架分支上每个骨架像素在所述预设邻域内且在同个骨架分支上的骨架像素数目,获取所述骨架分支的端点;

利用分水岭分割算法对所述流入端和流出端接通的孔隙连通分量二值图像进行分割,获取所述骨架分支的端点未接触到流入端和流出端区块的所述骨架分支,获取所述目标材料样本的渗流路径拓扑结构。

5.如权利要求4所述的基于三维微观图像的岩土材料有效渗流路径表征方法,其特征在于,基于所述孔隙网络骨架二值图和所述骨架交叉点的坐标,获取骨架分支包括:获取与所述孔隙网络骨架二值图同尺寸二值图和所述孔隙网络骨架二值图中的所述骨架交叉点的坐标;

将所述同尺寸二值图中对应所述骨架交叉点的坐标的位置像素设置为第一预设值,其他像素设置为第二预设值,并进行形态学膨胀运算,获取新的同尺寸二值图;

基于所述孔隙网络骨架二值图,获取新的孔隙网络骨架二值图;

通过将所述孔隙网络骨架二值图与所述新的同尺寸二值图进行对照,将所述新的孔隙网络骨架二值图中像素值进行设置,并获取所述新的孔隙网络骨架二值图中三维联通分量;

基于所述新的孔隙网络骨架二值图中三维联通分量和所述新的同尺寸二值图,获取所述骨架分支。

6.如权利要求4所述的基于三维微观图像的岩土材料有效渗流路径表征方法,其特征在于,基于所述渗流路径拓扑结构,获取孔隙网络渗流路径总体有效迂曲度均值和孔隙网络渗流路径有效长度的方法为:获取第t个骨架分支两端端点间直线距离dt1:

获取第t个骨架分支的第nt个骨架像素和与其相邻的第nt‑1个骨架像素间的距离d2nt,t:获取第t个骨架分支的实际长度dt2:

则第t个骨架分支的渗流路径迂曲度Tut:

获取孔隙网络渗流路径总体有效迂曲度均值Tumean为:

则该孔隙网络渗流路径有效长度Len为:

其中,(x1,t,y1,t,z1,t)和(xnt,t,ynt,t,znt,t)为第t个分支两端端点的三维图像坐标,其中nt=1,2,…,NT;T为骨架分支的数量。