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专利号: 2025101576736
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种增强含缺陷玄武岩纤维复合材料图像的智能分割方法,其特征在于:包括如下步骤:

1),通过XCT扫描技术采集玄武岩纤维复合材料数字图像,构建原始数据集,基于这些原始数据进行筛选,选取其中一部分作为真实图像集,对真实图像中的纱线区域、裂隙区域、气泡区域涂抹不同颜色,以进行人工标注,生成与真实图像集相对应的真实标签集;

2),基于上述真实标签集,以纱线的每个轮廓中选取六个顶点作多边形,平滑拟合生成伪纱线轮廓;之后在空白标签上进行随机投放,形成伪标签图像;再随机选点生成不同形状和角度的椭圆模拟初始气泡;最后利用柏林噪声在纱线截面上生成伪裂隙,继而导出伪标签集;

其具体为:

2‑1),以真实纱线轮廓为模板,选取上下两个顶点和左右四个顶点作多边形,平滑拟合生成随机虚拟纱线轮廓;即,根据六个顶点坐标,串联后得到闭合六边形,在六边形连线的周围添加噪点后,控制噪点扰动幅度,即噪点在六边形周围的振幅,利用贝塞尔曲线对噪点连线进行拟合平滑,获得平滑的无棱角虚拟纱线轮廓;

2‑2),将随机生成的虚拟纱线轮廓投放到空白标签中,形成伪标签图像;

2‑3),利用OpenCV库生成不同大小、角度、形状的椭圆模拟真实样品中的气泡,随机投放到步骤2‑2)的伪标签图像时避开的虚拟纱线轮廓;

2‑4),利用柏林噪声库生成不同长度、弯曲度、分支数的虚拟裂隙,在伪标签图像的虚拟纱线轮廓里进行投放;最终得到包含纱线、气泡、裂隙的伪标签集,其中灰度值标准和真实标签集相同;

3),利用DP‑GAN风格转换网络将伪标签图像转换成伪图像,再用Palette网络模型进行纱线边缘重建,得到纱线边缘重建后的伪图像集;

4),将真实图像集和真实标签集组成真实训练集,伪图像集和伪标签集组成伪训练集,将两个训练集组成混合训练集投入Mask DINO分割网络进行训练;训练结束后利用训练好的网络模型的.pth权重文件,对XCT原始数据集进行推理,划分图像中的纱线区域、裂隙区域、气泡区域,并附加彩色掩码,得到分割结果,其具体为:

4‑1),将真实图像集和真实标签集组成真实训练集,伪图像集和伪标签集组成伪训练集,将两个训练集组成混合训练集投入Mask DINO分割网络进行训练,网络根据标签的标记指导对对应图像中的特征区域进行划分,然后对将分割结果与标签图像进行区域比对计算损失函数;通过不断周期迭代,最终获得准确度较高的分割模型权重文件;

4‑2),训练完成后,利用训练好的网络模型权重.pth文件对整个.png格式的XCT原始图像进行推理,将原始图像中的不同区域划分,并标记成彩色掩码,得到分割结果。

2.如权利要求1所述的增强含缺陷玄武岩纤维复合材料图像的智能分割方法,其特征在于:所述步骤1)具体为:

1‑1),通过XCT扫描采集玄武岩纤维复合材料样品,获取XCT原始数据,并选取部分层析数据构建真实图像集;

1‑2),在所述真实图像集中,对纱线区域、裂隙区域、气泡区域采用不同颜色进行人工标注,颜色可随机选用,同一类区域使用同一种颜色即可,从而生成真实标记图像集;

1‑3),上述真实标记图像集中被涂抹的区域变成灰度值相同的连通区,不同特征的连通区表达不同灰度值,对其利用OpenCV库中布尔运算进行标记提取,并将不同特征灰度值重新赋值,将24bit转为8bit灰度图,得到包含基质、纱线、裂隙、气泡特征的真实标签集,图像为8bit的.png文件,灰度标准为 :背景:0,基质:1,纱线:2,裂隙:3,气泡:4,在图像中不同的灰度区域表示不同的特征划分。

3.如权利要求2所述的增强含缺陷玄武岩纤维复合材料图像的智能分割方法,其特征在于:所述步骤1‑1)中,玄武岩纤维复合材料具体为通过三维四向四步法编织后,经VARTM工艺封装制作的复合材料;编织所采用的纱线由1200Tex玄武岩纤维束构成。

4.如权利要求2所述的增强含缺陷玄武岩纤维复合材料图像的智能分割方法,其特征在于:所述步骤1‑1)中,XCT原始数据以.raw格式,16bit的大小存储;再在Avizo软件中将

16bit数据降至8bit,并旋转矫正、裁剪、对比度增强后,获取1350张8bit的.png格式层析原始数据,并随机选取111张数据构建.png格式真实图像集。

5.如权利要求1所述的增强含缺陷玄武岩纤维复合材料图像的智能分割方法,其特征在于:所述步骤3)具体为:

3‑1),利用DP‑GAN风格转换网络将伪标签图像转换为伪图像;

3‑2),利用伪标签集膨胀后和腐蚀后的图像进行轮廓布尔减运算,得到伪边缘掩码图像;

3‑3),使用Palette网络模型对伪图像进行纱线边缘重建;Palette网络通过多尺度特征提取和融合,检测并优化伪图像中的边缘,最终生成纱线边缘重建后的伪图像集。

6.如权利要求5所述的增强含缺陷玄武岩纤维复合材料图像的智能分割方法,其特征在于:所述纱线边缘重建具体为:将伪图像利用3‑2)所述伪边缘掩码进行覆盖,Palette网络模型根据伪图像特征对被掩盖的纱线边缘区域重新生成。