專利名稱：一種基于改進(jìn)的ferret的礦巖塊度測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦巖塊度測量方法，具體涉及一種基于改進(jìn)的FERRET的礦巖塊度測量方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的人工巖石塊度測量方法多為篩分法或手工測量法，其測量和分析方法不僅工作量大，效率低下，取樣有限，而且統(tǒng)計結(jié)果也不夠準(zhǔn)確。隨著計算機(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、加拿大、英國、德國、法國、意大利、瑞典、挪威、澳大利亞、南非等先后都研發(fā)了該類測量和分析方法，但沒有標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一的方法，測量結(jié)果不夠穩(wěn)定。目前圖像技術(shù)的測量方法很多，如常用的圖像分析算法包括按掃描線測量巖石塊度的長寬尺寸的方法(包括玄測量法)、當(dāng)量圓直徑算法(包括等效面積和等效周長及等效半徑方法)和當(dāng)量橢圓長算法(包括當(dāng)量矩形，最大直徑法，短軸算法等)等。其中，按掃描線測量巖石塊度的長寬尺寸的方法與礦巖塊度的轉(zhuǎn)動有關(guān)，即同樣的巖塊，以不同的轉(zhuǎn)角放置在圖像中將被測量到不同的尺寸；當(dāng)量圓直徑算法雖然與轉(zhuǎn)動無關(guān)，但不能給出任何形狀參數(shù)，即一支長3-4倍于同樣面積橡皮的鉛筆，它們被測量的尺寸是一樣的；當(dāng)量橢圓長算法雖然優(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)動有關(guān)或測量的參數(shù)太單一。此外，L. R. Ferret首創(chuàng)了簡單FERRET算法，該算法根據(jù)測量與目標(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、寬等幾何特征。但該方法因為缺少對測量方向的確定，使得測量的長度和寬度隨該矩形的方向不同而不同，測量值不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有巖石塊度的圖像測量技術(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的礦巖塊度測量方法。為實現(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的礦巖塊度測量方法，具體按下述步驟進(jìn)行步驟一，對二值區(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)的開運算，得到平滑圖像；步驟二，掃描平滑圖像，對圖像中的所有的礦巖塊度物體進(jìn)行標(biāo)號，得到標(biāo)號圖像；步驟三，掃描標(biāo)號圖像，計算每一標(biāo)號物體的0階轉(zhuǎn)動慣量、I階轉(zhuǎn)動慣量和2階轉(zhuǎn)
動慣量；步驟四，依據(jù)步驟三中計算的0階轉(zhuǎn)動慣量、I階轉(zhuǎn)動慣量和2階轉(zhuǎn)動慣量確定每一標(biāo)號物體的面積、質(zhì)心、主軸方向及次軸方向
(1)0階轉(zhuǎn)動慣量為標(biāo)號物體的面積；(2)根據(jù)I階轉(zhuǎn)動慣量確定標(biāo)號物體的質(zhì)心；(3)根據(jù)2階轉(zhuǎn)動慣量確定標(biāo)號物體的主軸方向；(4)標(biāo)號物體的次軸方向為通過質(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為基準(zhǔn)，采用平行直線逼近法作每一標(biāo)號物體的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)號物體的輪廓線相交一點時，停止平移；同理，兩條與標(biāo)號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)號物體的輪廓線相交一點時，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)號物體共有N個相交點，N ^ 4 當(dāng)N=4時，該初始矩形為FERRET矩形；·當(dāng)NM時，即標(biāo)號物體的輪廓線上存在有(N-4)條單像素延伸直線，分別計算每條
單像素延伸直線與初始矩形相交點的邊界條件T，r=:，m為單像素延伸直線與初始矩形
M
相交點的長度像素數(shù)，M為初始矩形長度像素數(shù)；分別比較每條單像素延伸直線與初始矩形相交點的邊界條件與閾值T的大小，當(dāng)所有單像素延伸直線與初始矩形相交點的邊界條件均大于閾值T時，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平移，直至所有單像素延伸直線與初始矩形相交點的邊界條件均大于閾值T時得到FERRET矩形，其中5%彡T彡6% ；步驟六，計算每一標(biāo)號物體的FERRET矩形參數(shù)，得出FERRET矩形的長L和寬W，其中FERRET矩形的長L作為標(biāo)號物體的長，F(xiàn)ERRET矩形的寬W作為標(biāo)號物體的寬，計算FERRET矩形的寬長比W/L，將W/L作為標(biāo)號物體的第一形狀參數(shù)，計算標(biāo)號物體面積A與FERRET矩形面積B的比值A(chǔ)/B，將A/B作為標(biāo)號物體的第二形狀參數(shù)。本發(fā)明的方法對目標(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)號處理，接著是基于0、1、2階轉(zhuǎn)動慣量求出二維目標(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)，最后測量外界矩形的長和寬視為被測物體的長和寬，長寬比視為被測物體的第一形狀參數(shù)，被測物體的面積與其外界矩形面積的比值為被測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)動影響，而且增加了兩種不同的形狀參數(shù)，方法簡單，計算結(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)號物體的FERRET矩形示意圖。以下結(jié)合實施例與附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實施例方式發(fā)明人對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，經(jīng)過此點做邊界的切線，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，此時的距離為被測目標(biāo)物體的長度值，當(dāng)垂直距離達(dá)到最小時為被測目標(biāo)的
寬度值。從圖2可以看出，這種算法雖然簡單卻存在著缺陷如果目標(biāo)物體中存在多個點對時且通過他們的切線之間的距離相等，那么選取哪兩個點作為目標(biāo)物體寬度的取值就存 在取舍問題，使測量結(jié)果不穩(wěn)定，這將影響研究測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。在過去的研究中，多個國外研究者選擇的方法是在多個轉(zhuǎn)角方向上進(jìn)行同樣的測量，或取平均測量值，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，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)實的；另外一個問題是取得FERRET矩形越多，計算量也越大，即耗時又不精確。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)動慣量求得被測目標(biāo)物體的面積；假定被測物體是均質(zhì)的，用兩個垂直方向的一階轉(zhuǎn)動慣量來求得被測物體的質(zhì)心；最后在兩個垂直方向上獲得三個二階轉(zhuǎn)動慣量;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(x，y)到虛線的垂直距離為轉(zhuǎn)動半徑R，可得轉(zhuǎn)動慣量方程E = // jR2f (x, y) dxdy(I)根據(jù)圖3可得轉(zhuǎn)動慣量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)動慣量E最小，討論下面式子的取值情況，對式(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的礦巖塊度測量方法，其特征在于，具體按下述步驟進(jìn)行步驟一，對二值區(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)的開運算，得到平滑圖像； 步驟二，掃描平滑圖像，對圖像中的所有的礦巖塊度物體進(jìn)行標(biāo)號，得到標(biāo)號圖像； 步驟三，掃描標(biāo)號圖像，計算每一標(biāo)號物體的O階轉(zhuǎn)動慣量、I階轉(zhuǎn)動慣量和2階轉(zhuǎn)動慣量; 步驟四，依據(jù)步驟三中計算的O階轉(zhuǎn)動慣量、I階轉(zhuǎn)動慣量和2階轉(zhuǎn)動慣量確定每一標(biāo)號物體的面積、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為基準(zhǔn)，采用平行直線逼近法作每一標(biāo)號物體的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)號物體的輪廓線相交一點時，停止平移；同理，兩條與標(biāo)號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)號物體的輪廓線相交一點時，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)號物體共有N個相交點，N ^ 4 當(dāng)N=4時，該初始矩形為FERRET矩形； 當(dāng)NM時，即標(biāo)號物體的輪廓線上存在有(N-4)條單像素延伸直線，分別計算每條單像素延伸直線與初始矩形相交點的邊界條件τ為單像素延伸直線與初始矩形相交 M點的長度像素數(shù)，M為初始矩形長度像素數(shù)；分別比較每條單像素延伸直線與初始矩形相交點的邊界條件與閾值T的大小，當(dāng)所有單像素延伸直線與初始矩形相交點的邊界條件均大于閾值T時，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平移，直至所有單像素延伸直線與初始矩形相交點的邊界條件均大于閾值T時得到FERRET矩形，其中5%彡T彡6%; 步驟六，計算每一標(biāo)號物體的FERRET矩形參數(shù)，得出FERRET矩形的長L和寬W，其中FERRET矩形的長L作為標(biāo)號物體的長，F(xiàn)ERRET矩形的寬W作為標(biāo)號物體的寬，計算FERRET矩形的寬長比W/L，將W/L作為標(biāo)號物體的第一形狀參數(shù)，計算標(biāo)號物體面積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的礦巖塊度測量方法。方法對目標(biāo)物體輪廓進(jìn)行平滑后，然后進(jìn)行標(biāo)號處理，接著是基于0、1、2階轉(zhuǎn)動慣量求出二維目標(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，最后測量外界矩形的長和寬視為被測物體的長和寬，長寬比視為被測物體的第一形狀參數(shù)，被測物體的面積與其外界矩形面積的比值為被測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)動影響的，而且增加了兩種不同的形狀參數(shù)。
文檔編號G01N15/02GK102798583SQ20121024316
公開日2012年11月28日 申請日期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 申請人:長安大學(xué)