MATLAB环境下图像分形维数的计算

利用MATLAB的图像处理和数值计算功能，对大气可吸入颗粒物的场发射电镜（FESEM）图像进行处理，得到颗粒物边界的二值图像；编制MATLAB程序，统计一系列以不同像素数量为边长的正方形块覆盖二值图像时的个数，根据像素数量和正方形块个数之间的关系，确定图像的计盒维数。结果表明：MATLAB对分形图像的处理简单、方便，通过科赫曲线、谢宾斯基填料等有规分形图形分形维数的计算表明该方法计算出的结果准确、可靠。对大气颗粒物的分形维数的计算表明，不同不规则程度的颗粒物有不同的分形维数，可以通过颗粒物分形维数的计算分析颗粒物的来源和输运过程．     

岩石介质的分形空隙模型及其维数解析

为了探讨岩石介质的空隙结构及分布机理,从分形几何学的角度建立了一种更接近实际情况的岩石介质空隙结构的统计自相似分形模型,并通过随机破碎个数与自相似比的数学期望,给出了岩石介质中空隙分布的分形自相似维数的计算公式.讨论了岩石初始结构的分布维数与破碎后块度的分布维数之间的关系及其意义,为岩石初始结构的探讨和破碎机理的研究奠定了理论基础.     

钢表面片状珠光体分数维计算

利用多媒体计算机扫描金属相谱中含碳量不同的钢表面的图片,运用图形处理软件Photoshop等工具处理图片,从表面分形Hausdorff-Besicovitch维数确定的方法出发,确定含碳量不同的钢表面片状珠光体的分数维数值,并利用计算机将一个正方形等分为25个正方形,分别保留10,15和19块,在保留的正方形中继续进行相同的操作,最后形成的分形,其维数是1.431,1.683和1.829.分别与20号钢,40号钢和60号钢表面片状珠光体维相同。     

混凝土损伤裂纹的二维数字图像盒维数算法

依据盒维数算法思想及数字图像存储原理,探讨了数字图像像素矩阵与图形之间的关系以及如何通过图像二值化获取分形曲线图形.研究了分形维数的计算方法,给出了一种基于Matlab计算功能的二维数字图像盒维数的简捷算法.按照这种方法能够方便的求解冲击荷载下混凝土试件表面裂纹的盒维数,具有很好的实用性,为探索混凝土表面裂纹图形的分形特征与其承受的动荷载之间的内在规律,奠定了基础.     

非织造布的过滤性能和力学性能分形特征研究

以分形理论为基础,借助计算机图像处理等辅助手段,对采集到熔喷工艺下的非织造布图像进行分析和识别,发现非织造布具有统计意义下的相似分形特征.通过计算其分形维数,参照样品的过滤性能和力学性能,找出了非织造布与分形维数之间的关系,为非织造布的进一步研究提供了可行的评测手段.     

断裂构造的分形分布与其损伤演化的关系

籍助于分形几何学和损伤力学的方法，重新考察和分析计算了有关的岩石断裂实验所提供的实验数据。分析计算结果表明：岩石断裂的损伤演化过程具有良好的统计自相似性，断裂尺度分布的分形维数能够很好地刻画岩石的损伤程度；并且在岩石断裂的损伤演化过程中，断裂尺度分布的分形维数(DL)随外载荷(σ)呈线性增大。对断裂尺度分布的分形维数而言．损伤演化过程是一个增维过程。根据计算结果给出了分形维数(DL)与损伤变量(σ)之间的经验关系。     

岩土体孔隙结构研究中的CT图像处理方法比较

为了更深入地揭示岩土体的力学特性及内在规律,对黏性土、岩石和泡沫混凝土等材料的CT扫描图像,分别采用灰度法和二值化法计算孔隙分形维数,研究了岩土体孔隙率与孔隙分形维数间的关系,对比讨论了这两种方法在孔隙结构分形特性研究的特点和适用性。结果表明:二值化法的处理效果取决于阈值的选择,并且采用以试样原始孔隙率为基准进行试算校核的阈值计算方法简单并且有效;而灰度法则较好地保留了更多的原始图像信息。对于不同的岩土体材料,其孔隙率与二值化法所得孔隙分形维数间均呈较好的幂函数关系。采用灰度法时,岩土体孔隙分形维数随其孔隙率的增大呈现微弱增大趋势,近似线性关系。总体来看,两种处理方法均可用于岩土体孔隙结构分形特性研究但各有优劣,应根据研究对象去选择适用的方法。     

基于数字体图像三维裂隙的分形计算及应用

根据计盒维数(CBD)的计算方法,提出了基于三维裂隙的数字体图像计算其分形维数的立方体覆盖法,并用MATLAB软件实现了该算法.利用工业CT扫描获取了不同围压下破坏煤样的数字图像,通过数字图像处理获取裂隙并生成裂隙体图像,应用立方体覆盖法计算三维裂隙的分形维数;通过对破坏煤样块体质量-频率的统计,计算了块度分形维数.两种分形维数分别从裂隙的发育程度和煤样破碎程度来评价煤样的破坏,两种分形维数越大,煤样的破碎程度越高,裂隙越发育,变化趋势具有一致性.结果表明:提出的计算三维裂隙分形维数的立方体覆盖法是可行的,得出的三维裂隙的分形维数可以作为分析裂隙空间分布的定量参数.基于三维裂隙的数字体图像的分形维数还可以用于对裂隙演化过程的定量描述.     

材料力学行为的分形特性

本文综述了分形学在材料中应用的发展过程,并阐明分形理论对材料力学行为研究的重要意义。评述材料损伤断口的几种分形维数的测定方法,同时例举岩石断裂的分形特性及其材料的断裂韧性与分形维数之间的关系。     

颗粒复合材料 LDPE/CaCO_3 拉伸断口的分形分析

应用计算断口表面分形维数的二维变差法，计算了颗粒复合材料ＬＤＰＥ／ＣａＣＯ３拉伸断口的分形维数，并且建立了断口分形维数与强度极限和填料颗粒含量之间的关系。     

基于机器视觉的软体纤维丝集束智能计数系统

设计了一种基于机器视觉的可以对软体纤维丝集束实现自动计数的检测系统。系统采用自制半球形LED光源照明,对软体纤维丝集束切片,经显微光学系统放大,再由电荷耦合器件(Charge coupled device,CCD)采集放大图像至计算机,通过图像处理系统计算出集束中软体纤维丝数量,并与标准值比较,自动给出是否合格的判别结果。并提出了一种图像处理方法,该方法首先采用基于区域熵值最大的原则将不同光强照射下获取的源图像进行融合,再对融合后的图像利用自组织特征映射(Self organization feature map,SOFM)神经网络求取分割阈值,然后使用求取的分割阈值作为测度指导源图像实现二值化融合,最后采用基于统计量的边界分离和计数方法实现纤维丝集束的计数。实验证明,该系统检测误差不大于1%,重复测量标准差不超过0.07,实现了对软体纤维丝集束的智能计数。     

计盒维数的算法优化及其在结霜现象中的应用

利用MATLAB数字图像处理功能,通过对二值图像网格划分过程中出现的不完整边界网格进行整合处理,优化了二值图像计盒维数计算方法,提高了计算结果的准确性和稳定性.研究中采用的算术阶递增序列网格划分方法,增强了该计算方法对图像尺寸的适应性.同时对分形图像递归深度及分辨率等因素对计算结果的影响进行定量分析,提出具有参考价值的控制条件.最后利用该方法对结霜过程不同时期的霜晶图像进行分形维数计算,并指出分形维数在描述结霜现象中的物理意义.     

基于R/S分析法与分形理论的围岩变形特征研究

基于R/S分析法与分形理论,对某水电站地下厂房处于同一高层不同剖面的围岩变形特征进了深入剖析,计算了所有多点位移计(4点)测点位移时间序列的Hurst指数与分形维数,提出了围岩开裂的分维判据.研究结果表明,所有测点的位移时间序列的Hurst指数日均在区间(0.5,1)内,且离M410较近剖面的Hurst指数基本趋近于1,这揭示,围岩的变形在今后一段时间仍会继续增长,且增长速率持续提高.当从一个剖面到另一个剖面时,多点位移计的两浅层测点(孔口、5.0 m)位移时间序列的分形维数先变小后变大,开裂剖面(M410所处剖面)的分形维数最小,这表明出现维数最小值是该剖面即将发生开裂的前兆与迹象;另外,尽管两深层测点(11.0 m、17.5 m)总体上存在类似趋势,然而没有如同浅层测点在某个区域存在着显著的单调性这一规律,这表明,M410所处剖面的裂缝深度不可能超出11.0 m,其值应该在5.0 m到11.0 m之间.     

两种分形计盒维数的研究

分形（Fractal）理论被誉为大自然的几何学,是现代数学一个新的分支,但其本质却是一种新的世界观和方法论．而分形的维数,对于分形的研究是必不可少的．计盒维数,由于它非常容易由计算机求得,所以是迄今在各学科领域中应用的最为广泛的一种维数;康托尘,yonKoch曲线是两种典型的分形．本文就这两种分形的计盒维数加以讨论研究,对计盒维数的理解与计算有一定的启发与指导意义．     

Fractal analysis of thermal conduction of loose coal

For deep mining engineering,heat transfer of coal mass is a vital factor in the thermal environment of coal mines.In order to study the thermal conduction mechanism,we obtained gray images of coal mass microstructure by scanning samples with a digital microscope.With the use of Matlab,these gray images were transformed into binary images,which were then transformed into a corresponding matrix consisting only of the values 0 and 1.According to the calculation method of box-counting dimension,we calculated the fractal dimension of the loose coal to be approximately 1.86.The thermal conductivity expressions of loose coal were derived based on the simulation method of thermal resistance.We calculated the thermal conductivity of loose coal by using a fractal model and compared the calculated values with our experimental data.The results show that the test data show an encouraging agreement with the calculated values.Hence fractal theory is a feasible method for studying thermal conductivity of loose coal.     

用分形理论增强红外图像的方法

红外图像边缘模糊不利于人眼观察,为了改善红外图像的视觉效果,提高红外图像的可视度,采用分形布朗理论对红外图像进行增强.由分形布朗随机场的性质可知,图像的小区域范围满足自相似性,但区域的边界处的规律性被打破,因此边界的H值发生奇异,红外图像灰度表面粗糙度即被描述出来.首先计算图像每个像素的分形参数,根据人眼的视觉敏感特征把图像的像素进行分类,分为平滑点和边缘点,然后对各个像素分别加权增强.试验结果表明,增强图像突出了目标的轮廓,获得良好的视觉效果.由于该方法充分考虑视觉特性,可以解决红外图像边缘模糊可视性差的问题.     

钢-铜磨合期磨粒分形行为的研究

在环-端面磨损试验机上,用45~#钢-铜摩擦副进行浸油磨损试验,采用由光学显微镜、摄像头、计算机数据采集装置组成的磨粒分析测试系统考察不同磨损阶段产生的磨粒,并求出多种磨粒表征参数。分析结果表明:磨损过程中产生的磨粒,其轮廓具有分形特征;磨粒分形维数的分布呈正态分布;磨粒分形维数相对于其它表征参数而言,和摩擦力相关性更大。因此,对磨粒分形维数的考察有助于了解磨损状态的转变。     

一种基于数字图像的空间测距算法及仪器研发

根据相机小孔成像原理,建立基于数字图像的空间测距数学模型,利用双目相机采集被测物在空间坐标系的平面图像信息(像素坐标),标定相机内外部参数,确定像素坐标系、图像坐标系、相机坐标系和世界坐标系之间的关系,通过平面图像上的像素坐标计算被测物两点之间的空间距离。按照便携式、低功耗、兼容性的原则,研制基于数字图像的空间测距仪器,设计仪器的图像采集、数据传输、数据交换、数据处理模块。实验证明基于数字图像的空间测距仪器的测量误差小于1%,在机器人视觉、非接触工程测量、智能制造等领域具有广泛的使用价值。