基于数字图像处理的沉积物粒度定量计算方法研究

• 作 者: 王超
• 出 处: 长江大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 图像处理 沉积物粒度 超像素分割 自动测量

沉积物粒度定量分析一直是地质学与河流水力学研究的重点之一。河水搬运不同粒度大小的沉积物反映了水动力条件,间接指示了河流流速、流量、上游泥沙流失等一系列河流变化,为环境监测和矿产资源勘探提供必要的基础数据。传统的粒度分析方法是在野外采集样品送往实验室使用仪器分析。为了系统研究河流方向沉积物粒度的变化规律,样品取样数量较大,加大了实验分析的工作量,耗费大量的财力、物力、人力和时间。因此,如何快速、便捷地定量分析沉积物粒度是地质学、地理学和水力学工作者们一直研究的课题。针对以往检测方法的不足,本论文采用基于数字图像处理的检测方法。图像分割是图像处理领域一个重要分支。超像素分割在生成超像素的紧凑度、轮廓保持方面都比较理想。随着超像素分割方法的研究和发展,它被广泛应用于各个领域。本文对超像素分割方法在砾石粒径计算中的应用进行了研究,重点对简单线性迭代聚类(SLIC)超像素分割方法进行深入分析。首先,采用数字图像处理的检测方法可以减少实地考察和材料采集搬运的问题,仅仅需要采用数码相机进行样本拍摄即可。砾石图像的纹理对本文一些分割方法的分割效果有较大的影响,为保证得到更好的分割效果,采用表面模糊算法对初始采集图像进行适当处理。其次,本文实现两种图像分割方法,一种基于SLIC超像素分割,另一种基于归一化割,它们都属于超像素分割方法。前者在分割效率方面表现优异,后者鲁棒性较优。根据实际工程需要,选择SLIC超像素分割与合并方法实现粒径测量算法,使用其分割结果进行后续实验与分析。同时采用主流三种图像分割算法进行砾石图像分割,对不同的算法进行了对比分析,本文算法表现优异。最后,基于分割结果的沉积物粒度定量计算方法的研究以及沉积物手动测量软件和沉积物自动测量算法的编译。根据图像分割结果,从粒径测量措施以及方法着手,进行粒度定量计算,并与手动测量及其他方法结果进行对比。同时将图片预处理到测量统计整个过程进行编程实现,使得砾石粒度定量分析更加方便,提高工作效率。结果表明,本论文采用的检测方法在保证较快速度的情况下误差更小。该方法减少人为误差,并提高检测自动化程度。集成该检测方法的程序具有操作简单和准确高效的优点。