基于三維重建的金屬斷口圖像分形算法研究.pdf

1、定量斷口學(xué)是近些年發(fā)展起來的一門新學(xué)科。其目的是用參數(shù)形式來表示從斷口表面所獲得的信息,然后將其與材料的變形、斷裂機(jī)制及材料的組織性能聯(lián)系起來,從而做到直接從材料破壞后的斷口分析推測它的斷裂性質(zhì)。Mandelbrot首先于l984年用分形方法定量分析了金屬斷口的不規(guī)則性,并預(yù)言可由分形維數(shù)(分維)作為斷口幾何特征的參數(shù)。之后,以分形維數(shù)做為金屬斷口定量描述的研究開始受到學(xué)術(shù)界的重視,并提出了許多測量金屬斷口分形維數(shù)的方法,這些測量方法也

2、在實際中得到了驗證。但是,這些測量方法多數(shù)都是以金屬斷口作為測量對象,以破壞金屬斷口為前提,并且這些測量方法在設(shè)備、周期、資金和個人能力上都有較高的要求。針對以上問題,本文提出了基于三維重建的分形維數(shù)計算方法。該方法以電子顯微鏡圖像作為研究對象,利用三維重建技術(shù)重建出金屬斷口的三維形貌,進(jìn)而利用已有的測量方法對重建出來的三維形貌計算分形維數(shù)。考慮系統(tǒng)的運行成本,本文采用三維重建技術(shù)中的從陰影恢復(fù)形狀法(SFS算法)來進(jìn)行三維重建。多數(shù)S

3、FS算法在進(jìn)行重建之前都需要知道光源方向,為此,本文首先對光源方向估計算法作了比較,在此基礎(chǔ)之上對SFS算法中的Horn算法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的三維重建算法和基于有限元的三維重建算法進(jìn)行研究和改進(jìn),選擇基于有限元的三維重建算法來重建金屬斷口的三維形貌。最后,利用分形維數(shù)測量方法中的小島法對通過金屬斷口SEM圖像重建出來的金屬斷口三維形貌進(jìn)行分形維數(shù)的計算,得到金屬斷口的分形維數(shù)。本論文以對鋯合金斷口進(jìn)行分形維數(shù)計算為應(yīng)用背景,結(jié)合計算機(jī)視覺