专利名称：自相似泥沙颗粒大小的识别系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及水利学和信息科学的交叉学科。
背景技术：
地震或其他因素引起的滑坡、泥石流、堰塞湖等自然灾害频发，给人们的生产生活造成了巨大的影响，那么，怎么样消除或尽可能减小这些自然灾害对人们的不利影响呢？为此，许多学者做了大量的科学研究工作。总结前人的研究成果，我们可以发现地震烈度、降雨强度、山体自身的坡度、山体的含水率及泥沙的粒径级配、河流流量等各种因素决定着 滑坡、泥石流及堰塞湖等各种灾害的发展方向。而在各种影响因素当中，泥沙的粒径级配又在很大程度上决定了滑坡、泥石流、堰塞湖等自然灾害发生的时间、范围及程度。这是因为泥沙颗粒的大小是泥沙起动与否的决定条件之一。钱宁等将泥沙定义为“在流体中运动或受水流、风力、波浪、冰川及重力作用移动后沉积下来的固体颗粒碎屑”。我们注意到，当泥沙堆积在河床或其他某地方静止不动时一般情况是不会发生泥沙灾害的，只有当泥沙起动后或者说处于运动状态时才有可能导致泥沙灾害的发生，如滑坡、泥石流等。早在1753年，布朗母斯(A. Brahms)就提出泥沙的起动流速与泥沙的重量的1/6次方成正比。后经过多年的发展，希尔兹于1936年将量纲分析的方法运用到泥沙运动当中，提出了有名的希尔兹曲线，上个世纪五十年代，莱恩把起动拖曳力的概念引用到渠道设计中来。近年来，何文社、李文萍等学者对泥沙的起动规律及其影响因素进行了大量深入研究，并得出了泥沙启动流速公式Vc =[I+ ξ( )](Α^
V yd, d9o在(1-1)式中，Ys，Y分别为泥沙颗粒及水的容重，Cli为所研究的颗粒，I为与相对暴露度有关的系数，取值范围为O l，dm为泥沙级配的平均粒径。从他们的研究结论中我们可以看到，影响泥沙起动的主要因素是水力条件及泥沙本身的容重、级配及其相对暴露度。对于单颗泥沙来说，泥沙起动还带有很大的随机性质，但对于大量泥沙颗粒来说，则是有某些规律可循的。为此，一些学者对泥沙起动的判别标准做了不同的划分，如克雷默(H. Kramer)把推移质的运动分为四个阶段(I)无泥沙运动床面沙粒全部处于静止状态；(2)轻微的泥沙运动在床面的部分区域可以看到屈指可数的细颗粒泥沙正处于运动状态；(3)中等强度的泥沙运动在床面各处都可以看到有中等大小以下的沙粒在运动，其强度已经大到使我们无法计数；(4)普遍的泥沙运动各种大小的沙粒均已投入运动，引来床面外形的急速改变。现存技术主要有以下几个方面的缺陷I、首先要对泥沙进行破坏性采用，如，使用铁锹对所需要的泥沙进行挖掘，这里会有两个方面缺点，一是破坏环境，二是挖掘过程容易引发事故。
2、不能大规模的进行采样，造价昂贵。3、泥沙颗粒识别没有采用数据融合的方式，也很少采用数字图象处理、决策识别等技术。
发明内容
本发明目的是针对目前泥沙颗粒大小识别方法存在的缺陷，提出了一种泥沙颗粒大小识别方法和系统。本发明提供了一种泥沙颗粒大小的识别方法，该方法主要包括以下步骤根据所泥沙颗粒大小识别的要求，第一步骤对所需要进行采样的地区或者采样点进行数码拍摄，拍摄过程中，有两种方式，一是镜头离泥沙的距离保持在I米左右；另外镜头离泥沙的距离保持在4米左右。由于识别效果与这个焦距有关系，我们的系统在测试过程中，使用这两种方式比较好。第二个步骤图象预处理对采集泥沙图象进行灰度处理，进行锐化处理，同时进行灰度和对比度的统计。第三个步骤自相似泥沙颗粒大小的识别算法算法输入图象灰度矩阵和图象梯度矩阵对灰度矩阵按像素点为单位计算出一个对称相似矩阵；对称相似矩阵采用欧式距离，计算方法如下(Iijj = Xi-Xj对梯度矩阵按各点梯度值为单位计算出一个梯度对称相似矩阵；对称相似矩阵采用欧式距离，计算方法如下」=Xi-Xj把灰度相似矩阵进行归一化后，与梯度对称矩阵进行融合，融合方式可以采用相力口，也可以采用相减。得到一融合矩阵。计算方法如下
=把R矩阵进行非负分解，分解成的小矩阵作为颗粒大小分类的一个标准。计算方法如下R = MXN按分类的结果对图象进行分割，然后根据各分割的比例大小进行泥沙颗粒大小的识别，其中要与基准的颗粒进行对比，最后得到各颗粒大小的比例
图I为泥沙颗粒识别系统的总体结构示意图；图2为数字图像预处理流程图。
具体实施方式
本系统总体结构图如图I所示。系统总体功能分为三个部分一、图象采集；二、图象预处理；三、泥沙颗粒大小的识别。图象采集过程一般由领域专家决定采集的样本点，采集的范围；由于采用数码拍摄的方式，成本非常低，所以，可以大量的采集样本。图像预处理在获取泥沙级配图像的时候，由于数码相机自身像素的限制，外部复杂环境的干扰——如光照不均匀，空气能见度低，拍摄、传输和处理过程中的其他人为和机械因素等原因，导致所获得的泥沙级配图像模糊不清，质量偏低，计算机无法直接对其进行 识别分析，这就需要通过一定的预处理技术手段来改善泥沙级配图像的质量。一般预处理的技术手段主要包括图像去噪、图像增强和图像恢复等。图像预处理的过程如图2所示。泥沙颗粒大小的识别是对图2预处理后的图片进行分析，按照上面所述的“自相似泥沙颗粒大小的识别算法”进行识别，然后可以识别出泥沙颗粒的大小。
权利要求
1.自相似泥沙颗粒大小的识别系统，根据所测量的泥沙、系统和实际应用的要求，使用数码拍摄对数据对象进行采集。然后对图象处理成图象灰度矩阵和图象梯度矩阵。权利要求如下保护本发明对泥沙图象的采样方式与系统。
2.保护本发明对采集泥沙图象进行灰度处理，进行锐化处理，同时进行灰度和对比度的统计的系统。
3.保护本发明描述的自相似泥沙颗粒大小的识别系统。
全文摘要
自相似泥沙颗粒大小的识别系统是一种新的泥沙颗粒大小和比例识别方法和系统，主要是用数码摄像机对所需要识别的泥沙进行拍照，然后对这些照片进行一系列的处理，然后得到泥沙颗粒大小比例的一种方法。本发明系统总体结构图如图1所示。系统总体分为三个部分一、泥沙图象数据采集部分；二、泥沙图象数据处理部分；三、泥沙级配识别智能决策部分。本系统解决了其它系统不能解决的三个问题1、在泥沙数据采集的阶段，实现了无损害抽样，数据采集方式上进行了更新。数据采集方便容易。2、采集数据可以避免危险，同时采集成本低。3、使用数码拍摄的方式，同时识别过程与时间快，这样就可以大面积的采用，同时就对整体对象的识别率高。
文档编号G06K9/00GK102955934SQ201110247009
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者王红军, 李天瑞, 赵巍 申请人:江苏正圆信息科技有限公司