冰湖终碛垄颗粒的分析方法
【专利摘要】本发明公开了一种冰湖终碛垄颗粒的分析方法，旨在提供一种数据采集速度快、分析结果准确的冰湖终碛垄颗粒的分析方法。该分析方法包括以下步骤：（1)现场冰湖终碛垄样区选取；(2)样区图像拍照；（3)图像预处理；(4)图像尺寸转换；(5)图像边缘检测及区域填充；(6)区域填充完成后获得石块面积；(7)根据石块面积绘制颗粒级配曲线。本发明的分析方法可行，分析结果可靠，可作为冰湖终碛垄颗粒分析的有效方法之一。
【专利说明】冰湖终碛垄颗粒的分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冰湖终磧垄研究【技术领域】，尤其是涉及一种冰湖终碛垄颗粒的分析方 法。
【背景技术】
[0002] 我国的冰湖主要分布在念青唐古拉山和喜马拉雅山地区，平均海拔在5000米以 上，是中国冰湖发育最多、受冰湖溃决危害最严重的地区。冰湖的湖堤多为终碛垄。终碛垄 为典型的二元结构，主要由碎石颗粒堆积，粒径从毫米至米级，颗粒结构疏松，渗透性较强， 因此终碛垄的稳定程度往往直接决定冰湖溃决与否。
[0003] 颗粒分析是终碛垄稳定性研究的基础试验之一，能够定量描述终碛垄试样中各个 粒组的含量，为终碛垄的工程分类和了解终碛垄的工程性质提供依据。由于构成终碛垄的 粒径较大（可达到米级），因此，难以通过现有的颗粒分析手段（如筛析法、密度计法）来 获取其相应的粒度组成；此外，冰湖分布在高海拔、自然条件恶劣地区，使得常规地人工从 终碛垄采集样本进行室内试验或者长期在外作业存在一定的困难。人工采集对于平均海拔 5000米以上的冰湖终碛垄来说很艰难，因为冰湖终碛垄海拔太高，自然条件恶劣，地形复 杂，机器无法到达，人工步行去取样需要克服缺氧、体力不支等各种困难。
【发明内容】
[0004] 本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种数据采集速度快、分析结果准确的 冰湖终碛垄颗粒的分析方法。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种冰湖终碛垄颗 粒的分析方法，包括以下步骤：
[0006] (1)现场冰湖终碛垄样区选取：对样区表面进行清理、平整，并在样区的适当位 置水平放置刻度尺；
[0007] (2)样区图像拍照：利用拍照设备对样区进行拍摄；
[0008] (3)图像预处理：利用图像处理软件对图像进行降噪处理；
[0009] (4)图像尺寸转换：将数字图像中像素点间的距离转换为图像所代表的实际尺 寸，其转换比例为：
[0010] R = S/N ；
[0011] 式中，R表示数字图像中每个像素单位对应的实际尺寸；
[0012] S表示图像在横向或纵向上所对应的实际尺寸；
[0013] N表示图像在横向或纵向上S长度所对应的像素点数目；
[0014] (5)图像边缘检测及区域填充：根据像素亮度值来识别一些像素是否属于同一个 物体；
[0015] (6)区域填充完成后获得石块面积；
[0016] (7)根据石块面积绘制颗粒级配曲线。
[0017] 优选的是，所述步骤⑴中的样区大小为1米米。
[0018] 优选的是，所述步骤⑵中以拍照设备的光轴垂直于样区的角度对选取的样区进 行拍照。
[0019] 优选的是，所述步骤（5)米用Photoshop进行，具体步骤为：
[0020] (1)初始化：堆找置空，将种子点（X，y)入栈；
[0021] (2)出栈：若栈空则结束，否则取栈顶元素（X，y)，#y作为当前扫描线；
[0022] (3)填充并确定种子点所在区段：从种子点（X，y)出发，沿当前扫描线向左、右两 个方向填充，直到边界；分别标记区段的左、右端点坐标为xl和xr ;
[0023] (4)确定新的种子点：在区间[xl，xr]中检查与当前扫描线y上、下相邻的两条扫 描线上的象素，若存在非边界、未填充的象素，则把每一区间的最右象素作为种子点压入堆 栈，返回第（2)步。
[0024] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0025] (1)经实验证明本发明的分析方法是可行的，其分析结果可靠，可以作为冰湖终碛 垄的颗粒分析方法之一。
[0026] (2)本发明使高海拔、自然条件恶劣地区的冰湖终碛垄颗粒的分析变得较为方便， 克服了人工从终碛垄采集样本进行室内试验或者长期在外作业人员缺氧、体力不支的不 足。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为本发明流程图。 图2为本发明分析方法所的结果与现有筛析法分析结果的对比图。
【具体实施方式】
[0029]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030]数字图像处理技术是把来自照相机、摄像机、扫描装置的图像，经过数学变换后得 到存储在计算机中的数字图像信息，再由计算机进行分析和处理，最后得到所需要的各种 结果。数字图像在计算机中是由一系列矩形排列的像素点构成，每个像素点对应一个正方 形，在_灰度图像中每个像素点对应一个整数值，用以表示该点的亮度，即灰度。常见的2兄 色或二值化图像，其灰度值为〇- 255和〇_丨。整个图像是由具有不同灰度值的像素点阵构 成，不同的灰度值分别代表了图像所包含的不同信息,这些像素点对应的各个离散数据便 成为下一步数字图像处理的基础。
[0031]从相机或其他图像设备得到的终碛垄图像包含了丰富信息,这些信息可以通过相 应的灰度值或色彩来反应。因此，可以通过图像的不同像素点所反映的灰度或色彩的变换 来获取材料内部不同物质成分、颗粒含量、粒度分布及其结构特征等有价值的资料，以进行 一系列相关研究，并建立其相应的细观结构分析模型。
[0032] 实施例一：
[0033] 一种冰湖终碛垄颗粒的分析方法，包括以下步骤（图1):
[0034] (1)现场冰湖终碛垄样区选取：在利用数码照相机等设备进行冰湖终碛垄拍摄 前，应首先在现场选取样区，并将表面进行平整、清理干净，在样区的适当位置水平放置刻 度尺，以标定试验图像的实际尺寸及图像方位，可以1米*1米的正方形为标准。
[0035] (2)样区图像拍照：以拍照设备的光轴尽可能垂直于样区的角度对选取的样区进 行拍照，以防止由拍摄倾斜角引起的照片变形，并输入计算机存储。
[0036] (3)图像预处理：由于外界各种因素（如光照、样区平整度、石块与周围填充土体 的色彩差异性等）的影响，使得通过上述方法获得的图像通常存在有大量的图像噪音。因 此，首先要利用已有的图像处理软件对原始图像进行处理，消除这些不良因素，提取需要研 究的对象。
[0037] (4)图像尺寸转换：不能直接从存储在计算机里的数字图像中获得实际距离，因 此，需要在图像尺度与实际尺度之间转换。终碛垄图像处理中的尺度转换是指将数字图像 中像素点间的距离（水平或垂直）转换为图像所代表的实际尺寸（长或高）。其转换比例 为：
[0038] R = S/N ；
[0039] 式中，R表示数字图像中每个像素单位对应的实际尺寸；
[0040] S表示图像在横向或纵向上所对应的实际尺寸；
[0041] N表示图像在横向或纵向上S长度所对应的像素点数目。
[0042] (5)图像边缘检测及区域填充：相关的图像处理软件有很多，本次以Photoshop为 例。在数字图像中，根据像素亮度值来识别一些像素是否属于同一个物体，具体可由以下四 步来实现：
[0043] ⑴初始化：堆栈置空，将种子点（X，y)入栈；
[0044] ⑵出栈：若栈空则结束。否则取栈顶元素（X，y)，以y作为当前扫描线；
[0045] ⑶填充并确定种子点所在区段：从种子点（X，y)出发，沿当前扫描线向左、右两 个方向填充，直到边界。分别标记区段的左、右端点坐标为xl和Xr ;
[0046] ⑷并确定新的种子点：在区间[xl，xr]中检查与当前扫描线y上、下相邻的两条 扫描线上的象素。若存在非边界、未填充的象素，则把每一区间的最右象素作为种子点压入 堆栈，返回第（2)步。
[0047] (6)区域填充完成后获得石块面积：以上步骤便可得到石块的面积。
[0048] (7)根据石块面积绘制颗粒级配曲线：在绘制颗粒级配曲线之前，本文假定样区 内所有石块的密度和厚度是一样的，这样可以根据各粒径面积百分比代替质量百分比。 [0049] 试验例：图像处理法与筛析法的比较
[0050] (1)选择样区（样本）
[0051] 在现场选择两个样区，命名为样区1和样区2,由本发明的方法进行分析；在样区 表层以下挖取坝体作为筛析法试验样本（样区1以下所采样本为试验1，样区2以下所采样 本为试验2)。在进行室内筛分试验前，将样本中颗粒粒径大于eomm的碎石拿出，将剩令样 本进行两次平行试验，最后将粒径大于60mm的碎石质量也参与颗粒级配曲线的绘制。
[0052] (2)对比与分析 °
[0053] 为使两种方法有一个直观的比较，将两种方法的结果图放入同一个坐标系下，如 图2所示：
[0054] 对比结果图发现：两种方法得到的级配曲线基本一致。证明结合现场考察的数字 图像处理技术进行冰湖的颗粒分析可行,分析结果可靠，可以作为冰湖终碛垄的颗粒分析 方法之一。
[0055] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡^本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种冰湖终碛垄颗粒的分析方法，其特征在于：包括以下步骤： (1) 现场冰湖终碛垄样区选取：对样区表面进行清理、平整，并在样区的适当位置水平 放置刻度尺； (2) 样区图像拍照：利用拍照设备对样区进行拍摄； (3) 图像预处理：利用图像处理软件对图像进行降噪处理； (4) 图像尺寸转换：将数字图像中像素点间的距离转换为图像所代表的实际尺寸，其 转换比例为： R = S/N ； 式中，R表示数字图像中每个像素单位对应的实际尺寸； S表示图像在横向或纵向上所对应的实际尺寸； Ν表示图像在横向或纵向上S长度所对应的像素点数目； (5) 图像边缘检测及区域填充：根据像素亮度值来识别一些像素是否属于同一个物 体； (6) 区域填充完成后获得石块面积； (7) 根据石块面积绘制颗粒级配曲线。
2. 根据权利要求1所述冰湖终碛垄颗粒的分析方法，其特征在于：所述步骤（1)中的 样区大小为1米*1米。
3. 根据权利要求1所述冰湖终碛垄颗粒的分析方法，其特征在于：所述步骤（2)中以 拍照设备的光轴垂直于样区的角度对选取的样区进行拍照。
4. 根据权利要求1所述冰湖终碛垄颗粒的分析方法，其特征在于：所述步骤（5)采用 Photoshop进行，具体步骤为： (1) 初始化：堆栈置空，将种子点（X，y)入栈； (2) 出栈：若栈空则结束，否则取栈顶元素（x，y)，以y作为当前扫描线； (3) 填充并确定种子点所在区段：从种子点（X，y)出发，沿当前扫描线向左、右两个方 向填充，直到边界；分别标记区段的左、右端点坐标为xl和xr ; (4) 确定新的种子点：在区间[xl，xr]中检查与当前扫描线y上、下相邻的两条扫描线 上的象素，若存在非边界、未填充的象素，则把每一区间的最右象素作为种子点压入堆栈， 返回第（2)步。
【文档编号】G06T7/00GK104217424SQ201410323910
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】肖长伟, 黄志鹏, 李晓雪, 姚成林, 高延鸿, 刘鹏, 叶富刚, 阳辉, 李建峰, 蓝志锋, 索央, 刘绍林, 岳彩芹, 普拉, 海森, 王秀枚, 何勇智, 张小兵, 朱琼亮, 次旦央宗 申请人:西藏自治区水利电力规划勘测设计研究院