基于数字图像处理的构造物理模拟实验剖面检测系统研究

论文摘要

构造物理模拟实验是研究地质构造的一种有效手段,是帮助地质学家研究构造变形过程和形成机制的重要方法。目前构造物理模拟实验变形程度多采用目视、直尺测量等定性方法,人为干扰因素多、测量精度低,无法定量获取地质剖面变形信息。本文对实验砂箱剖面图像进行研究,利用数字图像处理技术,进行剖面的定量检测与分析,主要工作如下:1.介绍了构造物理模拟实验装置相关部件,详细描述了机械系统和电气控制系统,根据系统的特点建立了图像自动化采集平台,利用计算机控制数码相机自动采集剖面图像,编程实现了控制软件,主要包括相机功能设置和图像数据处理模块。2.构造物理模拟实验剖面图像的特点是前景为染成黑色的砂粒,背景为普通砂粒,且背景中有大量的深色砂粒,颜色不均匀,导致图像标志线不清晰,不利于特征提取。本文在分析图像处理常用算法的基础上,通过对算法的比较,找出了适合本系统图像特点的相对有效的算法。首先比较了基于灰度变换和基于直方图的图像增强方法,采用了线性灰度变换的方法,在增强图像中标志线信息上得到了较好的效果。其次,在图像滤波环节,利用了一种新的小波域与空域相结合的方法对图像进行去噪处理,与其他传统滤波方法比较在去除图像点状噪声时达到了较好的效果,并且保存了图像的细节信息。3.灰度图像经过增强和滤波后转化为二值图像,二值图像并不理想,仍然存在噪声,因此本文采用改进的数学形态学方法,使用不同的结构元素进行开闭运算操作,去除了噪声得到了较理想的标志线图像。在图像标志线提取中运用曲线拟合的方法,连接地质图像曲线中的断裂部分,得到了平滑的地质曲线和曲线的拐点信息。研究表明,该图像检测系统具有定量化、检测精确的特点,是分析地质构造演化过程行之有效的手段,为地质学家进一步分析地质构造演化过程提供了精确的基础数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 课题来源及研究意义
• 1.2 国内外研究现状综述
• 1.2.1 构造物理模拟实验现状
• 1.2.2 地质构造模拟实验检测现状
• 1.3 本课题的主要工作
• 第2章 构造物理模拟实验装置及剖面检测系统
• 2.1 构造物理模拟实验装置功能方案及技术指标
• 2.1.1 功能方案
• 2.1.2 实验相关部件
• 2.1.3 实验装置基本参数
• 2.1.4 实验过程
• 2.2 地质构造物理模拟实验装置机械系统描述
• 2.3 地质构造物理模拟实验装置电气控制系统描述
• 2.3.1 驱动控制系统
• 2.3.2 计算机测控系统
• 2.3.3 数码相机自动拍摄系统
• 2.4 剖面检测系统
• 2.4.1 图像采集系统
• 2.4.2 图像获取
• 2.5 应用软件
• 2.6 本章小结
• 第3章 地质构造物理模拟实验剖面图像预处理方法研究
• 3.1 数字图像处理基础
• 3.1.1 数字图像处理的发展概况
• 3.1.2 数字图像处理的主要内容
• 3.2 图像处理软件流程
• 3.3 图像增强处理
• 3.3.1 基于直方图的方法增强图像
• 3.3.2 基于灰度变换的方法增强图像
• 3.3.3 图像增强结果比较
• 3.4 图像滤波处理
• 3.4.1 邻域平均法和中值滤波技术
• 3.4.2 自适应维纳滤波
• 3.4.3 小波域与空域相结合的图像滤波方法
• 3.4.4 不同算法去噪性能比较
• 3.5 二值图像处理
• 3.5.1 数学形态学概述
• 3.5.2 二值形态学基本运算
• 3.5.3 改进的数学形态学算法
• 3.5.4 图像细化及标志线处理
• 3.6 本章小结
• 第4章 标志线提取技术研究及构造类型判断
• 4.1 典型的地质构造简述
• 4.2 图像标志线提取
• 4.3 地质剖面图像构造类型判断
• 4.4 用户界面设计
• 4.5 MATLAB 与数据库的连接
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢