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

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

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

4.5MATLAB与数据库的连接

4.6本章小结

结论

参考文献

致谢