基于单幅图像的多孔材料几何模型三维重构研究

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1、武汉理下大学硕七学缱论文摘要多孔搴孝料由手其特殊的孔隙结掏，具有渗流特性，广泛应麾于工业生产中。多孔材料的空间孔隙结构很大程度上决定了材料特性，因此对空间孔隙结构进行分折和研究具有重要意义。本文基于多孔材料的SEM图像进行了三维重建，具体研究内容如下：采用噪声过滤，欢度增强等图像处理技术对扫描图像进行预处理，零馨到了多孔材料的二值图像，从蔼将多孔材料的孔陈和固体架构明显区分开来。由此可以方便地提取孔隙度和自相关函数两个重要的统计信息。剩用傅立时交换的截断高颊场法来重建多孔材料的三维结构。这种方法鹃特点是直接由自相关函数产生高

2、斯随机场，从而避免了大量的非线性方程的求解。其中侠速傅立叶算法的应雳使褥求解的速度得到了很大的提高。文中通过分析三维空间中的三维切片图像信息，发现其自相关函数相同而孔隙度基本一致。由此说明，该方法能够有效地重建出与原材料特性基本一致的三维结构数学模型。运用OpenGL粒子系统对三维模型进行可视化。粒子系统在模拟不规则物体方面具有磅显优势和广泛应用，适合于描述多孔材料的复杂孔陈结构。本文首先在立方体包容空间内产生粒子，然后根据数学模型填入粒子的坐标，最后绘制这些粒子，得到模拟多孔材料孔陈分布的三维几何模型。研究了模型验证的原理

3、和方法，在此基础上选择合适的流体计算软件对文中构建三维模型进耋亍了验证。确认了基于傅立时变换的截断高焱场法构建艉三维模型的有效性。关键词：多孔材料；三维重建；图像处理；傅立叶变换；粒子系统武汲理’f大学硕七学徽论文ABSTRACTBecauseofporousmaterials’uniqueporestructureandflowcharacteristics，theyarewidelyusedinindustrialproduction．Toalargeextent．thesnllcnll．eofporespacedete

4、rminespropertiesofporousmaterials，SOitisveryimportanttoanalysisandresearchthes缸诅e氛ll臀ofporespace．Inthisthesis．three。dimensionalreconstructionbasedontheSEMimagesofporousmaterialhasbeendone．Thedetailstudyworksareasfollows：腮obtainedbinaryimagesofporousmaterialsthrough

5、pre-proeessingofscannedimages，inwhichwemadeuseofimageprocessingtechnologiessuchasnoisefiltering，grayenhancingetc，thereforewecanclearlydistinguishtheporosityofporousmaterialsandsolidframework．Inthiswaythetwoimportantstatisticalparameters,porosityandself-correlationf

6、unctioncallbeeasilyextracted．AtruncatedGaussianmethodbasedonFouriertl"ansformisintroducedtogeneratethe3-Dporousstructure。The3一DporousstructureiSdescribedbytheporosityandautocorrelationfunction,whichaleobtainedfromthe2-Dbinaryimage．Accordingtothetheory,whentheautoco

7、rrelationfunctioniSpositive-definire,thecorrespondingGaussianfieldCanbegeneratedapplyingFouriertransformsdirectly．Combiningthephaseall茁edistributionwhichiSassumedtoberandom,wecangetaseriesofGaussianfieldswiththesameautocorrelationanddifferentphasean西e．Bymakinguseof

8、particlesysternofOpenGL，weachievedvisualizationofthree-dimensionalmodel。ParticlesystemcannotonlybeappliedtosimulateLrregularnonintegratedstructur