技術(shù)特征：

1.一種三維空間裂縫分離識(shí)別與表征方法，其特征在于，對(duì)采集的圖像進(jìn)行如下處理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)三維空間裂縫進(jìn)行分離識(shí)別與表征：

1)圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理；

2)統(tǒng)計(jì)分析圖像數(shù)據(jù)基本信息：圖像數(shù)據(jù)的基本信息包括孔隙度、各個(gè)空隙結(jié)構(gòu)的連通性、位置、大小、方向以及各向異性；

3)過(guò)濾：去除圖像數(shù)據(jù)中非裂隙結(jié)構(gòu)；

4)平滑：對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑和修補(bǔ)；

5)減?。菏箍障督Y(jié)構(gòu)在三維中最窄方向上減薄到厚度d；

6)分離：以斷開(kāi)連接的方式分離裂縫網(wǎng)絡(luò)中互相交錯(cuò)的裂縫；

7)合并：合并在前一步中被斷開(kāi)的空隙結(jié)構(gòu)，整合分離過(guò)程形成的微小結(jié)構(gòu)，最后分析各個(gè)空隙結(jié)構(gòu)的孔隙度、連通性、位置、大小、方向以及各向異性，完成對(duì)三維空間裂縫的分離識(shí)別與表征。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維空間裂縫分離識(shí)別與表征方法，其特征在于，所述步驟2)空隙結(jié)構(gòu)的各向異性的計(jì)算方式為：

對(duì)于一個(gè)包含了n個(gè)體像素的空隙結(jié)構(gòu)，每一個(gè)體像素i都表達(dá)為從團(tuán)簇中心點(diǎn)到當(dāng)前位置的向量a_i＝(a_xi,a_yi,a_zi)^T，空隙結(jié)構(gòu)中心點(diǎn)坐標(biāo)通過(guò)計(jì)算孔隙中所有點(diǎn)坐標(biāo)的平均值算出；那么此空隙結(jié)構(gòu)的整體各向異性能夠用方向矩陣R來(lái)表示：

$R=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_i{a_i}^T=\left[\begin{array}{ccc}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_{xi}^2& \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_{xi}{a}_{yi}& \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_{xi}{a}_{zi}\\ \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_{xi}{a}_{yi}& \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_{yi}^2& \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_{yi}{a}_{zi}\\ \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_{xi}{a}_{zi}& \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_{yi}{a}_{zi}& \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_{zi}^2\end{array}\right]$

該矩陣有三個(gè)特征值τ₁<τ₂<τ₃，以及對(duì)應(yīng)的特征向量μ₁，μ₂，μ₃；各向同性指標(biāo)I＝τ₁/τ₃和延伸指數(shù)E＝1-τ₁/τ₃用來(lái)定義空隙結(jié)構(gòu)的各向異性；當(dāng)E→0且I→1時(shí)就表明該空隙結(jié)構(gòu)是各向同性的；

其中團(tuán)簇是在二值數(shù)據(jù)中由具有共同面的相同材料體像素構(gòu)成的獨(dú)立結(jié)構(gòu)，如果一個(gè)單獨(dú)的體像素標(biāo)識(shí)為1，沒(méi)有與周?chē)渌鼧?biāo)示為1的體像素共面，則這一個(gè)體像素是一個(gè)團(tuán)簇；多個(gè)相同標(biāo)識(shí)的體像素能夠通過(guò)共面方式連接成一個(gè)很大且很復(fù)雜的團(tuán)簇，多條裂隙相互交錯(cuò)也構(gòu)成一個(gè)團(tuán)簇；

團(tuán)簇是內(nèi)部相互連通，但是與外界不連通的一個(gè)結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維空間裂縫分離識(shí)別與表征方法，其特征在于，步驟3)所述過(guò)濾的過(guò)程為：當(dāng)團(tuán)簇滿足過(guò)濾條件時(shí)，修改團(tuán)簇內(nèi)的所有體像素的材料標(biāo)識(shí)，即將原空隙標(biāo)識(shí)1修改為0，表示這一個(gè)小的空隙結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閹r石的一部分，在后續(xù)的分析中不存在，標(biāo)識(shí)1表示為空隙結(jié)構(gòu)，標(biāo)識(shí)0表示為巖石的一部分。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維空間裂縫分離識(shí)別與表征方法，其特征在于，步驟4)所述平滑的過(guò)程為：對(duì)過(guò)濾后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑和修補(bǔ)操作，具體是使用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的閉運(yùn)算實(shí)現(xiàn)圖像的平滑和修補(bǔ)，形態(tài)學(xué)閉運(yùn)算包括一個(gè)膨脹運(yùn)算和一個(gè)緊接著的腐蝕運(yùn)算；

膨脹運(yùn)算是形態(tài)學(xué)中的基本運(yùn)算，是一個(gè)求局部最大值的操作，首先用一個(gè)事先定義的結(jié)構(gòu)元素B與圖像A進(jìn)行卷積，也即先計(jì)算結(jié)構(gòu)元素B所覆蓋的圖像A的區(qū)域中的像素點(diǎn)灰度的最大值，并把這個(gè)最大值賦值給結(jié)構(gòu)元素B的原點(diǎn)指定的像素點(diǎn)；這會(huì)使得灰度圖像中高亮區(qū)域逐漸擴(kuò)張，對(duì)于二值圖像來(lái)說(shuō)，也相當(dāng)于將結(jié)構(gòu)元素B與圖像A進(jìn)行或運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果決定原點(diǎn)指定的像素點(diǎn)的值；

其中結(jié)構(gòu)元素是指一個(gè)原點(diǎn)位于中心的形狀，該形狀能為任意形狀和大?。?/p>

腐蝕運(yùn)算是形態(tài)學(xué)中的基本運(yùn)算，與膨脹互為對(duì)偶，腐蝕本質(zhì)上是一個(gè)求局部最小值的操作，操作方法與膨脹類(lèi)似，最終用局部最小值賦值給結(jié)構(gòu)元素B原點(diǎn)指定的像素點(diǎn)，此操作會(huì)使得灰度圖像中的高亮區(qū)域逐漸縮減；對(duì)于二值圖像來(lái)說(shuō)，也相當(dāng)于將結(jié)構(gòu)元素B與圖像A進(jìn)行與運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果決定原點(diǎn)指定的像素點(diǎn)的值；由于腐蝕與膨脹互為對(duì)偶，故圖像A被結(jié)構(gòu)元素B腐蝕的補(bǔ)集等于A的補(bǔ)集被B膨脹；

形態(tài)學(xué)閉運(yùn)算是對(duì)過(guò)濾后的圖像先進(jìn)行一次膨脹操作，再做一次腐蝕操作。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維空間裂縫分離識(shí)別與表征方法，其特征在于，步驟5)所述減薄的過(guò)程為：判斷當(dāng)前點(diǎn)是否是需要處理的空隙點(diǎn)，對(duì)于空隙點(diǎn)，計(jì)算它在三個(gè)方向的延伸情況，即在x、y、z三個(gè)方向上逐點(diǎn)進(jìn)行檢查，如果在其中一個(gè)方向上遇到一個(gè)非空隙點(diǎn)，則停止該方向上的檢查，并記錄延伸長(zhǎng)度；三個(gè)方向都檢查完畢后，選取其中延伸長(zhǎng)度最小的方向作為待減薄方向；之后將該方向減薄至3個(gè)體像素厚度，除此三個(gè)體像素，此次處理過(guò)程中該方向上的其他體像素全部改變賦值，即標(biāo)識(shí)為0，使其成為巖石部分，并且記錄相關(guān)信息；處理完成之后繼續(xù)下一個(gè)點(diǎn)的計(jì)算。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維空間裂縫分離識(shí)別與表征方法，其特征在于，步驟6)所述分離是對(duì)減薄后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，使得原本相互交錯(cuò)的結(jié)構(gòu)分開(kāi)，成為獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，分離的具體過(guò)程為：

(1)利用局部網(wǎng)格從三維上進(jìn)行逐點(diǎn)處理；以當(dāng)前處理像素為中心，分別以給定的一大一小兩個(gè)分析半徑，在三個(gè)方向上分別生成兩個(gè)二維正方形局部網(wǎng)格，每次逐點(diǎn)處理只利用網(wǎng)格里的圖像信息；將當(dāng)前處理像素視為原點(diǎn)，兩個(gè)局部網(wǎng)格都被原點(diǎn)劃分為四個(gè)象限，對(duì)于外部半徑大的局部網(wǎng)格來(lái)說(shuō)，若存在任意兩個(gè)象限內(nèi)的圖像是線性的，且它們之間的夾角處于所限定范圍之內(nèi)，同時(shí)內(nèi)部半徑較小網(wǎng)格內(nèi)的相應(yīng)象限中含有的空隙體像素?cái)?shù)量不少于預(yù)設(shè)的數(shù)量，則它們被視為兩條相交的方向不同的裂縫在當(dāng)前截面上的投影，所以改變當(dāng)前原點(diǎn)處像素的值，使其成為巖石部分；

(2)對(duì)于三維圖像，處理步驟是將依次從三個(gè)方向上進(jìn)行，直到確定當(dāng)前像素是否應(yīng)當(dāng)被歸為巖石。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三維空間裂縫分離識(shí)別與表征方法，其特征在于，步驟7)所述合并的過(guò)程為：首先判斷每一個(gè)空隙結(jié)構(gòu)是否應(yīng)當(dāng)與另外一個(gè)空隙結(jié)構(gòu)合并，判斷的條件包括：i)兩個(gè)空隙結(jié)構(gòu)的法線方向是否近似平行；ii)在分離步驟之前它們是否原本就屬于同一空隙結(jié)構(gòu)；iii)它們的法線是否都與它們的中心連線垂直；滿足以上三個(gè)條件，則被判定為應(yīng)當(dāng)合并。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三維空間裂縫分離識(shí)別與表征方法，其特征在于，該方法還包括基于減薄步驟中記錄的信息，將各個(gè)孔隙的形狀恢復(fù)至減薄之前；最后分析各個(gè)空隙結(jié)構(gòu)的孔隙度、連通性、位置、大小、方向以及各向異性，完成對(duì)三維空間裂縫的分離識(shí)別與表征。