去扁化IPP的沉積礫石圓度計(jì)算方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種去扁化IPP的沉積礫石圓度計(jì)算方法，該方法可以消除扁度對IPP圓度的影響，從而使顆粒的IPP圓度作為衡量顆粒磨圓度的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對粗粒沉積物形貌特征的精細(xì)描述。該方法的步驟包括計(jì)算礫石輪廓的最小外接矩形，通過四參數(shù)校正、長寬比例修正計(jì)算，使礫石輪廓的最小外接矩形變換為正方形，從而使礫石輪廓去扁化，提高IPP計(jì)算圓度的精確性。本發(fā)明專利技術(shù)的測量對象是砂礫巖數(shù)字圖像，其適用范圍廣，露頭、巖芯或鏡下薄片都能適用，且可以批量處理，易于操作。以W.C?Krumbein(1941)的礫石顆粒磨圓度分級標(biāo)準(zhǔn)圖版為例，比較傳統(tǒng)IPP圓度和去扁化IPP圓度的分級識(shí)別準(zhǔn)確度。結(jié)果表明，改進(jìn)的去扁化IPP圓度方法與礫石實(shí)際圓度更加符合。

Calculation method of flattening the deposition of IPP gravel roundness

The invention discloses a method to IPP round gravel deposited flattening degree, this method can eliminate the influence of IPP on flat roundness, so that the particles of IPP as a measure of particle roundness roundness grinding parameters, realize the fine description of the morphology of the coarse sediments. The method includes the steps of calculating the minimum external rectangle of the gravel contour, through four parameter calibration and correction calculation of ratio of length to width, the smallest outer contour rectangle is transformed into gravel gravel square, so that the contour to improve IPP fasciated, accuracy of roundness. The object of the invention is a digital image of sand gravel, which is applicable to a wide range, and can be applied in the outcrop, the core or under the lens, and can be processed in batches. W.C Krumbein (1941) of the gravel roundness grading standard chart as an example, compared to traditional IPP roundness and classification accuracy of roundness flattening IPP. The results show that the improved IPP circle and gravel to flattening method of roundness is more consistent with the actual.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于地質(zhì)勘探
，涉及一種礫石磨圓度的測量方法，具體指的是一種去扁化IPP的沉積礫石圓度計(jì)算方法。
技術(shù)介紹
礫石磨圓度是衡量礫石形態(tài)的重要參數(shù)之一，表示礫石的原始棱角被磨圓的程度。礫石磨圓度可以反映礫石的搬運(yùn)與沉積過程、物源性質(zhì)等特征，對沉積環(huán)境具有重要的指示意義。20世紀(jì)初期-中期，Wentworth、Krumbein、E.P.Cox等學(xué)者就提出了磨圓度的計(jì)算公式，使得沉積物顆粒的磨圓程度得以定量化。近年的專業(yè)圖像處理軟件可以自動(dòng)計(jì)算磨圓度值，例如IPP6.0(Image-Pro Plus6.0)軟件中的IPP圓度模塊，是目前應(yīng)用較廣泛的測量工具。傳統(tǒng)IPP圓度計(jì)算方法具有操作方便、適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，但該方法存在不足：礫石的IPP圓度與扁度(礫石的短軸與長軸之比)有關(guān)，扁度越小，IPP圓度值就會(huì)偏小。例如，正圓與橢圓的圓度應(yīng)該是相同的，但橢圓的扁度小，導(dǎo)致IPP圓度值偏低。理論上來講，礫石的磨圓程度與礫石的形狀無關(guān)，滾球形的礫石中有磨圓很好的或很差的情況，棍狀礫石亦是如此。因此利用IPP圓度來衡量礫石的磨圓度，就需要消除扁度對IPP圓度的影響。現(xiàn)有商業(yè)圖像處理軟件包含礫石磨圓度的計(jì)算模塊，例如Image Pro Plus6.0的IPP圓度計(jì)算模塊，傳統(tǒng)IPP圓度公式為 R = 4 π A P 2 - - - ( 1 ) ]]>本公式最早由E.P.Cox(1927)提出。公式中，R是樣品的磨圓度(Roundness)，A為樣品的投影面積(Area)，P為樣品的投影周長(Perimeter)，磨圓度值范圍在0～1之間。目前的IPP圓度計(jì)算方法沒有考慮礫石輪廓形狀的扁度因素，使得高扁度礫石的磨圓度被大大低估，影響了后期沉積環(huán)境研究的準(zhǔn)確性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種去扁化IPP的沉積礫石圓度計(jì)算方法，該方法基于IPP測量礫石磨圓度的改進(jìn)方法，可消除扁度對IPP圓度計(jì)算的影響。其通過計(jì)算礫石輪廓的最小外接矩形，對其四參數(shù)校正、長寬比例修正使礫石輪廓的最小外接矩形變換為正方形，實(shí)現(xiàn)礫石輪廓去扁化，達(dá)到矯正傳統(tǒng)IPP圓度值的目的。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供的一種去扁化IPP的沉積礫石圓度計(jì)算方法，包括以下步驟：1)采用灰度平均值法將砂礫巖的灰度圖像變換為二值圖像；2)提取二值礫石圖像的礫石輪廓，即二值圖像輪廓的提??；3)采用Graham算法計(jì)算礫石輪廓的凸包。4)計(jì)算礫石輪廓凸包的最小外接矩形。最小外接矩形的基本思路是采用旋轉(zhuǎn)卡殼法，給定點(diǎn)集，求點(diǎn)集的最小覆蓋矩形，最小覆蓋矩形的四條邊上，其中一條邊有至少兩個(gè)點(diǎn)，其他邊上至少有一個(gè)點(diǎn)。然后沿著凸包的邊旋轉(zhuǎn)，維護(hù)矩形另外三條邊上的點(diǎn)。5)把最小外接矩形的2個(gè)對角頂點(diǎn)P1、P2作為參考點(diǎn)映射到標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系P1’和P2’，標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的X軸方向向右、Y軸方向向上；以四參數(shù)法計(jì)算最小外接矩形轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，包括旋轉(zhuǎn)參數(shù)、縮放參數(shù)和平移參數(shù)，并以此轉(zhuǎn)換參數(shù)將礫石輪廓所有節(jié)點(diǎn)映射到標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中，轉(zhuǎn)換為圖形。6)比較圖形外接矩形的寬高比，將圖形[f]中較短邊拉伸到等于較長邊，得到目標(biāo)圖形。進(jìn)一步地，所述步驟1)中，使用整幅圖像的灰度平均值作為二值化的閾值，計(jì)算公式為 T h r e s h o l d = Σ g = 0 255 g × h ( g ) Σ g = 0 255 h ( g ) - - - ( 1 ) ]]>其中，h(g)是砂礫巖灰度圖像的灰度值g的統(tǒng)計(jì)直方圖，Threshold是灰度圖像的二值化閾值。再進(jìn)一步地，所述步驟2)中，二值圖像輪廓的提取的具體方法：挖空目標(biāo)區(qū)內(nèi)部像素點(diǎn)，目標(biāo)點(diǎn)的8個(gè)相鄰像素全部是目標(biāo)值，則認(rèn)為該點(diǎn)是目標(biāo)內(nèi)部點(diǎn)，反之為輪廓點(diǎn)，判斷出所有內(nèi)部點(diǎn)并修改為背景值，即完成輪廓提取。再進(jìn)一步地，所述步驟3)中，Graham方法是按照排列好的序，依次加入新點(diǎn)到新的邊，如果和上一條邊成左轉(zhuǎn)關(guān)系就壓棧繼續(xù)下一個(gè)點(diǎn)，如果右轉(zhuǎn)就彈出棧，直到和棧頂兩點(diǎn)的邊成左轉(zhuǎn)關(guān)系。由于一直保證棧內(nèi)是一個(gè)凸包，所以最后掃描完畢得到的是一個(gè)凸包。再進(jìn)一步地，所述步驟3)中，通過變換消除了形狀扁度對IPP圓度公式的影響。輪廓形狀做拉伸變換后，點(diǎn)相對整個(gè)輪廓的位置不會(huì)發(fā)生變化，依靠這種關(guān)系可以計(jì)算出去扁化礫石邊界點(diǎn)。以Y軸為短邊、X軸為長邊為例計(jì)算修正后的點(diǎn)坐標(biāo)，推導(dǎo)公式如下得到目標(biāo)圖形新的坐標(biāo)本專利技術(shù)的有益效果在于：本專利技術(shù)其通過計(jì)算礫石輪廓的最小外接矩形，對其四參數(shù)校正、長寬比例修正使礫石輪廓的最小外接矩形變換為正方形，實(shí)現(xiàn)礫石輪廓去扁化，達(dá)到矯正傳統(tǒng)IPP圓度值的目的。附圖說明圖1為去扁化IPP圓度計(jì)算方法的流程圖；圖2為W.C Krumbein(1941)礫石磨圓度分級表；圖3為傳統(tǒng)IPP圓度值與磨圓度級別相關(guān)性圖；圖4為改進(jìn)IPP圓度值與磨圓度級別相關(guān)性圖。具體實(shí)施方式為了更好地解釋本專利技術(shù)，以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡明本專利技術(shù)的主要內(nèi)容，但本專利技術(shù)的內(nèi)容不僅僅局限于以下實(shí)施例。以W.C Krumbein在1941年提出的礫石磨圓度分級表為例，比較分析傳統(tǒng)IPP和去扁化IPP方法的礫石圓度分級識(shí)別準(zhǔn)確度。對圖2中礫石磨圓度級別編碼，然后分析磨圓度級別與傳統(tǒng)IPP圓度值和去扁化IPP方法的相關(guān)性，圖3的傳統(tǒng)IPP圓度值與磨圓度級別相關(guān)性為0.594，圖4的去扁化IPP圓度值與磨圓度級別相關(guān)性為0.714。相比傳統(tǒng)IPP圓度方法，改進(jìn)的去扁化IPP圓度方法得到的結(jié)果與礫石實(shí)際圓度更加符合(表1)。一種去扁化IPP的沉積礫石圓度計(jì)算方法，具體方法如下：1)采用灰度平均值法將砂礫巖的灰度圖像(圖1a)變換為二值圖像(圖1b)；使用整幅圖像的灰度平均值作為二值化的閾值，計(jì)算公式為 T h r e s h o l d = Σ g = 本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種去扁化IPP的沉積礫石圓度計(jì)算方法，其特征在于：包括以下步驟：1)采用灰度平均值法將砂礫巖的灰度圖像變換為二值圖像；2)提取二值礫石圖像的礫石輪廓，即二值圖像輪廓的提取；3)采用Graham算法計(jì)算礫石輪廓的凸包。4)計(jì)算礫石輪廓凸包的最小外接矩形。5)把最小外接矩形的2個(gè)對角頂點(diǎn)P1、P2作為參考點(diǎn)映射到標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系P1’和P2’，標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的X軸方向向右、Y軸方向向上；以四參數(shù)法計(jì)算最小外接矩形轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，包括旋轉(zhuǎn)參數(shù)、縮放參數(shù)和平移參數(shù)，并以此轉(zhuǎn)換參數(shù)將礫石輪廓所有節(jié)點(diǎn)映射到標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中，轉(zhuǎn)換為圖形。6)比較圖形外接矩形的寬高比，將圖形[f]中較短邊拉伸到等于較長邊，得到目標(biāo)圖形。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種去扁化IPP的沉積礫石圓度計(jì)算方法，其特征在于：包括以下步驟：1)采用灰度平均值法將砂礫巖的灰度圖像變換為二值圖像；2)提取二值礫石圖像的礫石輪廓，即二值圖像輪廓的提?。?)采用Graham算法計(jì)算礫石輪廓的凸包。4)計(jì)算礫石輪廓凸包的最小外接矩形。5)把最小外接矩形的2個(gè)對角頂點(diǎn)P1、P2作為參考點(diǎn)映射到標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系P1’和P2’，標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的X軸方向向右、Y軸方向向上；以四參數(shù)法計(jì)算最小外接矩形轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，包括旋轉(zhuǎn)參數(shù)、縮放參數(shù)和平移參數(shù)，并以此轉(zhuǎn)換參數(shù)將礫石輪廓所有節(jié)點(diǎn)映射到標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中，轉(zhuǎn)換為圖形。6)比較圖形外接矩形的寬高比，將圖形[f]中較短邊拉伸到等于較長邊，得到目標(biāo)圖形。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述去扁化IPP的沉積礫石圓度計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟1)中，使用整幅圖像的灰度平均值作為二值化的閾值，計(jì)算公式為 T h r e s h o l d = Σ g = 0 255 g × h ( g ) Σ g = 0 255 h ( g ) - - - ( 1 ) ]]>其中，h(g)是砂礫巖灰度圖像的灰度值g的統(tǒng)計(jì)直方圖，Threshold是灰度圖像的二值化閾值。3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述去扁化IPP的沉積礫石圓度計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟2)中，二值圖像輪廓的提取的具體方法：挖空目標(biāo)區(qū)內(nèi)部像素點(diǎn)，目標(biāo)點(diǎn)的8個(gè)相鄰像素全部是目標(biāo)值，則認(rèn)為該點(diǎn)是目標(biāo)內(nèi)部點(diǎn)，反之為輪廓點(diǎn)，判斷出所有內(nèi)部點(diǎn)并修改為背景值，即完成輪廓提取。4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述去扁化IPP的沉積礫石圓度計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟3)中，Graham方法是按照排列好的序，依次加入新點(diǎn)到新的邊，如果和上一條邊成左轉(zhuǎn)關(guān)系就壓棧繼續(xù)下一個(gè)點(diǎn)，如果右轉(zhuǎn)就彈出棧，直到和棧頂兩點(diǎn)的邊成左轉(zhuǎn)關(guān)系。5.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述去扁化IPP的沉積礫石圓度計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟3)中，通過變換消除了形狀扁度對IPP圓度公式的影響。輪廓形狀做拉伸變換后，點(diǎn)相對整個(gè)輪廓的位置不會(huì)發(fā)生變化，依靠這種關(guān)系可以計(jì)算出去扁化礫石邊界點(diǎn)；以Y軸為短邊、X軸為長邊為例計(jì)算修正后的點(diǎn)坐標(biāo)，推導(dǎo)公式如下 y - y ...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：喻思羽，李少華，張昌民，陶金雨，
申請(專利權(quán))人：長江大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42