一种岩石断面形貌间接描述的新方法研究

基于图像图形学的YUV颜色模型理论,本文提出了一种间接描述岩石断面形貌的新方法,即YUV维数法。选定一张有m个像素点的彩色数码照片,以每个像素点的Y(灰度)、U、V(色彩和色饱和度)分量分别构造欧氏空间中对应点的z、x、y坐标分量。在每个像素点处均采用上述构建方法,可在欧氏空间中确定m个点(与像素个数相同),连接构造的m个点,即可构建粗糙的YUV表面。采用分形布朗运动理论,导出了n-1~n维分形体的自仿射维数计算方法,并特例化至2~3维。求解YUV表面的自仿射维数,该维数即为YUV维数。为验证YUV维数方法的可行性,分别完成了同一岩石断面的YUV维数数值试验、激光表面仪扫描试验、扫描电子显微镜扫描试验,并采用YUV维数、普通维数和灰度维数分析同一试件的表面形貌特征。对比分析显示,相同试件的YUV维数与普通维数基本相同,且与灰度维数总体趋势近似一致。这证实了YUV维数方法的可行性。另外,计算YUV维数过程中,由于采集初始数据(彩色照片)的设备是数码相机,所以它克服了普通维数的缺陷。同时,YUV模型表征的真彩图片颜色包含了颜色的灰度、色彩和色饱度,而灰度图仅保存了灰度信息。所以,YUV维数比灰度维数更全面充分揭示了图像的分形几何特征。总之,YUV维数有着普通维数和灰度图维数无法比拟的优越性,是一种间接描述表面形貌描述的新方法。     

SUS304钢表面粗糙度对红外图像的影响

为提高红外热像仪图像及测温精度,根据红外热像仪的测温原理和红外辐射原理,通过使用红外热像仪、CCD相机以及激光表面形状测量显微镜,研究了SUS304钢在单轴拉伸塑性变形过程中表面粗糙度与目标发射率的关系;并用热电偶和红外热像仪对塑性变形过程中的温度分布进行了测量。研究结果表明,目标发射率随表面粗糙度成比例增大,造成红外热像仪测定的塑性变形区域比实际变形区域大;通过预先设定材料的表面粗糙度,以提高有效目标发射率,能得到较好的红外图像和测温精度。     

磨损表面形貌的三维分形维数计算

基于分形理论和磨损表面扫描电子显微分析，采用盒子维方法计算了磨损表面的三维分形维数．结果表明，在计算尺度范围内，采用与尺度无关的分形维数表征磨损表面形貌特征是可行的；实际磨损表面的三维分形维数同其表面粗糙度密切相关，表面粗糙度越大，分形维数越大；同表面粗糙度相比，分形维数计算值较稳定.     

AN ARITHMETIC METHOD OF SEGMENTING MOVING AEOLIAN SAND PARTICLES＇ IMAGES FROM BACKGROUND INFORMATION OF DIGITAL HIGH-SPEED PHOTOGRAPHY IMAGES

为了深入理解多因素驱动下风沙颗粒起动的动态演化规律,需要准确地获得沙质床面附近沙粒群起跳的方式、速度和运动轨迹.以连续强激光源为照明的数字高速摄影技术是研究这类问题的有效手段,但由于风沙运动的高速摄影图像具有运动沙粒和静止床面的对比度小、相邻两帧图像相似性小等特点,原始图像叠加算法难以有效实现目标与背景的分割.该文提出了基于相邻的风沙运动图像灰度差值变化原理的图像分割算法.实例显示,只要选择合适的相邻图像灰度差值阈值和自适应二值化处理方法就能实现图像中运动沙粒与床面分割.当起跳沙粒浓度较低情况下,基于MATLAB平台的最小距离匹配的粒子追踪算法（PTV算法）能较为准确地恢复床面附近沙粒的运动轨迹.     

GeSb2Te4薄膜表面分形维数计算及表征

采用低功率直流磁控溅射法制备了GeSb2Te4薄膜,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜的微观结构和相组成,研究了薄膜表面的分形特征.结果表明:沉积态GeSb2Te4薄膜为无规则、无择优取向的非晶材料;薄膜表面形貌AFM图像具有分形特征,基于自行编制的采用盒计数法求解随机分形维数的C语言程序,计算得到沉积态GeSb2Te4薄膜的分形维数为1.93;针对一维和二维随机分形多重分形谱的计算表明,沉积态GeSb2Te4薄膜满足分形的标度不变性;通过对沉积态和退火态薄膜进行多维分形谱计算,发现经过230 ℃退火处理的薄膜样品的多维分形谱较窄且晶化分布均匀.     

激光表面织构对不同材料干摩擦特性的影响

采用环-块线接触摩擦磨损试验,研究了经激光处理后不同织构面密度的45钢和12Cr凹坑形织构试件的干摩擦磨损特性.借助高精度天平分析了试件磨损量,采用三维形貌仪和扫描电镜对试件表面形貌进行了分析.研究结果表明:激光表面织构化使得45钢试件表面形成可以改善摩擦性能的高硬度质点;在相同试验条件下,与无织构试件相比,45钢织构环试件磨损量明显降低,而12Cr织构环试件磨损量却有所升高;织构试件的磨损量在一定范围内随着织构面密度的增加而降低;激光织构化对摩擦系数的稳定值影响不大.     

旋转圆盘空蚀试验中的硅材料破坏过程研究

利用自制旋转圆盘空蚀试验装置,以流动自来水为介质,对磨片、化抛片、抛光片和刻蚀片等4种硅片进行连续8 h试验以及对磨片进行连续14 h跟踪观察试验,研究硅材料的微观破坏过程,并利用扫描电子显微镜、触针式表面形貌仪和原子力显微镜对其表面微观形貌进行分析.结果表明:经连续8 h空蚀试验后,磨片原始表面的片状层基本消失,表面破坏程度最严重,化抛片次之,其表面尖锐的边缘发生了钝化,抛光片和刻蚀片的表面变化不大;化抛片的表面粗糙度Ra值由227.79 nm降至173.31 nm,抛光片的Ra值由0.483 nm增加至3.455 nm,磨片在14 h试验后其Ra值由0.3304 μm降至0.1965 μm;一定尺度的表面微观形貌对硅材料产生显著影响.     

两条粗糙平行节理构型对超声波波速影响的试验研究

基于图形图像学和分形几何学交叉学科理论,采用图像学中的颜色单元体,借鉴将颜色灰度值间接对应节理面高度值的思想,结合分形布朗函数,本文提出了间接描述节理粗糙度的自仿射维数计算方法——YUV维数法。依据本文提出的方法,计算了24个节理岩石共48个粗糙面的YUV维数,剖析了节理面几何构型的分形特征。采用含两条节理岩石超声波试验,探讨了节理岩石的两条节理YUV维数对超声波波速的影响规律。研究结果表明,超声波波速平均值随着任一节理YUV维数、两条节理维数之和减小而增大。在维数减小过程中,尽管波速持续增加,但波速增大速率逐渐降低。当维数减小至某个量值时,波速不再增大,近似趋于一常量。通过类比分析,文中认为上述结论的机理和原因是:维数由大变小的过程,可类比为节理面孔隙缺陷被逐渐压密且分布越来越规则的过程,因为在此过程中,量化的数值体现就是维数逐渐变小。因而,当维数变小,或者说节理面缺陷孔隙被压密且分布更为规则时,超声波波速将由小变大,且最后将趋于一常数。     

应力波穿越岩石节理时能量耗散规律的实验研究

采用材料试验机和大尺度激光表面仪对大理岩和花岗岩两种岩石进行三点弯曲和粗糙断裂面的扫描实验,详细地分析了粗糙断裂面的分形特征。通过SHPB实验,研究并提出了波能量耗散与断裂面分形维数的定量关系;分析了分形维数对波能量耗散的影响规律。研究得出以下结论:1)随着粗糙断裂面分形维数的增大,通过断裂面时应力波能耗将相应增加;2)应力波能量主要是以热能和塑性变形能耗散。分形维数越大,比表面积则越大,粗糙表面粒子相互摩擦和挤压程度相应增加,导致波的机械能转化成热能和塑性变形能部分增加,因而波动能量耗散越大。     

CMP加工后芯片三维形貌表征参数体系

针对当前化学机械抛光(chemical mechanical polishing, CMP)后的芯片表面形貌的表征常常只停留在研究二维轮廓特征，无法完整地表达整个三维表面形貌信息，仅使用单一的评定指标来表征其表面的不平整程度等问题，建立了1个科学、全面的芯片表面形貌评定参数体系应用于工程表面粗糙度评定中，通过分析芯片表面形貌的幅值分布特征，结合芯片表面的统计特性，基于ISO 25178-2标准表征参数建立适用于芯片表面三维评定的表征参数体系. 仿真结果表明:CMP加工后芯片表面形貌的幅值近似服从高斯分布；分形维数D可以准确表征芯片表面形貌，反映其复杂程度；通过幅度参数、空间参数、混合参数和分形参数建立的芯片表面形貌评定体系能够从多方面表征芯片三维表面形貌特征，对芯片表面形貌参数评定具有一定的可行性.      

彩色光弹性干涉影像分析系统

自行开发的“彩色光弹性干涉影像分析系统”首先利用CCD成像和图像采集设备,将光弹图像以数字图像的形式存储到计算机,然后通过对存储的光弹图像进行处理,得到物体边界、等差线、等倾线等数据。最后根据这些数据,绘制出主应力迹线,并进行二维的和三维的应力分析。本文着重介绍了系统整体设计以及系统研制的难点问题(彩色光弹图像处理、主应力迹线的绘制等)。系统可以通过对彩色图像进行分解,应用目前已经比较成熟的灰度光弹图像处理技术,来完成彩色图像的处理;也可以直接应用彩色信息来确定条纹级数,进行相关处理。彩色图像能够比灰度图像提供更精确的图像信息,以满足高精度测量的要求。     

微机控制实现检测数据的彩色图象显示

计算机控制实现探测数据的彩色图象显示是一种新型的显示技术。在如压力、温度、速度等大面积物理参数的自动探测与彩图显示方面都有广泛应用。做为这种技术的一个应用实例,本文介绍了黑白图象伪彩色编码的实验工作,对实验所采用的方法、设备的特点以及在流动显示等其它方面的应用进行了讨论。     

可视化技术及其在光测力学中的应用

本文探讨了可视化软件系统的开发及可视化技术在光测力学中的应用问题。介绍了我们开发的条纹图象处理软件系统的视—算一体化的图象处理功能；应力波传播的波前可视化；应力主方向的全场彩色显示；及单向拉伸实验的干扰的特征可视化     

基于背景色彩识别的磨粒图像分割方法

针对铁谱图像背景色彩相对单一的特点,设计了1种基于背景色彩识别的磨粒图像分割方法,采用该方法对轴尖-宝石轴承的润滑油铁谱图像进行图像分割,并用所得磨粒覆盖面积推算轴尖磨损量.通过大量磨粒图像分割实践表明,所设计的方法具有精度高、计算速度快及适应性强等优点.定量磨损分析表明,该摩擦副的磨损进程极为缓慢.     

提取等倾线的数字图象处理法

本文详细介绍了应用数字图象处理技术进行图象相除和图象相减,获取没有等色线干扰的、精确定位的和倍增信息的等倾线的全场分析方法,并作了典型验证实验,为光测弹性力学的改革提供了途径和理论依据。     

Color-based image processing to measure local temperature distributions by wide-band liquid crystal thermography

This study presents a color-image-processing procedure for non-intrusive local temperature measurements by thermochromic liquid crystals (TLCs). The image evaluation software is completely independent of the color detection and acquisition hardware. This allows to use a wide variety of hardware solutions. An easy reproducible calibration of camera and light source is presented. The dependence of the detected hue values on intensity is investigated and further the hueversus temperature relation is studied.Sprayable TLC formulations and TLC-coated polyester sheets are studied and compared with regard to their signal-to-noise ratio and the dependence of their hue values on illumination and viewing angle. Furthermore, a method to investigate the hue resolution is presented. The relation between the resolution of hue values and the illumination intensity and its influence on signal noise is discussed for the first time for TLC applications. Different techniques of signal noise reduction are implemented in the image processing system. Their effects on the signal noise level are discussed. As an example the two dimensional temperature distribution caused by wing-type vortex generators in a channel flow is given.     

数字彩色编码方法研究

本文提出的数字彩色编码方法，利用数字图像处理技术实现光力学条纹的彩色编码，得到具有特定色序的直观性强的彩色条纹图，并通过对编码彩色条纹图的分析提出了条纹级次的自动识别方法，使彩色编码成为一种更加实用而有效的方法。     

成像光路布置对数字相机热致测量误差影响规律的研究

研究了数字相机成像系统中物距和成像系统固定方式两个因素对相机自发热导致的图像变形误差的影响规律,通过分析得到了热致图像"虚变形"与物距的倒数关系并进行了实验检验。推导了固定位置位于镜头上时图像"虚变形"的表达式并进行了实验验证。研究表明,无论是成像系统的固定点位于相机上还是镜头上,自发热都会使得图像发生一个虚的膨胀变形,其大小与镜头接口的热膨胀参数和像距有关。本研究得到的模型和规律为指导实际光测力学应用中的光路布置以减小数字相机自发热导致的测量误差提供了理论依据。     

A study on fractal properties of Mandarin speech

In this paper, fractal theory is successfully applied to the analysis of fractal properties of Mandarin speech. First, a new algorithm of the arithmetical progression scales gridding dimension, based on the conventional Box Dimension, is presented to reduce the computational cost. Second, the distribution laws of fractal dimension of Mandarin speech have been obtained by calculating and statistically analyzing the arithmetical progression scales gridding dimension of 21 consonants and 38 vowels of Mandarin speech. The preliminary results in our experiment show that Mandarin speech has the scale-invariant property and that the arithmetical progression scales gridding dimension can indicate the complexity and irregularity degree of the waveform of Mandarin speech signals. The novel discoveries in our studies imply that fractal theory has a good potential in the field of speech signals processing.