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基于三维重建的金属断口图像分形算法研究

甘春泉

  定量断口学是近些年发展起来的一门新学科。其目的是用参数形式来表示从断口表面所获得的信息,然后将其与材料的变形、断裂机制及材料的组织性能联系起来,从而做到直接从材料破坏后的断口分析推测它的断裂性质。Mandelbrot 首先于l984 年用分形方法定量分析了金属断口的不规则性,并预言可由分形维数(分维)作为断口几何特征的参数。之后,以分形维数做为金属断口定量描述的研究开始受到学术界的重视,并提出了许多测量金属断口分形维数的方法,这些测量方法也在实际中得到了验证。但是,这些测量方法多数都是以金属断口作为测量对象,以破坏金属断口为前提,并且这些测量方法在设备、周期、资金和个人能力上都有较高的要求。针对以上问题,本文提出了基于三维重建的分形维数计算方法。该方法以电子显微镜图像作为研究对象,利用三维重建技术重建出金属断口的三维形貌,进而利用已有的测量方法对重建出来的三维形貌计算分形维数。考虑系统的运行成本,本文采用三维重建技术中的从阴影恢复形状法(SFS 算法)来进行三维重建。多数SFS 算法在进行重建之前都需要知道光源方向,为此,本文首先对光源方向估计算法作了比较,在此基础之上对SFS 算法中的Horn 算法、基于神经网络的三维重建算法和基于有限元的三维重建算法进行研究和改进,选择基于有限元的三维重建算法来重建金属断口的三维形貌。最后,利用分形维数测量方法中的小岛法对通过金属断口SEM 图像重建出来的金属断口三维形貌进行分形维数的计算,得到金属断口的分形维数。本论文以对锆合金断口进行分形维数计算为应用背景,结合计算机视觉研究领域中的三维重建这一热点问题及其相关问题,进行了较为系统的研究,在分析和总结现有各种方法优缺点的基础上,对已有三维重建算法进行应用和改进。更重要的是本论文提出了一种基于图像的利用三维重建技术对断口表面分形维数进行计算的思路。本文的意义在于提出了以三维重建为基础的分形维数计算方法和过程,从而可以在不破坏断口的条件下完成利用分形维数对金属断口的定量描述。……   
[关键词]:三维重建;从阴影恢复形状;金属断口;SEM 图像;分形维数
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:电子科技大学2005年