(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210854174.9 (22)申请日 2022.07.14 (71)申请人 青岛科技大 学 地址 266042 山东省青岛市崂山区松岭路 99号 (72)发明人 王鑫　仲昭岩　程远志　杜东兴　 赵相欣　黄奇杰　 (74)专利代理 机构 济南金迪知识产权代理有限 公司 37219 专利代理师 王楠 (51)Int.Cl. G06T 17/00(2006.01) G06T 5/30(2006.01) G06T 7/62(2017.01) (54)发明名称 一种多孔介质微 孔结构提取方法及应用 (57)摘要 本发明涉及一种多孔介质 微孔结构提取方 法及应用， 属于图像处理技术领域， 由二维图像 重 建 三 维 模 型 ， 通 过 积分 几 何 中已 知的 Minkowski泛函， 在形状(几何)和连通性(拓扑) 方面表征黑白图像这些函数与常见的度量有关： 求解不同多孔介质材料的欧拉数和平均孔隙率， 分别计算不同多孔介质平均孔隙率的平均绝对 误差和欧拉数的平均绝对误差， 根据平均孔隙率 和欧拉数选择多孔介质材料， 在仿生材料的选取 上更加准确。 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 CN 115082626 A 2022.09.20 CN 115082626 A 1.一种多孔介质微 孔结构提取 方法， 其特 征在于， 包括 步骤如下： 第一步， 建立三维模型 获得多孔介质的二维图像， 利用MarchingCubes(MC)算法对一系列二维图像重建为三 维模型， 并且使用阈值区分出孔隙和固体点； 第二步， 将三维图像用0 ‑1表示： 将三维黑白图像投影在网格G上， 每个立方体以晶格点x为中心称为像体素， 定义构成 图片的各种对象： 第三步， 使用Mi nkowski泛函来描述图像： 根据积分几何， 构成黑白图像的各种对象的形态特性用Minkowski泛函来描述， 多个三 维立方体晶格构成三维立方体， 开放元素Qv 是三维立方体晶格的基本形态 性质， Q0:为开放 顶点； Q1:为长度为a的开放线段； Q2:为边长a的开方面； Q3:为边长为a的开放立方体， V表示 体积， A(d＝3)表示表面积， H表示积分平均曲率， χ(d＝3)表示欧拉特 征； 积分平均曲率H 定义为： ∫ df(R1+R2)/2R1R2   (2) R1是曲率极大值， R2是曲率极小值， df是面积元 素； 第四步， 计算 开放点、 开放线， 开放面、 开放体的数量； 初始化开放点、 开放线， 开放面、 开放体为0， 当 向给定的三维图像添加一个三维立方体 晶格时， 计算开放点、 开放线、 开放面和开放体的变化， 在三维图像中p(x)＝p(i,j,k),(i＝ 1,…,Lx,j＝1, …,Ly,k＝1, …,Lz)， i,j,k分别为目前增加三维立方体晶格的位置坐标(x, y,z)， Lx,Ly,Lz为三维立方体的长宽高； 当在图像中增加一个三维立方体晶格时开放体变 化为： Δn3(p)＝1  (3) 开放面的变化 为： Δn2(p)＝Σα ＝±1[Q(i+α,j,k)+Q(i,j+α,k)+Q(i,j,k+α )]   (4) 开放线段的变化 为： 开放点的变化 为： Q(x)＝1‑P(x)， α 、 β 、 γ分别为x、 y、 z方向偏移量； 第五步， 求 解欧拉数 根据开放体、 开放面、 开放线段、 开 放点求出欧拉数， 欧拉数计算公式如下： euler＝‑1+nfaces ‑nedges+nver t  (7) 其中nfaces、 nedges和 nvert分别为开放面、 开放线段和开放点变化总数量， nfaces为权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115082626 A 2所有三维立方体晶格增加完后Δn2(p)的总和， ne dge为所有三维立方体晶格增加完后Δn1 (p)的总和， nver t为所有三维立方体晶格增 加完后Δn0(p)的总和； 定义第二 步中， 当一个孔隙点周围全部为固体点时， 该孔隙点 为孤立孔隙点； 计算完原始图像欧拉数后， 分别 去掉原始图像中的孤立孔隙点大小≤1， ≤2， …， ≤8的 孤立孔隙点， 再分别计算 这几种情况 下欧拉数， 最后得到一组欧拉数 结果； 使用欧拉数来表征图像的连通性， 通过评判两种不同多孔介质的欧拉数来判断材料差 异； 第六步， 计算平均孔隙率 选择d*d*d大小窗口， 遍历给定的三维图像， 每次窗口移动d步长， 计算每个窗口的孔隙 率， 孔隙率为孔隙个数除以固体个数； 最后将每个窗口得到的孔隙率相加 求平均得到平均 孔隙率； 第七步， 根据平均孔隙率和欧拉数选择多孔介质 分别计算不同多孔介质平均孔隙率的平均绝对误差和欧拉数的平均绝对误差， 选择平 均孔隙率和欧拉数 更接近真实多孔介质的材 料； 其中计算平均孔隙率的平均绝对误差时， xi为窗口大小， h(xi)为多孔介质材料对应该 窗口下的平均孔隙率， yi为对应真实材料下的平均孔隙率大小， m为窗口个数， X是xi的样本 集合， h为计 算平均孔隙率的函 数公式； 在计 算欧拉数时， xi为孤立孔隙点 大小， h(xi)为多孔 介质材料的欧拉数， yi为对应真实材料的欧拉数， 其中X是xi的样本集合， h为计算欧拉数的 函数公式， m为xi样本总个数。 2.根据权利要求1所述的多孔介质微孔结构提取方法， 其特征在于， 第六步中， 选择起 始窗口大小为3 0*30*30。 3.根据权利要求1所述的多孔介质微孔结构提取方法， 其特征在于， 第七步中， 平均孔 隙率的平均绝对误差低于 0.2， 欧拉数的平均绝对误差低于25 。 4.一种多孔介质微孔结构提取方法在仿生材料选取上的应用， 在多孔介质材料选取 时， 利用权利要求1 ‑3任意一项权利要求所述的方法计算每个多孔介质材料 的平均孔隙率 和欧拉数， 选择平均孔隙率和欧拉数 更接近真实多孔介质的材 料。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115082626 A 3