(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 202211300423.6 (22)申请日 2022.10.24 (71)申请人 重庆交通大 学 地址 400074 重庆市南岸区学府大道6 6号 (72)发明人 杨威　张先炳　王丽　杨云棋　 吴瑾乙　李文杰　杨胜发　万宇　 林欢　 (74)专利代理 机构 重庆远恒专利代理事务所 (普通合伙) 50248 专利代理师 伍伦辰 (51)Int.Cl. G06T 7/00(2017.01) G06T 7/62(2017.01) G06T 5/00(2006.01) G06V 10/26(2022.01) (54)发明名称 一种河床底质粒径分布测量方法 (57)摘要 本发明公开了一种河床底质粒径分布测量 方法， 其特征在于， 先对需测量的河床底质拍照， 将照片处理为标准尺寸图片， 再转换为灰度图 片， 对灰度图片进行预处理实现边缘增强并获得 砾石边缘轮廓， 再采用分水岭分割算法依靠至少 两次分割实现砾石的分割识别， 计算识别出的各 砾石长度尺寸并基于该值统计得到河床底质粒 径分布情况。 故本方案构建的改进方法， 能有效 识别区分欠 分割的卵砾石， 并且将欠分割的卵砾 石进行单独覆盖边缘曲线模拟， 再测量出该卵砾 石最大直径。 更好 地提高了识别测量的精确度。 权利要求书2页 说明书9页 附图9页 CN 115511871 A 2022.12.23 CN 115511871 A 1.一种河床底质粒径分布测量方法， 其特征在于， 先对需测量的河床底质拍照， 将照片 处理为标准尺寸图片， 再转换为灰度图片， 对灰度图片进行预处理实现边缘增强并获得砾 石边缘轮廓， 再采用分水岭分割算法依靠至少 两次分割实现砾石的分割识别， 计算识别出 的各砾石长度尺寸并基于该值统计得到河 床底质粒径分布情况。 2.如权利要求1所述的河床底质粒径分布测量方法， 其特征在于， 采用固定的正方形边 框置于河床采样点， 与正方形边框垂直方向正对边框进行河床底质拍照， 取正方形边框内 部范围照片处 理为标准 正方形尺寸图片。 3.如权利要求2所述的河床底质粒径分布测量方法， 其特征在于， 正方形边框正对摄像 一侧表面设置有刻度尺； 边框尺寸 为1m×1m； 采用连续多天白天进行图片拍摄， 每次拍摄时采用GPS定位系统确定当前所在的经度、 纬度地理位置信息以确定采样点 位置。 4.如权利要求2所述的河床底质粒径分布测量方法， 其特征在于， 照片转换为灰度图片 后， 分别进行以下预处理： ⑴图像降噪； ⑵图像锐化； ⑶梯度幅度边缘性检测得到砾石边缘 轮廓。 5.如权利要求4所述的河床底质粒径分布测量方法， 其特征在于， 图像降噪时采用中值 滤波器实现处 理。 6.如权利要求1所述的河床底质粒径分布测量方法， 其特征在于， 在 分割识别时包括以 下步骤， （1） 利于电脑先采用分水岭分割算法进 行第一次分割， 获得各第一次分割砾石并单 独提取出其图形存储； （2） 将各第一次分割砾石图形分别进行计算形态系数； （3） 利用形态 系数进行判断是否欠分割； （4） 将欠分割砾石图形进行二次分割； （5） 将二次分割之后的砾 石图像再重复步骤 （2） （3） （4） 直至结果 不再变化。 7.如权利要求6所述的河床底质粒径分布测量方法， 其特征在于， 测量计算形状系数方 法包括以下两个测量步骤： ①测量砾石边缘周长； ②测量砾石面积； 获得上述两数据后， 再 由砾石边 缘周长除以砾石面积等 面积圆的周长获得 形状系数； 计算时， 测量的周长和面积均以像素点的个数来代替； ①测量砾石边缘周长时： 第一步将二值图像转化为只留下边缘轮廓线的图像， 直接将 整块砾石图像只留下边缘轮廓线； 接下来统计该轮廓线上有多少个像素点， 即计算出该砾 石的周长； ②测量砾石面积时， 计算整个砾石白色像素点有多少个即可代替为砾石面积； 由于二 进制图像白色像素点X(i,j)=1， 黑色像素点Y(i,j)= 0。 8.如权利要求6所述的河床底质粒径分布测量方法， 其特征在于， 步骤 （3） 利用形态系 数进行判断是否欠分割时， 根据形状系数， 将电脑处理出的砾石分为三种类型： 1、 形状系数 在1‑1.4的为单块砾石； 2、 形状系数在1.4 ‑2之间的为重叠较多砾石； 3、 形状系数在2以上的 为重叠较少砾石； 将类型2 砾石和类型3砾石认定为 欠分割砾石。 9.如权利要求8所述的河床底质粒径分布测量方法， 其特征在于， 步骤 （4） 将欠分割砾 石进行二次分割时， 将类型2 砾石和类型3砾石分别进行二次分割； 类型3砾石二次分割时； 首先第 一步进行图像的边缘识别得到图像边缘的一圈像素点， 再沿着图像边缘作切线， 切线为边缘上每相邻两个像素点的连线， 找到切线方向突然 改变权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115511871 A 2的突变点， 再计算突变点相邻两切线夹角， 判断是否小于45 °， 如果两切线夹角小于45 °则判 断该突变点为砾石覆盖交叉点； 沿图像边缘找出所有砾石覆盖交叉点； 如果砾石覆盖交叉 点数量为0， 则将图像重新认定为单块砾石； 如果砾石覆盖交叉点数量为 1， 则从该砾石覆盖 交叉点沿该点两切线夹角的中线方向实现分割； 如果砾石覆盖交叉点数量为2， 则沿两个砾 石覆盖交叉点连线方向实现分割； 如果砾石覆盖交叉点数量大于2； 则从第一个砾石覆盖交 叉点所在的两切线夹角找到距离该夹角中线垂 直距离最近的另一个砾石覆盖交叉点， 沿两 个砾石覆盖交叉点连线方向实现分割； 类型2砾石二次分割过程为在上述类型3砾石二 次分割过程基础上， 增加对分割后的砾 石图像在分割位置进行补齐的步骤； 补齐步骤具体包括： 在已分割获得的图像中找到该图像的最大对称线， 该条最大对称 线特性为： 在这条对称线 上等距做垂线， 垂线被对称线分割为左右两段， 垂线左右两段距离 相除在0.9 ‑1.1的占比是这块砾石中任意一条剖分线里面最多的， 也就是该条剖分线让该 砾石左右 最对称； 得到最大对称线后， 计算其上的各条垂线长度， 留下最长的一条垂线定义 为最长垂线； 定义最大对称线被最长垂线分隔为A段和B段， 判断A段和B段长度取较长的一 条当作椭圆长 半轴a， 并以此椭圆长半轴位置为定位， 将最长垂线长度的一半作为椭圆短半 轴b， 保留原有砾石形状， 将分割开的切口用对应的椭圆进行补齐。 10.如权利要求1所述的河床底质粒径分布测量方法， 其特征在于， 计算识别出的各砾 石长度尺寸时， 先根据分割识别处理后得到的各砾石图像， 计算出图像轮廓所有像素点之 间的坐标距离， 取距离最大 的两个像素点距离为砾石图像最大直径， 再根据对应比例换算 获得实际砾石最大直径尺寸； 将各砾石按不同的最大直径尺寸范围进行分级统计， 获得河 床底质砾石 级配统计。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115511871 A 3