基于数字图像处理技术的岩石峰后CT图像分析*

刘树新 杨 飞 朱雪松 陈 园

(内蒙古科技大学矿业研究院)

基于数字图像处理技术的岩石峰后CT图像分析*

刘树新 杨 飞 朱雪松 陈 园

(内蒙古科技大学矿业研究院)

为了分析峰后岩石损伤特征及细观损伤的演化过程，利用MATLAB语言进行编程，将峰后砂岩CT图像处理为256级灰度图像，通过对灰度图像进行拉普拉斯锐化、图像伪彩色增强处理提高图像的视觉效果，为研究峰后岩石破裂过程以及提取CT图像中裂纹等信息提供依据。

图像处理 峰后岩石 CT图像 MATLAB

一般来说，岩石内含有多种天然矿物，经过数亿年的地质演变以及不同程度的构造运动，其内部自然会出现一些随机分布的裂隙以及微观孔隙。众所周知，岩石是一种复杂且特殊的材料，固体力学理论是建立在假定介质材料均匀且连续的基础上的，其应用到岩石力学中具有一定局限性。近年来，国内外的学者将CT技术[1-2]应用到岩石力学研究领域，为研究峰后砂岩损伤过程提供了一种有效手段。但如何从峰后砂岩CT图像中提取有关峰后砂岩的信息，是峰后岩石CT图像分析的难点。为此，应用数字图像处理技术来提高峰后砂岩CT图像的视觉效果，为更好地研究峰后砂岩断裂机理以及提取岩石CT图像中的裂纹等信息提供参考。

1 MATLAB数字图像处理软件

MATLAB软件由Math Works公司开发，具有矩阵操作、语言编码、图形处理等功能，被广泛应用到数学、机械工程等诸多领域。MATLAB 6.x拥有20种图像处理函数，按功能可分为图像显示、图像文件I/O、图像算术运算、几何变换、图像登记、像素值与统计、图像分析、图像增强、线性滤波、线性二元滤波设计、图像去模糊、图像变换、邻域与块处理、灰度与二值图像的形态学运算、结构元素创建与处理、基于边缘的处理、色彩映射表操作、色彩空间变换及图像类型转换等[3]。

2 砂岩三轴峰后CT扫描试验

该试验是在中科院寒旱所国家重点实验室进行,CT机的分辨率为0.35 mm,三轴试验设备的轴压最大能达到400 kN,最大围压为20 MPa，通过液压油对试样加压，轴向最大位移为40 mm。选用乌海某煤矿砂岩，岩样在内蒙古科技大学岩石力学实验室加工而成，岩样制备严格符合国际岩石力学学会关于试验规范的要求。试样制备且筛选后，最终用于试验的岩样为5块砂岩。试验首先对峰后试件在未受力时进行初次CT扫描，然后在固定的围压下逐步加轴压,荷载控制在0.02 MPa/s，在不同轴压下共扫描8次，扫描层厚为3 mm。

3 峰后砂岩CT图像处理

3.1 峰后砂岩CT图像灰度转换

采用MATLAB语言编写程序将峰后砂岩图像转换为256级灰度图像见图1。

图1 峰后砂岩256级灰度CT图像

3.2 图像增强

3.2.1 图像锐化

改善图像视觉效果的方法主要有2种：①图像增强，不考虑图像的质量，仅选择性的突出图中有用的信息特征，淡化其次要的信息提高图像的可读性；②图像复原，设法补偿图像质量差，从而使得处理后的图像更接近原始图像提高图像的逼真度。图像锐化作为图像增强的一种典型方法能够降低图像模糊程度、突出目标边界，使图像变得更加清晰。将图1进行拉普拉斯锐化处理，结果见图2。

图2 锐化后的峰后砂岩CT灰度图像

经过锐化处理后，相对于图1而言，图2中峰后砂岩裂纹等微缺陷信息的清晰度得到了较大程度的提高。

3.2.2 伪彩色增强

峰后砂岩CT图像进行锐化处理后，尽管清晰度得到了较大提高，但要清晰识别图像中的一些细观结构变化及裂隙信息，仍较困难。因此，有必要对锐化处理后的图像继续进行增强处理。尽管人眼对灰度等级的分辨力较为有限，但人眼对彩色的分辨力却比较敏感，能够区分出上千种具有不同色度和饱和度的颜色。据此，可对锐化后的峰后砂岩CT灰度图像进行伪彩色增强处理。当前，伪彩色增强编码方法主要有密度分层法、像素自身变换法、灰度级-彩色变换法等。综合考虑上述方法的优缺点，针对岩石的CT图像特征，采用灰度级-彩色变换技术的编码方法完成峰后砂岩CT图像的伪彩色增强处理，结果见图3。

图3 不同轴压下峰后砂岩CT图像伪彩色增强

由图3可知，基于热金属编码法实现的CT图像伪彩色增强视觉效果较好，从图中可以直观再现峰后砂岩细观结构及内部的裂隙、孔隙随载荷的演变情况。

4 结 语

通过数字图像处理技术对峰后砂岩CT图像进行处理，可以清晰看出峰后砂岩裂纹信息及同一试样在固定围压下逐渐加轴压的过程中峰后砂岩的变化情况。从经过伪彩色增强后的峰后砂岩CT图像中可以进一步分析峰后岩石在逐渐加轴压过程中的破裂过程。

[1] 杨更社，刘 慧.基于CT图像处理技术的岩石损伤特性研究[J].煤炭学报，2007，32(5)：463-468.

[2] 任建喜，惠兴田.裂隙岩石单轴压缩损伤扩展细观机理CT分析初探[J].岩土力学，2005(S):48-51.

[3] 孙兆林.MATLAB 6.x图像处理[M].北京：清华大学出版社，2002.

淡水河谷下调2015年铁矿石收支平衡价格

据《路透》报道，由于铁矿石价格下跌，淡水河谷将2015年生产每吨铁矿石并运送至中国的收支平衡价格，由之前的43美元，调降至37～41美元。淡水河谷亦将2018年资本支出的预估，由之前的49亿美元调降为40亿美元。报道指出，日前淡水河谷执行长muriloferreira预期，中国钢铁行业可能在2015年下半年复苏。

*国家自然科学基金项目(编号：51264028)；内蒙古自治区高等学校科学研究项目(编号：NJZY11147)。

2014-12-31)

刘树新(1971—),男，教授，博士,硕士研究生导师，014010 内蒙古自治区包头市昆都仑区阿尔丁大街7号。