中国机械王程第
16
卷第
23
期
2005
年
12
月
t
半月
基于形态变换的三维表面形貌方向特性研究
刘小君刘;既王伟田杰桂长林
合月巴工业大学,合肥,
230009
摘要:针对面向功能的三维表面形貌表征存在的问题,基于灰值形态学的基本运算构造了
边缘检测形态算法,有效地提取了三维形貌的形态学边缘,实现了三维形貌的纹理方向特征的
才是取,获得了表征纹理方向特性的表征参数。该方法不仅适用于直线纹理,而且也适用于曲线
纹理,为分析表征三维形貌的各向异性特征提供了一个新的方法。把它引入到粗糙表面的润
滑分析中,能够更确切地揭示出各向异性表面的纹理方向特性对润滑性能的影响规律。
关键词:三维表面形貌;各向异性;灰值形态学;边缘检测;特征提取
中图分类号:
TH
1l
7;
TH161
文章编号:
1004-132
X
(2005)23-2138-04
3D
Surface
Topography
Directionality
Determination
ßased
on
Morphological
Transformation
Liu
Xiaojun
Liu
Kun
Wang
Wei
Tian
Jie
Gui
Changlin
Hefei
University
of
Technology
,
Hefei
, 230009
Abstract:
A
novel
method
was
presented
to
characterize
the
3D
surface
topography
directionality.
Based
on
the
operations
of
grayscale
morphology
, a
morphologic
method
for
edge
detection
was
devel-
oped
to
extract
the
morphologic
edge
of
3D
surface
topography
,
and
the
3D
surface
texture
directional
ity
was
characterized
and
the
angles
indicating
the
directionality
of
anisotropic
surface
were
deter-
mined.
This
method
can
be
used
for
the
characterization
of
both
linear
texture
and
curved
texture.
When
it
is
introduced
into
lubrication
analysis
of
the
rough
surfaces
,
the
influences
of
surface
texture
directionality
on
lubrication
can
be
revealed
more
exactly.
Key
words:
3D
surface
topography;
anisotropy;
grayscale
morphology;
edge
detection;
feature
extract
lO
n
O
引言
三维表面形貌的空间结构特性决定了粗糙表
面的接触行为和润滑状态,因此,它对工程表面的
功能特性如磨损、润滑、摩擦、疲劳、密封、涂层质
量等起着至关重要的作用。在研究三维表面形貌
的表征时,应提出与表面功能相联系的特征参数。
Patir
等口.
2J
提出的平均流量模型,描述了兰维粗
糙表面的润滑行为,比较成功地描述了平均油膜
压力和平均膜厚之间的关系,该模型采用
Pek
lenik
的表面参数
y
来描述表面的方向特性。在
很多情况下,实际上参数
y
并不完全能够表征表
面纹理的方向特性,
Bhushan
等
[3~
认为参数
yB
λmax
/λmin
(À
max
和
λ
mm
分别为表面在所有方向中的
最大相关长度和最小相关长度)比
y
更适合描述
表面的方向特性。
Li
等
LU
认为最大相关长度所在
方向与最小相关长度所在方向不一定垂直,提出
用定义在主方向上的参数及其方向角度来定义粗
收稿日期
.2005
-04
--29
基金项目·国家自然科学基金资助项目
(50275046)
;安徽省自然
科学基金资助项目
(050HOI03)
• 2138 •
糙表面的纹理。这种方法可以把各向同性表面与
纹理方向为
45
。的表面区分开,但无法区分各向
同性表面与垂直交叉纹理表面。
本文针对各向异性的三维形貌,基于灰值形
态学的基本运算,从实际测量的图像出发,提出了
一种新的纹理方向特征参数计算方法,构造可用
于机械加工表面形貌的边缘检测形态算法,提取
各向异性的三维形貌的纹理特征参数,为表面纹
理方向特性表征及其应用提供了新的途径。
1
三维形貌纹理特征的边缘检测形态算法
三维表面形貌可以用一个二维函数
f(x
,
y)
来描述,经采样和量化处理后得到一幅灰值数字
图像[斗,图像的像素对应于被测点的坐标,图像的
灰度值对应于表面的高度值。图像边缘是指图像
灰度发生空间突变或者在梯度方向上发生突变的
像素的集合
[6J
。边缘检测的基本思路是:把某一像
素点的邻域看做一个灰度级的变化带,根据该变
化带的灰度变化率和方向来描述此像素点是否落
在图像边缘上,从而通过对局部信息进行分析来