(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 202211118730.2 (22)申请日 2022.09.13 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 过淳　张宏建　崔海涛　徐颖　 温卫东　 (74)专利代理 机构 南京灿烂知识产权代理有限 公司 323 56 专利代理师 李吴杰 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种基于计算机视觉的2． 5维机织复合材料 建模方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于计算机视觉的2.5维 机织复合材料建模方法， 包括以下步骤： 1） 获取 2.5D三枚衬经机织复合材料的经向和纬向截面 CT图像， 分析纱线交织规律； 2） 使用图像处理算 法， 对CT图像进行尺寸调整； 3） 搭建以HRnet为骨 干网络的OCRnet图像语义分割神经网络； 4） 使用 尺寸调节后的CT图像 建立神经网络的训练集， 将 训练集通过神经网络进行训练。 可 实现基于材料 CT图像快速建立贴近实际微观结构 的参数化模 型； 可通过机器学习和图像处理算法简化提取结 构特征参数流程， 减少人为机械性操作； 可通用 于任何2.5D机织复合材料， 适用性更强； 可大幅 减少建模所需时间， 更加方便快捷。 权利要求书2页 说明书4页 附图5页 CN 115310335 A 2022.11.08 CN 115310335 A 1.一种基于计算机 视觉的2.5维机织复合材 料建模方法， 包括以下步骤： 1） 获取2.5D三枚衬经机织复合材 料的经向和 纬向截面CT图像； 2） 使用图像处 理算法， 对CT图像进行尺寸调整； 3） 搭建以HRnet为骨干网络的OCRnet图像 语义分割神经网络； 4） 使用尺寸调节后的CT图像建立神经网络的训练集， 将训练集通过神经网络进行训 练； 5） 使用训练好的神经网络对经向和纬向截面的CT图像进行纱线横截面分割， 获得只含 纱线横截面的输出图像； 6） 使用图像处理算法， 对输出图像依次进行降噪、 轮廓识别和轮廓的最小外接矩形拟 合， 并提取轮廓的几何特 征参数； 7） 分析纱线交织 规律， 提出针对材 料合适的结构假设， 根据假设确定建模流 程； 8） 利用几何特征参数对经纱、 纬纱和衬经纱进行走向描述和截面形状描述， 建立纱线 的空间模型； 9） 定义基 体填充域， 生成单 胞体素有限元模型。 2.根据权利要求1中所述的一种基于计算机视觉的2.5维机织复合材料建模方法， 其特 征在于： 所述 步骤1） 获取2.5D三枚衬经机织复合材 料的经向和 纬向截面CT图像， 具体为， 采用X‑CT扫描技术， 对包含一个循环周期长度的2.5D三枚衬经机织复合材料试件段进 行逐层扫描， 拍摄包含一个完整 单胞周期的CT图像， 拍摄范围为经向、 纬向均为一个周期性 机织结构， 包 含四列五层纬纱、 三列四层经纱和三列四层衬经纱。 3.根据权利要求1中所述的一种基于计算机视觉的2.5维机织复合材料建模方法， 其特 征在于： 所述 步骤2） 使用图像处 理算法， 对CT图像进行尺寸调整， 具体为， 使用图像处理算法， 对CT图像以图像宽为边长， 0.5倍边长为间距， 等间距裁剪出涵盖 一个完整周期的多张图像， 并对图像进行等比例缩放。 4.根据权利要求1中所述的一种基于计算机视觉的2.5维机织复合材料建模方法， 其特 征在于： 所述 步骤3） 搭建以HRnet为骨干网络的OCRnet图像 语义分割神经网络， 具体为， 构建包含粗分割分支和细分割分支的OCRnet网络框架， 且OCRnet网络框架的骨干网络 采用保持高分辨 率特征的HRnet。 5.根据权利要求1中所述的一种基于计算机视觉的2.5维机织复合材料建模方法， 其特 征在于： 所述步骤4） 使用尺寸调节后的CT图像建立神经网络的训练集， 将训练集通过神经 网络进行训练， 具体为， 对尺寸调 节后的CT图像 中标记出所有的纱线横截面， 生成带标记的图像并以此构 成训 练集， 从训练集中随机选取设定比例的图像进行缩放和水平旋转变换， 实现数据增强， 设置 训练循环次数， 将数据增强后的训练集交予神经网络训练。 6.根据权利要求1中所述的一种基于计算机视觉的2.5维机织复合材料建模方法， 其特 征在于： 所述步骤6） 使用图像处理算法， 对输出图像依次进 行降噪、 轮廓识别和轮廓的最小 外接矩形拟合， 并提取轮廓的几何特 征参数， 具体为， 使用图像处理算法， 对分割后只含纱线横截面的输出图像依次二值化、 中值滤波平滑、 边界识别和边界最小外接矩形拟合操作， 获得各组分纱线横截面的重心坐标、 最小外接矩 形的长宽尺寸和面积。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115310335 A 27.根据权利要求1中所述的一种基于计算机视觉的2.5维机织复合材料建模方法， 其特 征在于： 所述 步骤7） 中提出针对材 料合适的结构假设， 具体包括以下假设： （1） 经纱走向为 余弦函数曲线， 周期规 律由纬纱截面的空间位置决定； （2） 衬经纱走向为水平直线， 高度与同层经纱 余弦函数曲线的零轴齐平； （3） 纬纱走向采用周期性三次样条函数模拟， 构成函数的点位均由经纱和衬经纱的空 间位置决定； （4） 经纱和衬经纱的截面形状均为跑道型， 纬纱截面则采用标准 “双透镜”型和类平行 四边型的变截面设计； （5） 在一个完整周期内， 同层相邻纬纱截面的横向间隔相等， 均为2/ 3周期长度； （6） 在一个完整周期内， 相邻层纬纱截面的横向偏移量相等， 均为1/ 3周期长度； （7） 不考虑经纱和衬经纱因材料成型所导致的横向偏移， 经纱列和衬经纱列之间无缝 隙。 8.根据权利要求6 中所述的一种基于计算机视觉的2.5维机织复合材料建模方法， 其特 征在于： 所述步骤8） 利用几何特征参数对经纱、 纬纱和 衬经纱进行走向描述和截面形状描 述， 建立纱线的空间模型， 具体为， 在软件Texgen中， 根据结构假设， 依次对各组分纱线 的走向路径和截面形状进行参数 化描述， 并建立 纱线空间模型。 9.根据权利要求1中所述的一种基于计算机视觉的2.5维机织复合材料建模方法， 其特 征在于： 所述 步骤9） 定义基 体填充域， 生成单 胞体素有限元模型， 具体为， 在软件Texgen中， 根据各纱线 空间方位， 定义单胞模型的边界尺寸为基体填充域， 并以 此生成体素网格， 获得 单胞体素有限元模型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115310335 A 3