Możliwości wykorzystania analizy obrazu i morfologii matematycznej do analizy stereologicznej struktur skalnych

• Autorzy: Młynarczuk M.

Warianty tytułu

EN

Potential applications of image analysis and mathematical morphology to stereological analysis of rock structures

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Kompleksowy opis struktury skalnej wymaga, aby poza jej opisem jakościowym podać również pewne parametry ilościowe charakteryzujące tę strukturę. W tym celu wykonuje się zazwyczaj dość żmudne i czasochłonne pomiary stereologiczne. Niniejszy artykuł prezentuje prace prowadzone na przestrzeni ostatnich lat w IMG PAN, których celem jest wspomożenie tego typu pomiarów poprzez zastosowanie metod komputerowej analizy obrazu. Podejście takie pozwala na przyśpieszenie wykonywanych pomiarów, zezwala na pełną ich powtarzalność oraz daje możliwość opisania geometrii skał przy użyciu większej ilości parametrów, niż jest to możliwe w standardowej analizie stereologicznej. Niniejszy artykuł przedstawia zarys opracowanych w IMG PAN algorytmów automatycznej analizy struktur skalnych. Koncentruje się on na trzech głównych tematykach badawczych prowadzonych w Pracowni Mikromerytyki, a mianowicie: -analizie stereologicznej struktur skalnych (na przykładzie kwarcytu z Wiśniówki, piaskowca z Dąbek oraz piaskowców czerwonego spągowca); -analizie zmian struktury skalnej, ze szczególnym uwzględnieniem analizy spękań (na przykładzie dolomitu z Rędzin i granitu ze Strzelina); -opisie morfologii powierzchni przełamów skalnych (w pracy przedstawiono możliwość zastoso­ wania do tego celu metod analizy obrazu i morfologii matematycznej). Prezentowane w artykule rezultaty pozwalają na stwierdzenie, że metody analizy obrazu i morfologii matematycznej, które są z powodzeniem wykorzystywane w takich dziedzinach jak metalurgia, biologia, medycyna, itp., mogą być również używane do analizy niektórych struktur skalnych.

EN

Apart from the qualitative description, certain quantitative parameters are required to make the de­scription of a rock structure complete. For that purpose most cumbersome and time-consuming stereolo-gical measurements are taken. The paper reviews the recent research programmes undertaken in the Strata Mechanics Research Institute to support those measurement through the application of computer-assisted methods of image analysis. Such approach facilitates the measurements, ensures their full repeatabi­lity and allows for describing rock geometry with a greater number of parameters than in the standard analysis. The paper briefly presents the algorithms for automatic analysis of rock structures, developed in the Strata Mechanics Research Institute. In the Laboratory of Micrometrics three research areas are emphasised: -stereological analysis of rock structure (example: Wisniowka, quartzite, Dąbek sandstone and other types of sandstone) -changes of the rock structure with the particular emphasis on cracks (Rzędziny dolomite and Strzelin granite) -description of the morphology of fractures (potential applications of the image analysis and mathematical morphology are explored) The results lead us to the conclusion that the methods of image analysis and mathematical morphology might be well utilised in metallurgy, biology and medicine and in the analysis of rock structures.

Słowa kluczowe

PL

analiza obrazu; morfologia matematyczna; analiza stereologiczna; petrografia; struktura skał; morfologia przełamów

EN

image analysis; mathematical morphology; stereological analysis; petrographic studies; rock structure; morphology of fractures

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 49, nr spec
• Strony: 117--140
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Młynarczuk M.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Ahmed S., Sankaran S., Gupta C.P., 1995: Variographic analysis of some hydrogeological parameters: use of geological soft data; Journal of Environmental Hydrology, Vol. 3, No. 2.
• [2] Aksamit J., Młynarczuk M., Ratajczak T., 1999: Zastosowanie metod morfologii matematycznej do opisu struktur wybranych materiałów uziamionych. Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN, t. 1 nr 3-4.
• [3] Aksamit J., Młynarczuk M., Ratajczak T., 2000: Identyfikacja nieciągłości wymuszonych w warunkach laboratoryjnych na próbkach skalnych. Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN, t. 2, nr 3-4.
• [4] Beucher S., 1990: Segmentation ddmages et Morphologie Mathematiąue, PhD Thesis, Ecole des Mines de Paris.
• [5] Bodziony J., 1965: Definition of Particie Size Based on the Notion of Total Mean Curvature. Buli. de 1’Acad. Polon.de Sci., Ser. IV, 13(10).
• [6] Bodziony J., Kraj W., 1968: The Number ofCut of Grains on Microsections Considered as Marków Process with Asymptotic Binomial Distribution. Buli. Acad. Polon. Sci. Ser. Sci. Tech., 16(9).
• [7] Bodziony J., Kraj W., Pindel Z., Ratajczak T., Wilczyński J., 1979: Analiza stereologiczna zespołu minerałów miedzionośnych białego spągowca. Archiwum Górnictwa, 24(1).
• [8] Bodziony .J., Kraj W., Ratajczak T., 1990: Zastosowanie stereologii w badaniach struktury węgli dolnośląskich w Górotwór jako ośrodek wielofazowy - Wrzuty skalno-gazowe, Wydawnictwo AGH, Kraków.
• [9] Bodziony J., Młynarczuk M., Ratajczak T., 1993: Identification of trans-and intercrystalline image of the fracture surfaces of rock specimens. Acta Stereol. Vol. 12, No. 2.
• [10] Bodziony J., Kraj W., 1994: Pracownia Mikromerytyki w Instytut Mechaniki Górotworu PAN 1954-1994 (ed. Jan Kiełbasa), wyd. IMG PAN Kraków.
• [11] Bolewski A.,Kubisz J.,Manecki A., Żabiński W., 1990: Mineralogia ogólna. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa.
• [12] Chmura K., 1970: Własności fizykotermiczne skał niektórych polskich zagłębi górniczych. Wydawnictwo Śląsk, Katowice.
• [13] Francus P., 1999: Using image analysis to estimate quantitatively some microstructural parameters of detrital sediments, Geologica Belgica 2/4-4.
• [14] Gentier S., 1987: Morphologie et comportement hydromechanique d’une fracture naturelle dans granite sous contraine normale. Etude experim. et theorique These, Univ. d’Orleans 1986, Documents du BRGM, Orleans.
• [15] Kraj W., 1967: The Determination of Average Number of Randomly Distributed Rare Grains per Volume Unite of the Rock. Buli. Acad. Polon. Sci. Ser. Sci. Tech., 15(7).
• [16] Kraj W., 1994: Metoda ilościowej oceny ukształtowania powierzchni przełamu rozdzielczego próbek skalnych. Sprawozdanie z projektu badawczego – niepubl.
• [17] Kraj W., Kruszyński M., 1981: Wyznaczanie orientacji przestrzennej nieciągłości w skale na przykładzie granitu strzegomskiego. Archiwum Górnictwa 26(3).
• [18] Kraj W., Ratajczak T., 1989: Zastosowanie funkcji kowariancji do scharakteryzowania struktury węgła dolnośląskiego. Archiwum Górnictwa 34(3).
• [19] Kwaśniewski M.A., Wang J.A., 1997: Surface roughness evolution and mechanical behavior of rock joints under shear. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol. 34:3-4.
• [20] Młynarczuk M., 1998: Opis wybranych struktur skalnych przy użyciu metod morfologii matematycznej i analizy obrazu, IMG PAN - praca doktorska, niepubl.
• [21] Młynarczuk M., 1999: Some Remarks on the Application of Image Analysis and Image Processing for the Description of the Geometrical Structures of Rock, Fizykochemiczne Problemy Mineralurgii (Physicochemical Problems of Mineral Processing), 33.
• [22] Młynarczuk M., 2000: Zastosowanie metod komputerowej analizy obrazu do pomiarów petrograficznych, Geoin- formatica Polonica.
• [23] Młynarczuk M., Ratajczak T., Sobczyk J., Aksamit J., 2001: Zastosowanie metod automatycznego przetwarzania obrazów do analizy morfologii powierzchni wybranych próbek skalnych. Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN, t. 3, nr 3-4.
• [24] Młynarczuk M., 2002: Zastosowanie wariogramu w badaniach morfologii powierzchni przełamu skalnego. Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN, t. 4. nr 1-2.
• [25] Młynarczuk M., Ratajczak T., 2003: Wpływ podwyższonych temperatur na zmiany strukturalne w granitach strzelińskich, (w:) Geotechnika w Budownictwie i Górnictwie. Oficyna Wyd. Politechniki Wrocławskiej. Wrocław.
• [26] Młynarczuk M., Ratajczak T., Aksamit J., 2003: Stereologiczny opis nieciągłości powstałych w skałach, Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN.
• [27] Obara B., Młynarczuk M., 2004: Wykorzystanie metod analizy obrazu do zautomatyzowania opisu geometrii szczelin śródkrystalicznych występujących w dolomicie z Rędzin, (w:) Geotechnika i Budownictwo specjalne, Materiały XXVII Zimowej Szkoły Mechaniki Górotworu.
• [28] Pina P., 1999: Segmentation/classification by mathematical morpgology. Application to macroscopic images of portuguesse granites. Proceedings of Geovision, University of Liege.
• [29] Ratajczak T., Młynarczuk M., Protas A., Ratajczak T., Szydłak T., 2004: Automatyzacja pomiarów wybranych parametrów geometrycznych skał okruchowych do oceny ich cech zbiornikowych, (w:) Materiały konferencji naukowo-technicznej pt. Basen permski niżu polskiego, czerwony spągowiec - budowa i potencjał zasobowy.
• [30] Ryś J., 1995: Stereologia Materiałów, wyd. Fotobit design, Kraków.
• [31] Salembier P., Serra J., Beucher S., 1994: Course on Mathematical Morphology and Image Processing, Ecole des Mines de Paris/Armines., Paris.
• [32] Shih T.Y., 1995: The Reversibility of Six Geometrie Color Spaces. Photogrammetric Engineering & Remote Sen- sing, vol. 61. No. 10.
• [33] Serra J., 1982: Image Analysis and Mathematical Morphology, Academic Press.
• [34] Serra J., 1988: Image Analysis and Mathematical Morphology vol. 2, Academic Press.
• [35] Serra J., 1998: Micromorph. Manuał reference, ARMINES, Paris.
• [36] Serra J., Młynarczuk M.,2000: Morphological Merging ofMultidimensional Data. Materiały konferencji STER- MAT 2000, Kraków.