SMAS土体微观结构分析系统简介

Soil Microstructure Analysis System（SMAS）由南京大学极端气候工程地质研究中心倾力开发，是针对土体微观结构的专业分析系统，具有强大的数字图像处理功能，能对各种复杂SEM和光学显微镜图像的土体颗粒和孔隙形态特征进行快速识别和高精度量化。

Ø  系统架构：主要包括预处理阶段和要素识别量化阶段。

图1 SMAS系统架构

Ø  系统主要功能：

（1）图像预处理：为了准确识别并提取出土颗粒和孔隙，需要预先对图像进行相关处理。SMAS能够将土颗粒和孔隙以及其他冗杂信息进行快速分离，对目标要素做出合理的修复和强化操作，方便后续量化处理。预处理功能主要包括图像灰度化、二值化、除噪等。需要强调的是，针对各种复杂微观结构图像，SMAS系统提供了两种二值化方法供选择，以及二值化前后除噪、多次平滑等功能，方便用户得到满意预处理结果。

（2）颗粒和孔隙识别：预处理后的图像通常只包含土颗粒和孔隙。微参数的提取首先需要从图像中识别土颗粒或孔隙。通过泛洪填充算法，分别在二值图像中标记出每个白色或黑色像素连通区域。例如，土颗粒识别需要从图像中提取白像素连通区域。

（3）定量参数统计与计算：为了对土体微观结构做出准确的定量化描述，SMAS计算统计图像要素的基本几何参数包括颗粒面积、周长、方向角和孔隙几何形态参数。另外，SMAS还提供全面的进阶量化指标计算，如等效边长、等效直径、圆度、形态比、表观孔隙比、分形维数等，以此为评价标准方便用户的进一步量化分析。

图2 SEM图像处理过程：(a)原始SEM图像; (b)二值化后; (c)去噪后;(d)颗粒和孔隙识别后的最终图像

图3 SMAS微观结构参数量化分析界面

（4）数据输出与保存：为了便于用户进行后期的数据分析，通过SMAS所获的所有裂隙量化参数均可被保存为txt和excel文件，对中间过程的所有图像也能随时保存。