近年来,摩擦学系统的状态特性的描述与辨识日益引起学术界与工业界的重视与关注。在机械设备运行过程中,其摩擦学系统的状态特性与机械设备的运行状况密切相关。摩擦学研究依赖于对磨损量、表面形貌、磨粒特征等参数输出量分析,通过大量的、科学的、动态的测量、描述和分析,并在此基础上确定磨损机理,其中磨粒的一些特征的采集与分析是机械磨损重要的研究一个方面。 本文首先根据油池中的磨粒运动数字录像,对磨粒在油池中的运动、沉淀、翻滚、自锁等特性进行了定性的研究,分析了产生四种磨粒状态的条件。在此基础上,提出油池竖直放置方法,解决了磨粒图像采集时,视景中的磨粒堆积问题。 本文重点着眼于磨粒图像数字化的工作。首先从图像采集的过程入手,编制了大量的程序,实现了磨粒图像的视频采集,磨粒图像的预处理、滤波、分割、标号以及磨粒参数的采集等功能,并根据国内外文献对磨粒图像数字形态参数进行了梳理。在此基础上,对磨粒的轮廓、纹理和颜色进行更深一步的研究。在磨粒的轮廓特征分析中,编制从搜索磨粒边缘轮廓得到轮廓点坐标的定位程序。然后为分析方便,对轮廓点序列进行付里叶变换得到其频域信号,进而计算了不同频率的功率谱,建立了边缘轮廓和频谱之间得计算关系。最后,根据连续函数的曲率表示方法,分析了适合于计算机程序表示的轮廓曲率的表示方法,建立了曲率表示模型,确定了磨粒分析指标,即曲率的峰度、偏度、均方差和差分均值等,通过模糊数学分析了四种磨损磨粒与这些参数的关系。在磨粒表面纹理分析中,通过检测磨粒表面纹理法线上亮度极小、极大值的纹理分析方法分析了滑动磨粒与疲劳磨粒差别,通过灰度共生矩阵进行纹理分析四种不同类型的磨粒图像,通过主成分分析分析方法对磨粒颜色特征进行识别,以及根据磨粒轮廓方向判断磁性磨粒和非磁性磨粒。 在磨粒三维形貌的研究中通过分析显微镜的景深对成像的影响,建立显微镜的景深内图像信号与景深外的图像信号的比较方法,该方法基于一阶和二阶微分算子以及小波图像处理原理对视频图像进行预处理,对处理后的视频图像通过设定阈值划分景深范围,分割出每帧图像的景深内部分,然后通过布尔代