本论文的主要工作是利用数字图像处理技术分析砂土颗粒的细观特性。由于砂土的细观变化情况可以反映出其在宏观力学尺度上的特性,所以砂土细观特性分析受到了国内外专家的广泛关注。砂土的细观特性主要指标是砂土颗粒的数目、面积、周长、空间排列方式等参数。本论文应用图像处理方法,使用MATLAB软件,结合概率论知识,选择合适的方法优化图像质量,选取出最能突出砂土颗粒特性效果的图像,提取其细观特性参数,使其为描述颗粒组构理论提供数据支撑。本论文的主要研究内容如下：(1)砂土颗粒图像预处理。主要包括均匀背景,平滑滤波和调节对比度。均匀背景采取顶帽变换,会得到一副背景比较合适而且均匀的图像；平滑滤波采用均值滤波和中值滤波的方法,对比两种方法,得出中值滤波的方法对本幅图像效果较好；利用灰度级均衡化处理可以扩展图像的动态范围,使其具有较高的对比度。(2)砂土颗粒图像分割。首先采用灰度平均值法和最大类间方差法进行图像二值化；其次对二值化后的图像使用形态学处理,包括开闭运算、形态学滤波、填充孔洞和清除边界；再次使用基于距离变换的分水岭分割和基于控制标记符的分水岭分割方法,分割粘连的砂土颗粒；最后利用四种边缘检测算子检测砂土颗粒的边缘,提取砂土颗粒的周长。(3)提取砂土颗粒特性参数。根据颗粒特性参数的概念,在MATLAB软件中,得出质心、数目、面积等参数；其创新点在于重点求取砂土颗粒的空间排列方式,结合概率论的相关理论知识,首次提出选取与砂土颗粒具有相同二阶矩的外接椭圆的长轴与竖直轴的夹角方向作为砂土颗粒的长轴方向,统计出所有颗粒的角度,为岩土的组构张量描述提供了数据支撑。