Abstract
Soil particle shape analysis was conducted with sands from Jumujun, Korea and Ras Al Khair, Saudi Arabia. Two hundred times enlarged digital images of the particles of those two sands were obtained with an optical microscope. The resolution of the digital images was $640{\times}320$. By conducting digital image processing, the coordinates of the soil particle boundary were extracted. After mapping those coordinates to the complex space, Fourier transformation was performed and the coefficients of each trigonometry term were computed. The coefficients reflect the shape characteristics of the sand grains and are invariant to translation. To evaluate the shape itself excluding the size of the soil particle, the coefficient was normalized by the equivalent radius of soil particle; this is called Fourier descriptor. After analyzing the Fourier descriptors, it was found that the major characteristics of Jumunjin and Ras Al Khair sands were elongation and asymmetry. Furthermore, it was found that the particle shapes reflect the self-similar, fractal nature of the textural features. The effects of resolution on soil particle shape analysis was also studied. Regarding this, it was found that the significant Fourier descriptors were not significantly affected by the image resolution investigated in this study, but the descriptors associated with textural features were affected.
주문진 표준사와 사우디 아라비아의 Ras Al Khair 사질토 입자의 형상에 대한 분석을 실시하였다. 광학현미경을 사용하여 200배 확대하여 해상도 $640{\times}320$으로 디지털 이미지를 촬영하였다. 사질토 입자의 디지털 이미지를 영상 처리를 통해 입자 경계면의 좌표를 추출하였다. 추출한 입자의 경계면 좌표를 복소 평면에 도시하고, 극형식으로 변환 후 퓨리에 변환을 실시하였다. 퓨리에 변환을 통해 추출된 각각의 계수 값들은 입자 형상의 특징을 반영하며, 좌표의 기준점 이동에 대해 불변하는 값으로 사질토 입자의 이미지에 대해 좌표의 기준점과 회전등에 관계없이 항상 같은 값을 갖게 되어 입자의 형상 분석에 적합하다. 각각의 계수 값을 입자의 등가 반경으로 정규화하여 퓨리에 기술자를 추출하여 입자의 형상을 정량적으로 분석하였다. -3에서 +3의 범위에 해당되는 주요 퓨리에 기술자들을 분석한 결과 주문진 표준사 입자의 경우 신장(elongation)이 가장 두드러진 형상의 특징이었으며 그다음으로는 비대칭성(asymmetry)이 두드러진 특징이었다. Ras Al Khair 사질토의 형상도 주문진 표준사와 같은 형상 특징을 나타냈다. 또한 퓨리에 기술자 분석 결과 작은 구조가 전체 구조와 비슷한 형태로 되풀이되는 프랙탈의 미세구조 특성이 나타나는 것으로 판단되었다. 해상도 $640{\times}320$과 해상도 $160{\times}80$의 주문진 표준사의 디지털 이미지를 비교한 결과 -3에서 +3에 해당되는 주요 퓨리에 기술자에 대해서는 해상도가 크게 영향을 미치지 않는 것으로 나타났으나 텍스쳐 분석에는 영향을 미치는 것으로 나타났다.
