第二章材料科学研究中的数据与图像处理.ppt

第二章 2 1概述2 2二值化处理2 3粒径分析 2材料科学研究中的计算机图像分析与处理 随着材料科学研究的深入和发展 计算机图像分析系统逐渐成为辅助研究材料结构与性能之间定量关系的一种重要的手段 比如 在晶粒度测量 夹杂物的评级 相分析 包括测各相的含量和形状因子等 以及显微硬度 孔隙率 球化率 圆度和涂层厚度等的测定中 计算机图像分析系统的引入极大地提高了这类定量分析的质量 材料科学研究的数字化时代已经到来 近几十年来 材料科学家们通过人工方法或全集成的定量分析系统对材料的结构与性能作了许多定量分析 随着计算机技术的发展 图像分析系统也发生了巨大的变化 其中最明显的变化是从全集成的分析系统向以通用pc机为基础的 可自由配置及扩充的开放式软件系统发展 2 1概述 2 1 1图像与图像处理 粗略地说 图像是任一二维或三维景物呈现在人们心目中的影像 确切地说 图像是一种代表客观世界中某一物体的 生动的图形表达 包含了描述其所代表物体的信息 就本课程来说 图像是指由各种材料表征手段 如光学或电子显微镜 光谱等 所获得的有关材料结构的各种影像 我的博客 这5页ppt没用 跳过就可以了 这篇ppt是精品 这一页没用 http rtmp main c 993 error lvaluerequired错误 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 我的博客 我的博客 我的博客 我的博客 我的博客 我的博客 我的博客 我的博客 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 我的博客it博客 技术 http 这5页ppt没用 跳过就可以了 学习就到 http 这5页ppt没用 跳过就可以了 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 我的博客 我的博客 我的博客 我的博客 我的博客 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http it博客我的博客 这里精品 http 这5页ppt没用 跳过就可以了 itboke http 这5页ppt没用 跳过就可以了 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http it博客我的博客 it博客我的博客 it博客我的博客 it博客我的博客 it博客我的博客 it博客我的博客 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 到这里我的博客 这里精品 http 这5页ppt没用 跳过就可以了 这里精品 http 这里精品 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 这篇ppt是精品 这一页没用 http 到这里我的博客 到这里我的博客 图像处理就是按特定的目标 用一系列的特定的操作来 改造 图像 所谓特定的目标 可以是使图像更清晰 更美丽动人 也可以是从图像中提取某些特定的信息 本课程所涉及的图像处理 主要是对各种表征手段获得的影像进行 加工 从中提取有关材料结构的信息 2 1 2数字图像的获得途径 一般的图像 即模拟图像 不能直接用数字计算机来处理 各类图像转化成数字图像 2 2计算机图像的二值化处理 材料研究的图像处理主要包括材料聚集态结构单元的测量等 为此 图像处理的首要工作是图像的二值化 以分离出目标粒子 同时消除背景干扰 图像的二值化主要包括目标粒子的分离 背景的去除和图像二值化几个步骤 photoshop是功能非常强大的图像处理工具 有很多图像处理功能 如路径 通道 滤镜等等 利用它们可以方便的完成材料凝聚态图像的二值化处理 通过阈值的设置进行图像二值化通过magicwand 魔棒 工具进行图像二值化通过polygonallasso 多边形套索 工具进行图像二值化 几种图像二值化的方法 2 2 1通过 阈值 的设置进行图像二值化 当图像的目标粒子与背景的灰度相差比较大时 可以直接应用阈值的设置将目标粒子从背景中分离出来 同时实现二值化 聚苯乙烯 顺丁橡胶共混物的sem照片 操作过程 弹出 阈值 对话框 2 2 2通过 魔棒 工具进行图像二值化 如果图像目标粒子和背景的灰度差别不大 用阈值调整无法有效分离目标粒子 无论将阈值色阶设在高阶还是低阶 目标粒子总是与背景混杂在一起 难以有效分离 然而观察图像发现 目标粒子自身形成的区域灰度差别很小 此时可用 魔棒 这一工具将目标粒子有效分离出来 1 选择目标区域 鼠标左键双击 魔棒 按钮 弹出魔棒选项对话框 通过设置容差可确定选择区域的大小 用鼠标左键点击 魔棒 按钮 则在图像上可出现魔棒 用魔棒点击目标粒子 会出现虚线环绕的区域 2 用魔棒点击目标粒子时按住 shift 键 可选择多个目标粒子 注意 当不同目标粒子容差相差较大时 应针对不同目标粒子选择不同的容差 操作过程 3 分离目标粒子 选择菜单 选择 反选 选择区域将变为除目标粒子外的背景区域 此时再选择菜单 编辑 消除 可得到目标粒子分离的图像 4 设定阈值 得到二值化图像 2 2 3通过 多边形套索 工具进行图像二值化 当所处理的图像灰度分布十分复杂时 则不能用上述两种方法进行二值化工作 此时多边形套索是最有效的工作 图通过 多边形套索 工具进行图像二值化 操作过程 用鼠标左键点击工具栏中的 lasso 套索 工具 这栏有lasso polygonlasso 多边形套索 和magneticlasso 磁性套索 三个工具 对于初学者来讲 lasso不易掌握 如果粒子和背景灰度差别比较大 可以选择使用磁性套索 建议使用多边形套索 用鼠标沿目标粒子边界拉动并不断点击左键 则会选择出目标粒子 1 选择目标粒子 2 多个目标粒子的选择 标记 方法 填充 也可用前面介绍的 shift 方式 4 去除背景完成 二值化 方法 同前 反选 清除背景 设阈值 3 选中目标粒子 2 3粒径分析 主要内容 2 3 1粒径大小测定原理2 3 2粒径分析中的图像处理方法及算法2 3 3粒径数据作图与分析 在材料研究中 经常遇到粒子大小 即粒径与粒径分布 的测量问题 下面着重介绍粒径的测量与表示方法 说明 粒径分析之前一般要对测得的微粒图像进行前述的二值化处理 2 3 1粒径大小测定原理 投影面直径da 置于稳定位置的颗粒的投影面积相同的圆的直径 投影面直径dp 与任意放置的颗粒的投影面积相同的圆的直径 周长直径dc 与颗粒的投影外形周长相等的圆的直径 feret直径df 与颗粒投影外形相切的一对平行线之间的距离 martin直径dm 颗粒投影外形面积等分线 展开直径dh 通过颗粒重心的弦长 一 颗粒大小的表征 二 颗粒形状的表征 1 形状系数 测得的颗粒各种大小与颗粒体积或面积之间的关系 式中 ds为面积直径 与颗粒具有相同表面积的圆球直径 dv为体积直径 与颗粒有相同体积的圆球直径 as a av a分别为面积和体积的形状系数 下标a表示是对应于da的 形状因素 颗粒各种测得大小的无量纲组合 三 颗粒大小分布的表示方法 在表示颗粒大小分布时 常使用大小范围来表示 常用的大小范围取法有等间隔的算术级数划分法和等比的几何级数划分法等 具体表示方法有 列表法 矩形图 累计百分率频率分布图等 1 列表法 几个重要概念 颗粒大小x 指测得的颗粒的当量直径 频率数d 指在策大小范围内颗粒的某特征 包括个数 长度 面积和体积等 出现的总数 累计频率数 指小于某颗粒大小的特征总数 百分率频率 累计百分率频率 频率密度 指每一甲位长度的百外率领率 相当于概率论中的概率密度 频率数dn对颗粒大小x作矩形图 直方图 2 矩形图 3 累计百分率频率分布图 4 频率密度分布图 频率密度对x作图 通常将各点描成连续平滑曲线 累计百分率频率对x作图 通常将各点描成连续平滑曲线 四 平均直径 如图8 44所示 频率密度最大值 是频率密度最大所对应的颗粒大小 中线值 是在累计百分率频率曲线上50 对应的颗粒大小 在频率密度曲线上 通过此值的垂线将曲线下的面积等分 平均值 是通过频率密度曲线所包括的面积的重心的垂线与横坐标的交点值 公式如下 颗粒分布的特征包括个数 长度 面积和体积 大小不同的颗粒所组成的物质 原物系 可被另一个与该物系有且仅有两个相同特征的均匀物系 代表物系 所代表 对于这两个相同的特征而言 后一物系的颗粒大小即为前者的平均值 图8 45 2 3 2粒径分析中的图像处理方法及算法 跟踪算法进行微粒面积求取的基本思路 1 首先选择满足条件 常为某灰度值 的像素作为起始像素