CN102507411B - 基于金相照片和图像分析技术分析铝基多孔复合材料中微孔分布的方法 - Google Patents
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Abstract
基于金相照片和图像分析技术分析铝基多孔复合材料中微孔分布的方法，涉及一种分析铝基多孔复合材料中微孔分布的方法。是要解决现有的测量固体材料孔隙结构的方法不能分辨微米级以上的大孔径尺度条件下固体材料的孔隙率，不适用于定量分析铝基多孔复合材料中微孔空间分布情况的问题。方法：拍摄材料的金相组织得到金相照片；对金相照片进行降噪处理及二值化处理；计算微孔的型心坐标数据；将型心坐标数据导入Matlab程序，得K函数值和径向分布函数值，拟合并绘制K函数曲线和径向分布函数曲线；将拟合数据曲线与函数曲线进行比较，即完成分析。本发明填补了国内分析大粒径范围内微孔分布的空白，成本低廉，方法简便易行。
Description
技术领域
本发明涉及一种分析铝基多孔复合材料中微孔分布的方法。
背景技术
在航空航天，机械制造，材料等众多领域的实验研究和生产实际中，铝基多孔复合材料中微孔分布的定量表征具有重要意义。球形孔隙或近球形孔隙的分布情况是反映铝基多孔复合材料性能的重要参数。在分析固体材料孔隙结构的现有技术中，主要有低温氮吸附法，压汞法和密度法三种。低温氮吸附法是通过液氮吸附测量固体材料的比表面积和孔隙率，可以计算2nm～100nm的小孔和100nm～400nm的部分中孔径尺度下固体材料的孔隙率；压汞法是通过测量不同外压下进入固体材料孔隙孔径中汞的量来计算相应孔径尺度下固体材料的孔隙率，可以计算10nm～100nm的小孔和100nm～700nm的部分中孔径尺度下固体材料的孔隙率；传统的密度法是通过测量固体材料的容重和比重来计算固体材料的孔隙率，但不能确定相应的孔径尺度，更不能确定固体材料的孔隙率随孔隙孔径的变化规律。
综上所述，在目前固体材料孔隙结构的现有技术中，不能分辨微米级以上的大孔径尺度条件下固体材料的孔隙率；且以上所述方法均属于材料的缺陷检测领域，并不适用于铝基多孔复合材料(空心球/铝)中微孔空间分布的定量表征。
发明内容
本发明是要解决现有的测量固体材料孔隙结构的方法不能分辨微米级以上的大孔径尺度条件下固体材料的孔隙率，不适用于定量分析铝基多孔复合材料中微孔空间分布情况的问题，提供基于金相照片和图像分析技术分析铝基多孔复合材料中微孔分布的方法。
本发明基于金相照片和图像分析技术分析铝基多孔复合材料中微孔分布的方法的具体步骤为：
一、利用金相显微镜的数码相机拍摄被测铝基多孔复合材料的金相组织，得到铝基多孔复合材料的金相照片；
二、利用图像处理软件对金相照片进行降噪处理及二值化处理，得到黑白二值化照片；
三、利用图像处理软件计算黑白二值化照片中铝基多孔复合材料微孔的原始型心坐标数据和面积数据，将面积数据中微孔面积≤5像素的数据去掉，得到铝基多孔复合材料微孔的真实型心坐标数据；
四、将铝基多孔复合材料微孔的真实型心坐标数据导入Matlab程序中，得到在不同测量半径条件下，铝基多孔复合材料的K函数值和径向分布函数值，将铝基多孔复合材料的K函数值和径向分布函数值进行拟合并绘制出K函数曲线和径向分布函数曲线；
五、将K函数曲线与二维均匀分布条件下的K函数进行比较，将径向分布函数曲线与二维均匀分布条件下的径向分布函数进行比较，若同时满足K函数曲线为平滑的二次函数曲线，且径向分布函数曲线为随着测量半径的增大径向分布函数趋于1的条件，则表示被测的铝基多孔复合材料中的微孔分布均匀，否则，表示被测的铝基多孔复合材料中的微孔分布不均匀，完成铝基多孔复合材料中微孔分布的分析。
本发明方法适于分析微孔尺度为50μm～300μm的铝基多孔复合材料，填补了目前国内分析此粒径范围内微孔分布的空白；此外，通过图像处理法结合相应函数定量的表征了微孔在基体中的分布情况，相比于专业的大型专业分析设备，成本低廉，方法更为简便易行。
附图说明
图1为具体实施方式二中铝基多孔复合材料的金相照片；图2为具体实施方式二中二值化处理后得到黑白二值化照片；图3为具体实施方式二中的K函数曲线；图4为具体实施方式二中的径向分布函数曲线。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式基于金相照片和图像分析技术分析铝基多孔复合材料中微孔分布的方法的具体步骤为：
一、利用金相显微镜的数码相机拍摄被测铝基多孔复合材料的金相组织，得到铝基多孔复合材料的金相照片；
二、利用图像处理软件对金相照片进行降噪处理及二值化处理，得到黑白二值化照片；
三、利用图像处理软件计算黑白二值化照片中铝基多孔复合材料微孔的原始型心坐标数据和面积数据，将面积数据中微孔面积≤5像素的数据去掉，得到铝基多孔复合材料微孔的真实型心坐标数据；
四、将铝基多孔复合材料微孔的真实型心坐标数据导入Matlab程序中，得到在不同测量半径条件下，铝基多孔复合材料的K函数值和径向分布函数值，将铝基多孔复合材料的K函数值和径向分布函数值进行拟合并绘制出K函数曲线和径向分布函数曲线；
五、将K函数曲线与二维均匀分布条件下的K函数进行比较，将径向分布函数曲线与二维均匀分布条件下的径向分布函数进行比较，若同时满足K函数曲线为平滑的二次函数曲线，且径向分布函数曲线为随着测量半径的增大径向分布函数趋于1的条件，则表示被测的铝基多孔复合材料中的微孔分布均匀，否则，表示被测的铝基多孔复合材料中的微孔分布不均匀，完成铝基多孔复合材料中微孔分布的分析。
步骤二中金相照片像素点的灰度值为0时，表示该像素点为铝基多孔复合材料中的微孔部分；像素点的灰度值不为0时，表示该像素点为铝基多孔复合材料中的铝基体部分。
步骤二和步骤三所述图像处理软件为Image J图像处理软件。
步骤三中铝基多孔复合材料微孔的面积数据是根据二值化处理后铝基多孔复合材料中每个微孔灰度值为0的像素点的个数来表征的。
步骤五中二维均匀分布条件下的K函数为K(r)＝Nvπr2，其中Nv表示单位面积下微孔的个数，r为测量半径；二维均匀分布条件下的径向分布函数为
其中NA表示测量半径范围内单位面积下微孔的个数。
具体实施方式二：本实施方式基于金相照片和图像分析技术分析铝基多孔复合材料中微孔分布的方法的举例说明，本实施方式被测铝基多孔复合材料的粒径为70μm。
一、磨制被测铝基多孔复合材料的金相；
二、利用Carl Zeiss金相显微镜的数码相机拍摄得到铝基多孔复合材料的金相照片，如图1所示，金相照片为bmp位图格式，放大倍数为100倍，图像大小为1272*968像素，每个像素的大小为1.625μm，图1中黑色区域表示微孔，浅色区域表示纯铝基体；
三、利用Image J图像处理软件对金相照片进行降噪处理及二值化处理，得到黑白二值化照片，如图2所示；
四、利用Image J图像处理软件计算黑白二值化照片中铝基多孔复合材料微孔的原始型心坐标数据和面积数据，将面积数据中微孔面积≤5像素的数据去掉，得到铝基多孔复合材料微孔的真实型心坐标数据；
五、将铝基多孔复合材料微孔的真实型心坐标数据导入Matlab程序中，得到在不同测量半径条件下，铝基多孔复合材料的K函数值和径向分布函数值，将铝基多孔复合材料的K函数值和径向分布函数值进行拟合并绘制出K函数曲线和径向分布函数曲线；K函数曲线如图3，横坐标为测量半径，纵坐标为K函数；径向分布函数曲线如图4，横坐标为测量半径，纵坐标为径向分布函数；
六、将K函数曲线与二维均匀分布条件下的K函数进行比较，将径向分布函数曲线与二维均匀分布条件下的径向分布函数进行比较，K函数曲线为平滑的二次函数曲线，且径向分布函数曲线为随着测量半径的增大径向分布函数值先增大后逐渐减小，趋于1，则表示被测的铝基多孔复合材料中的微孔分布均匀，完成铝基多孔复合材料中微孔分布的分析。
Claims (3)
1.基于金相照片和图像分析技术分析铝基多孔复合材料中微孔分布的方法，其特征在于所述基于金相照片和图像分析技术分析铝基多孔复合材料中微孔分布的方法的具体步骤为：
一、利用金相显微镜的数码相机拍摄被测铝基多孔复合材料的金相组织，得到铝基多孔复合材料的金相照片；
二、利用图像处理软件对金相照片进行降噪处理及二值化处理，得到黑白二值化照片；
三、利用图像处理软件计算黑白二值化照片中铝基多孔复合材料微孔的原始型心坐标数据和面积数据，将面积数据中微孔面积≤5像素的数据去掉，得到铝基多孔复合材料微孔的真实型心坐标数据；
四、将铝基多孔复合材料微孔的真实型心坐标数据导入Matlab程序中，得到在不同测量半径条件下，铝基多孔复合材料的K函数值和径向分布函数值，将铝基多孔复合材料的K函数值和径向分布函数值进行拟合并绘制出K函数曲线和径向分布函数曲线；
五、将K函数曲线与二维均匀分布条件下的K函数进行比较，将径向分布函数曲线与二维均匀分布条件下的径向分布函数进行比较，若同时满足K函数曲线为平滑的二次函数曲线，且径向分布函数曲线为随着测量半径的增大径向分布函数趋于1的条件，则表示被测的铝基多孔复合材料中的微孔分布均匀，否则，表示被测的铝基多孔复合材料中的微孔分布不均匀，完成铝基多孔复合材料中微孔分布的分析；其中步骤三中面积数据是根据二值化处理后铝基多孔复合材料中每个微孔灰度值为0的像素点的个数来表征的。
2.根据权利要求1所述的基于金相照片和图像分析技术分析铝基多孔复合材料中微孔分布的方法，其特征在于步骤二和步骤三所述图像处理软件为Image J图像处理软件。
3.根据权利要求1或2所述的基于金相照片和图像分析技术分析铝基多孔复合材料中微孔分布的方法，其特征在于步骤五中二维均匀分布条件下的K函数为K(r)＝Nvπr2，其中Nv表示单位面积下微孔的个数，r为测量半径；二维均匀分布条件下的径向分布函数为
其中NA表示测量半径范围内单位面积下微孔的个数。
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