CN108519314A - 一种基于数字图像处理的纸张孔隙率测量与孔径分析方法 - Google Patents
一种基于数字图像处理的纸张孔隙率测量与孔径分析方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108519314A CN108519314A CN201810223085.8A CN201810223085A CN108519314A CN 108519314 A CN108519314 A CN 108519314A CN 201810223085 A CN201810223085 A CN 201810223085A CN 108519314 A CN108519314 A CN 108519314A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- image
- pore
- area
- region
- analysis method
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000011148 porous material Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 10
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 claims description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 2
- 235000002595 Solanum tuberosum Nutrition 0.000 description 1
- 244000061456 Solanum tuberosum Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002783 friction material Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 108010048734 sclerotin Proteins 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
- G01N15/088—Investigating volume, surface area, size or distribution of pores; Porosimetry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
- G01N15/0227—Investigating particle size or size distribution by optical means using imaging; using holography
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
- G01N2015/0846—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials by use of radiation, e.g. transmitted or reflected light
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Paper (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于数字图像处理的纸张孔隙率测量与孔径分析方法，将纸张纤维素纤维微观结构图像转换为灰度图像，通过双阈值二值化方法获得二值图形，运用形态学对二值图像进行优化，得到改善的纤维结构二值图像，进一步得到各个孔隙区域的等效圆直径，最后根据各个孔隙区域的像素面积、实际面积及等效圆直径进行孔径分布统计。
Description
技术领域
本发明涉及纸张性能表征技术领域，具体涉及一种基于数字图像处理的纸张孔隙率测量与孔径分析方法。
背景技术
纸材的诞生历史悠久，现在仍旧在大范围使用，并且在生活中不可或缺。当今社会进入电子虚拟时代，但是纸材的应用却依旧重要。
纸材以往主要应用于书写纸张、印刷、手工绘画绘图和纸质包装等，如今扩展到各方各面，例如能源方面有纸基柔性锂电池，纸基锂电池隔膜，比较重要的是各种新科技新产品对新功能纸张有着日益增长的需求，例如：纸基芯片，纸基发光材料，纸基摩擦材料。
传统上常以公式法(根据绝干纤维的密度)估算纸张孔隙率，也有学者提出以有机溶剂(例如苯)作为介质，根据质量与密度计算得以测量孔隙率的介质饱和法。此方法相比传统的孔隙率测量方法在精度上有一定提升，但是在实验操作上存在过多漏洞，主要在于难以衡量试样浸泡介质后停留在试样表面的液体是否被擦拭，滞留液体的多少直接影响最终计算结果。其他领域也不乏运用图像处理计算孔隙率的研究，例如马铃薯，骨质。
现有技术中研究工作基本都注重在孔隙率的计算，但是DIP技术可以实现更好的分析，即纸张的孔径分布统计分析。
发明内容
为了克服现有技术中计算法和实验法测定的纸张孔隙率不够精确，并且不能反映孔隙的具体分布情况的缺陷，本发明提供一种基于数字图像处理的纸张孔隙率测量与孔径分析方法。
本发明采用如下技术方案：
一种基于数字图像处理的纸张孔隙率测量与孔径分析方法，包括如下步骤：
步骤一，读取通过环境扫描电镜拍摄得到的纸张纤维素纤维微观结构图像；
步骤二，将图像从RGB图像转换为灰度图像，然后进行二值化处理，获得二值图像；
步骤三，运用形态学方法对二值图像进行优化，得到改善的纤维结构二值图像；
步骤四，根据改善后的二值图像获取孔隙点像素面积和图像的像素面积；
步骤五，进行孔隙率计算；
步骤六，计算SEM图像的实际面积；
步骤七，根据步骤五及步骤六所得数据计算孔隙区域的面积；
步骤八，计算各个孔隙区域的像素面积，进一步计算各个孔隙区域的实际面积；
步骤九，计算各个孔隙区域的等效圆直径；
步骤十，根据各个孔隙区域的像素面积、实际面积及等效圆直径进行孔径分布统计。
所述二值化处理具体如下：
将图像从RGB格式转换为灰度图像，然后使用双阈值对灰度图像进行二值化处理，得到二值图像BWa；
将图像划分为10x10的100个小区域，对每个小区域使用局部阈值对灰度图像进行二值化处理，得到二值图像BWb；
将二值图像BWa及二值图像BWb叠加起来，获得最终的二值图像。
所述形态学包括闭运算及区域操作，所述区域操作包括区域剔除运算。
步骤四中，图像的像素面积等于图像像素长度和宽度的乘积。
步骤五中，孔隙率等于孔隙点像素面积和图像像素面积的商。
步骤七中，孔隙率与图片范围的实际面积乘积为孔隙区域的面积。
采用8联通标记得到各个孔隙区域的像素面积。
所述等效圆直径为：
根据计算各个孔隙区域的等效圆直径，其中，S为单个孔隙面积。
本发明的有益效果：
本发明提出使用双阈值二值化方法计算纸张二维孔隙率，并且对孔径分布情况进行统计分析，同时结合孔隙率计算法、介质饱和测量实验和孔隙度分析仪实验进行数据对比。借助图像进行孔隙率与孔径分布分析，可以进行纸张孔隙情况的主动设计，对实验与工艺参数的选取有指导作用，为实际实验省去大量样品消耗跟节省时间。
附图说明
图1是本发明的工作流程图；
图2是本实施例中的SEM原图；
图3是本实施例中双阈值法二值化图像示例。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1-图3所示，一种基于数字图像处理的纸张孔隙率测量与孔径分析方法，包括如下步骤：
步骤一，读取通过环境扫描电镜(SEM)拍摄得到的纸张纤维素纤维微观结构图像；
步骤二，将图像从RGB图像转换为灰度图像，然后进行二值化处理，获得二值图像；
所述二值化处理具体如下：
将图像从RGB格式转换为灰度图像，然后使用双阈值对灰度图像进行二值化处理，得到二值图像BWa；
将图像划分为10x10的100个小区域，对每个小区域使用局部阈值对灰度图像进行二值化处理，得到二值图像BWb；
将二值图像BWa及二值图像BWb叠加起来，获得最终的二值图像。
步骤三，运用形态学方法对二值图像进行优化，得到改善的纤维结构二值图像；
通过闭运算可以将一些相对靠近的缝隙进行连接，并且使纤维边缘更加圆滑；
通过小区域剔除运算，可以将像素面积小于一定阈值的独立块剔除，
使模型简单又不失精确性。
最后处理得到改善的纤维结构二值图像BW1；
步骤四，根据改善后的二值图像BW1获取孔隙点像素面积和图像的像素面积；孔隙点像素面积可直接获取，图片的像素面积等于像素长度和宽度的乘积。
步骤五，进行孔隙率计算，孔隙率等于孔隙点像素面积和图片像素面积相除。
步骤六，计算SEM图像的实际面积，事先测量图像中比例尺的像素长度，用图像的像素长度和宽度乘以比例尺像素长度得到图像的实际长度和宽度，乘积后得到面积。
步骤七，根据步骤五及步骤六所得数据计算孔隙区域的面积，具体为：
步骤五的孔隙率和步骤六的图片范围相乘积得到孔隙区域的实际面积。
步骤八，计算各个孔隙区域的像素面积，进一步计算各个孔隙区域的实际面积；
使用8连通域标识方法，在不越出区域的前提下，到达区域内的任意像素，保证模型的完整性。
各个孔隙区域的实际面积等于各个孔隙区域的像素面积乘以比例尺像素长度的平方。
步骤九，计算各个孔隙区域的等效圆直径。根据计算各个孔隙区域的等效圆直径，其中，S为单个孔隙面积。
步骤十，根据各个孔隙区域的像素面积、实际面积及等效圆直径进行孔径分布统计。
结果以表格形式输出，第一行为孔隙区域编号，第二行为各个孔隙区域的像素面积，第三行为各个孔隙区域的实际面积，第四行为各个孔隙区域的等效圆直径。
本发明九组不同工艺参数的纸张被拿来作做实验研究，使用计算法跟介质饱和法测量了孔隙率，使用毛细流量孔径分析仪测量纸张的孔径分布。实验法和图像处理所得的孔隙率跟孔径分布情况均表现出客观一致性，表明图像处理方法对纸张的孔隙率测量跟孔径分布分析有一定的可信度，在指导工艺参数的选择跟纸张结构性能变化趋势上有较大作用与意义。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于数字图像处理的纸张孔隙率测量与孔径分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，读取通过环境扫描电镜拍摄得到的纸张纤维素纤维微观结构图像；
步骤二，将图像从RGB图像转换为灰度图像，然后进行二值化处理，获得二值图像；
步骤三，运用形态学方法对二值图像进行优化，得到改善的纤维结构二值图像；
步骤四，根据改善后的二值图像获取孔隙点像素面积和图像的像素面积；
步骤五，进行孔隙率计算；
步骤六，计算SEM图像的实际面积；
步骤七，根据步骤五及步骤六所得数据计算孔隙区域的面积；
步骤八，计算各个孔隙区域的像素面积，进一步计算各个孔隙区域的实际面积；
步骤九，计算各个孔隙区域的等效圆直径；
步骤十，根据各个孔隙区域的像素面积、实际面积及等效圆直径进行孔径分布统计。
2.根据权利要求1所述的纸张孔隙率测量与孔径分析方法，其特征在于，所述二值化处理具体如下：
将图像从RGB格式转换为灰度图像，然后使用双阈值对灰度图像进行二值化处理，得到二值图像BWa；
将图像划分为10x10的100个小区域，对每个小区域使用局部阈值对灰度图像进行二值化处理，得到二值图像BWb；
将二值图像BWa及二值图像BWb叠加起来，获得最终的二值图像。
3.根据权利要求1所述的纸张孔隙率测量与孔径分析方法，其特征在于，所述形态学包括闭运算及区域操作，所述区域操作包括区域剔除运算。
4.根据权利要求1所述的纸张孔隙率测量与孔径分析方法，其特征在于，步骤四中，图像的像素面积等于图像像素长度和宽度的乘积。
5.根据权利要求1所述的纸张孔隙率测量与孔径分析方法，其特征在于，步骤五中，孔隙率等于孔隙点像素面积和图像像素面积的商。
6.根据权利要求1所述的纸张孔隙率测量与孔径分析方法，其特征在于，步骤七中，孔隙率与图片范围的实际面积乘积为孔隙区域的面积。
7.根据权利要求1所述的纸张孔隙率测量与孔径分析方法，其特征在于，采用8联通标记得到各个孔隙区域的像素面积。
8.根据权利要求1所述的纸张孔隙率测量与孔径分析方法，其特征在于，所述等效圆直径为：
根据计算各个孔隙区域的等效圆直径，其中，S为单个孔隙面积。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810223085.8A CN108519314A (zh) | 2018-03-19 | 2018-03-19 | 一种基于数字图像处理的纸张孔隙率测量与孔径分析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810223085.8A CN108519314A (zh) | 2018-03-19 | 2018-03-19 | 一种基于数字图像处理的纸张孔隙率测量与孔径分析方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108519314A true CN108519314A (zh) | 2018-09-11 |
Family
ID=63432872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810223085.8A Pending CN108519314A (zh) | 2018-03-19 | 2018-03-19 | 一种基于数字图像处理的纸张孔隙率测量与孔径分析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108519314A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110458816A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-11-15 | 北京工商大学 | 一种基于阈值回归的纤维材料孔隙率分析方法 |
| CN111474100A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-07-31 | 长江大学 | 一种土壤空隙原位监测方法及装置 |
| CN111504954A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-08-07 | 中国航空制造技术研究院 | 一种检测碳纤维织物透光率的方法 |
| CN111707594A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-09-25 | 华南理工大学 | 一种基于激光扫描共聚焦显微镜的纸页孔隙率检测方法 |
| CN113160301A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-07-23 | 华南理工大学 | 一种测量弯管弯曲半径的方法及系统 |
| CN113724180A (zh) * | 2020-05-20 | 2021-11-30 | 上海微创卜算子医疗科技有限公司 | 孔隙率计算方法、装置和存储介质 |
| EP4206647A4 (en) * | 2021-04-06 | 2024-05-01 | Lg Energy Solution Ltd | METHOD FOR PRE-DETECTION OF DEFECTIVE PRODUCTS FROM A POROUS POLYMER SUBSTRATE FOR A SEPARATOR |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107240141A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-10-10 | 华南理工大学 | 一种基于图像处理的纸张纤维素纤维二维结构重建方法 |
-
2018
- 2018-03-19 CN CN201810223085.8A patent/CN108519314A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107240141A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-10-10 | 华南理工大学 | 一种基于图像处理的纸张纤维素纤维二维结构重建方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 杨静: ""图像分析技术在铸体薄片特征参数提取中的应用研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
| 薛美贵 等: ""印刷用纸孔隙结构分析"", 《包装工程》 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110458816A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-11-15 | 北京工商大学 | 一种基于阈值回归的纤维材料孔隙率分析方法 |
| CN110458816B (zh) * | 2019-08-06 | 2021-04-27 | 北京工商大学 | 一种基于阈值回归的纤维材料孔隙率分析方法 |
| CN111504954A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-08-07 | 中国航空制造技术研究院 | 一种检测碳纤维织物透光率的方法 |
| CN111474100A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-07-31 | 长江大学 | 一种土壤空隙原位监测方法及装置 |
| CN113724180A (zh) * | 2020-05-20 | 2021-11-30 | 上海微创卜算子医疗科技有限公司 | 孔隙率计算方法、装置和存储介质 |
| CN111707594A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-09-25 | 华南理工大学 | 一种基于激光扫描共聚焦显微镜的纸页孔隙率检测方法 |
| EP4206647A4 (en) * | 2021-04-06 | 2024-05-01 | Lg Energy Solution Ltd | METHOD FOR PRE-DETECTION OF DEFECTIVE PRODUCTS FROM A POROUS POLYMER SUBSTRATE FOR A SEPARATOR |
| CN113160301A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-07-23 | 华南理工大学 | 一种测量弯管弯曲半径的方法及系统 |
| CN113160301B (zh) * | 2021-04-16 | 2023-08-18 | 华南理工大学 | 一种测量弯管弯曲半径的方法及系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108519314A (zh) | 一种基于数字图像处理的纸张孔隙率测量与孔径分析方法 | |
| CN102506772B (zh) | 一种基于手机的快速检测叶片面积的方法及装置 | |
| CN104535475B (zh) | 碳酸盐岩微观结构的确定方法及装置 | |
| CN109087396B (zh) | 一种基于混凝土ct图像像素特征的细观结构重构方法 | |
| CN110490195A (zh) | 一种水表表盘读数识别方法 | |
| CN104751473B (zh) | 碳酸岩多尺度孔洞特征的确定方法及装置 | |
| CN110245697B (zh) | 一种表面脏污检测方法、终端设备及存储介质 | |
| CN106796659B (zh) | 仿真指纹的制作方法 | |
| CN102645444B (zh) | 一种利用Photoshop软件定量表征烤后烟叶细胞形状特征的方法 | |
| CN114067114B (zh) | 一种基于藻类细胞形态的面积核分割计数方法 | |
| CN109164026A (zh) | 岩石渗流能力评价方法及装置 | |
| CN106053316A (zh) | 土体微观结构孔隙分布及分形程序与计算方法 | |
| CN112634237A (zh) | 一种基于YOLOv3改进网络的长竹条表面缺陷检测方法及系统 | |
| CN108318514A (zh) | 一种确定笔石体与围岩的属性信息的方法 | |
| CN111079773A (zh) | 一种基于Mask R-CNN网络的砾石参数获取方法、装置、设备及存储介质 | |
| CN112465893A (zh) | 一种植被叶片面积测量方法、装置、终端及存储介质 | |
| CN108061697B (zh) | 土体三维孔隙率计算方法 | |
| CN109211149A (zh) | 一种测定植物叶面积的方法 | |
| CN112949517A (zh) | 基于深度迁移学习的植物气孔密度和开度识别方法及系统 | |
| Li et al. | Slope spectrum variation in a simulated loess watershed | |
| CN105405152B (zh) | 基于结构化支持向量机的自适应尺度目标跟踪方法 | |
| CN113326925A (zh) | 基于密度图回归的卷积神经网络的花量统计方法、系统、设备及介质 | |
| CN106971008B (zh) | 一种洪涝风险专题图的自动生成系统及其并行处理方法 | |
| CN109211756B (zh) | 基于vg模型的变形土进气值预测方法 | |
| CN114882095B (zh) | 一种基于轮廓匹配的物体高度在线测量方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180911 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |