CN111024581A - 一种多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量的方法，包括读取多孔材料扫描电镜图像，对扫描电镜图像进行处理获得孔隙特征，标记每个孔隙的特征测量原点，采用邻域标记搜索获得每个孔隙的特征面积，进而计算出每个孔隙的半径。本发明多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量的方法过程严谨，智能化程度高，便于操作，测量结果准确率较高。

Description

一种多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量的方法
技术领域
本发明属于孔隙半径测量技术领域，涉及一种多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量的方法。
背景技术
多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。典型的孔结构有：一种是由大量多边形孔在平面上聚集形成的二维结构；由于其形状类似于蜂房的六边形结构而被称为"蜂窝"材料；更为普遍的是由大量多面体形状的孔洞在空间聚集形成的三维结构，通常称之为"泡沫"材料。
在材料科学研究中，多孔材料因具有高孔隙率、低密度、特殊的比表面积和很好的物质运输能力等特点，在大分子催化、吸附与分离、纳米材料组装及生物化学的众多领域具有广泛的应用前景。研究表明，多孔材料的性能主要取决于孔隙率，其权重超出所有的其他影响因素。因此，了解和获悉多孔结构的孔隙形貌对研究多孔材料的性能具有重要意义。而多孔材料的孔隙形貌以及孔隙结构主要取决于孔隙的径率和大小。多孔材料的孔隙极小，导致其大小难以直接测量，现有多孔材料的孔隙半径测量方法复杂而低效，并且误差较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量的方法，解决了现有多孔材料孔隙半径测量方法测量的结果误差较大的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量的方法，包括读取多孔材料扫描电镜图像，对扫描电镜图像进行处理获得孔隙特征，标记每个孔隙的特征测量原点，采用邻域标记搜索获得每个孔隙的特征面积，进而计算出每个孔隙的半径。
本发明的技术特征还在于，
具体包括以下步骤：
步骤1：读取待测量的多孔材料扫描电镜图像；
步骤2：对扫描电镜图像进行预处理，获得待测量的孔隙特征及孔隙特征图像；
步骤3：扫描孔隙特征图像，标记图像中每个孔隙的特征测量原点；
步骤4：根据孔隙的特征测量原点，采用基于离散特征原点的邻域标记搜索方法获得每个孔隙的特征面积f；
步骤5：根据孔隙的特征面积f，通过函数映射得到孔隙的半径r，即完成多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径的测量。
步骤2中的预处理包括二值化处理、中值滤波处理和图形形态学开运算处理。
步骤2的具体过程为：
步骤2.1，对多孔材料扫描电镜图像进行二值化处理，过滤亮度较高的前景部分，得到初步特征图像；
步骤2.2，对初步特征图像进行中值滤波处理，过滤初步特征图像中的无效孔隙特征；
步骤2.3，对步骤2.2处理后的图像进行图形形态学开运算处理，连结单个孔隙特征，得到待测量孔隙特征图像。
步骤3的具体过程为：
步骤3.1，设置孔隙索引index＝0；
步骤3.2，从待测量孔隙特征图像上扫描孔隙特征的左上顶点，获得定点坐标(x，y)，进行索引标记；
步骤3.3，将孔隙特征左上顶点的定点坐标(x，y)映射到相应索引上；
步骤3.4，变更孔隙索引，index＝index+1；
步骤3.5，对孔隙特征图像从左上顶点的右侧孔隙开始，从左到右进行扫描，获得各个孔隙的定点坐标，进行索引标记，标记图像中每个孔隙的特征测量原点；
步骤3.6，将各个孔隙的定点坐标映射到相应索引上，得到所有孔隙定点坐标的索引映射。
步骤4的具体过程为：
步骤4.1，迭代获取每个孔隙被索引映射的定点坐标(x，y)；
步骤4.2，标记定点坐标(x，y)为已迭代状态，获取定点坐标(x，y)的邻域坐标(x-1,y-1)，(x-1,y)，(x-1,y+1)，(x,y-1)，(x,y+1)，(x+1,y-1)，(x+1,y)，(x+1,y+1)；
步骤4.3，对于邻域坐标中未被标记迭代状态的每一个坐标点，通过步骤2中获得该坐标点的孔隙特征，判断该坐标点所处位置，若该坐标点在孔隙内部，则对该坐标点进行步骤4.2的操作，若该点在孔隙外，则跳过该坐标点；
步骤4.4，当所有在孔隙内的坐标点全部标记为已迭代状态时，获得已迭代坐标的个数；
步骤4.5，将已迭代坐标的个数与实际像素大小进行乘法运算，乘积即为孔隙的特征面积f；
步骤4.6，将所有孔隙的特征面积映射到孔隙索引上。
步骤5的具体过程为：
步骤5.1，迭代获取每个孔隙被索引映射的孔隙面积f(index)；
步骤5.2，通过函数
Figure BDA0002322343420000041
映射得到孔隙半径r(index)，即完成多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量。
本发明的有益效果是，通过读取多孔材料扫描电镜图像，对扫描电镜图像进行处理获得孔隙特征，标记每个孔隙的特征测量原点，采用基于离散特征原点的邻域标记搜索方法获得每个孔隙的特征面积，进而计算出每个孔隙的半径，本孔隙半径测量方法过程严谨，智能化程度高，便于操作，测量结果准确率较高。
附图说明
图1是本发明多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量的方法的流程图；
图2是本发明实施例中的多孔材料扫描电镜图像；
图3是图2经二值化处理后的孔隙特征图像；
图4是图3经中值滤波处理和图形形态学开运算处后的孔隙特征图像；
图5是对图4中孔隙特征进行索引映射后的图像；
图6是基于离散特征原点的邻域标记搜索方法示意图；
图7是对图5迭代所有映射进行孔隙特征面积计算后的图像；
图8是图7对应索引的孔隙定点坐标和孔隙特征面积示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量的方法，包括读取多孔材料扫描电镜图像，对扫描电镜图像进行处理获得孔隙特征，标记每个孔隙的特征测量原点，采用邻域标记搜索获得每个孔隙的特征面积，进而计算出每个孔隙的半径。
本发明一种多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量的方法，参照图1，具体包括以下步骤：
步骤S1：读取待测量的多孔材料扫描电镜图像，见图2；
步骤S2：对扫描电镜图像进行预处理，获得待测量的孔隙特征及孔隙特征图像；
步骤2.1，对多孔材料扫描电镜图像进行二值化处理，过滤亮度较高的前景部分，得到初步特征图像，见图3；
步骤2.2，对初步特征图像进行中值滤波处理，过滤初步特征图像中的无效孔隙特征；
步骤2.3，对步骤2.2处理后的图像进行图形形态学开运算处理，连结单个孔隙特征，得到待测量孔隙特征图像，见图4。
步骤S3：扫描孔隙特征图像，标记图像中每个孔隙的特征测量原点；
步骤3.1，设置孔隙索引index＝0；
步骤3.2，从待测量孔隙特征图像上扫描孔隙特征的左上顶点，获得定点坐标(x，y)，进行索引标记；
步骤3.3，将孔隙特征左上顶点的定点坐标(x，y)映射到相应索引上；
步骤3.4，变更孔隙索引，index＝index+1；
步骤3.5，对孔隙特征图像从左上顶点的右侧孔隙开始，从左到右进行扫描，获得各个孔隙的定点坐标，进行索引标记，标记图像中每个孔隙的特征测量原点；
步骤3.6，将各个孔隙的定点坐标映射到相应索引上，得到所有孔隙定点坐标的索引映射，本实施例多孔材料扫描电镜图像中共57个孔隙，见图5。
步骤S4：根据孔隙的特征测量原点，采用基于离散特征原点的邻域标记搜索方法获得每个孔隙的特征面积f；
步骤4.1，迭代获取每个孔隙被索引映射的定点坐标(x，y)；
步骤4.2，标记所述定点坐标(x，y)为已迭代状态，获取所述定点坐标(x，y)的邻域坐标(x-1,y-1)，(x-1,y)，(x-1,y+1)，(x,y-1)，(x,y+1)，(x+1,y-1)，(x+1,y)，(x+1,y+1)；
步骤4.3，对于所述邻域坐标中未被标记迭代状态的每一个坐标点，通过步骤2中获得所述坐标点的孔隙特征，判断所述坐标点所处位置，若所述坐标点在孔隙内部，则对所述坐标点进行步骤4.2的操作，若该点在孔隙外，则跳过所述坐标点；
步骤4.4，当所有在孔隙内的坐标点全部标记为已迭代状态时，获得已迭代坐标的个数；
步骤4.5，将已迭代坐标的个数与实际像素大小进行乘法运算，乘积即为孔隙的特征面积f；
步骤4.6，将所有孔隙的特征面积映射到孔隙索引上，见图6。
步骤S5：根据孔隙的特征面积f，通过函数映射得到孔隙的半径r，即完成多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量；
步骤5.1，迭代获取每个孔隙被索引映射的孔隙面积f(index)，获得迭代所有映射进行孔隙特征面积计算后的图像，见图7；
步骤5.2，通过函数
Figure BDA0002322343420000071
映射得到孔隙半径r(index)，即完成多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量，见图8；
本实施例中第1个孔隙的定点坐标为(37,3)，孔隙半径为102um，第2个孔隙的定点坐标为(5,8)，孔隙半径为175um，第3个孔隙的定点坐标为(71,6)，孔隙半径为91um，第4个孔隙的定点坐标为(25,32)，孔隙半径为750um。
步骤S6：在待测量的多孔材料扫描电镜图像上标记出所有孔隙的半径。

Claims (7)

1.一种多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量的方法，其特征在于，包括读取多孔材料扫描电镜图像，对扫描电镜图像进行处理获得孔隙特征，标记每个孔隙的特征测量原点，采用邻域标记搜索获得每个孔隙的特征面积，进而计算出每个孔隙的半径。
2.根据权利要求1所述的一种多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1：读取待测量的多孔材料扫描电镜图像；
步骤2：对扫描电镜图像进行预处理，获得待测量的孔隙特征及孔隙特征图像；
步骤3：扫描孔隙特征图像，标记图像中每个孔隙的特征测量原点；
步骤4：根据孔隙的特征测量原点，采用基于离散特征原点的邻域标记搜索方法获得每个孔隙的特征面积f；
步骤5：根据孔隙的特征面积f，通过函数映射得到孔隙的半径r，即完成多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径的测量。
3.根据权利要求2所述的一种多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量的方法，其特征在于，所述步骤2中的预处理包括二值化处理、中值滤波处理和图形形态学开运算处理。
4.根据权利要求3所述的一种多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量的方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程为：
步骤2.1，对多孔材料扫描电镜图像进行二值化处理，过滤亮度较高的前景部分，得到初步特征图像；
步骤2.2，对初步特征图像进行中值滤波处理，过滤初步特征图像中的无效孔隙特征；
步骤2.3，对步骤2.2处理后的图像进行图形形态学开运算处理，连结单个孔隙特征，得到待测量孔隙特征图像。
5.根据权利要求3所述的一种多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量的方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程为：
步骤3.1，设置孔隙索引index＝0；
步骤3.2，从待测量孔隙特征图像上扫描孔隙特征的左上顶点，获得定点坐标(x，y)，进行索引标记；
步骤3.3，将孔隙特征左上顶点的定点坐标(x，y)映射到相应索引上；
步骤3.4，变更孔隙索引，index＝index+1；
步骤3.5，对孔隙特征图像从左上顶点的右侧孔隙开始，从左到右进行扫描，获得各个孔隙的定点坐标，进行索引标记，标记图像中每个孔隙的特征测量原点；
步骤3.6，将各个孔隙的定点坐标映射到相应索引上，得到所有孔隙定点坐标的索引映射。
6.根据权利要求5所述的一种多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量的方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程为：
步骤4.1，迭代获取每个孔隙被索引映射的定点坐标(x，y)；
步骤4.2，标记所述定点坐标(x，y)为已迭代状态，获取所述定点坐标(x，y)的邻域坐标(x-1,y-1)，(x-1,y)，(x-1,y+1)，(x,y-1)，(x,y+1)，(x+1,y-1)，(x+1,y)，(x+1,y+1)；
步骤4.3，对于所述邻域坐标中未被标记迭代状态的每一个坐标点，通过步骤2中获得所述坐标点的孔隙特征，判断所述坐标点所处位置，若所述坐标点在孔隙内部，则对所述坐标点进行步骤4.2的操作，若该点在孔隙外，则跳过所述坐标点；
步骤4.4，当所有在孔隙内的坐标点全部标记为已迭代状态时，获得已迭代坐标的个数；
步骤4.5，将已迭代坐标的个数与实际像素大小进行乘法运算，乘积即为孔隙的特征面积f；
步骤4.6，将所有孔隙的特征面积映射到孔隙索引上。
7.根据权利要求5所述的一种多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量的方法，其特征在于，所述步骤5的具体过程为：
步骤5.1，迭代获取每个孔隙被索引映射的孔隙面积f(index)；
步骤5.2，通过函数
Figure FDA0002322343410000031
映射得到孔隙半径r(index)，即完成多孔材料扫描电镜图像中孔隙半径测量。
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