CN114594038A - 一种精确测算孔隙率的扫描拼接应用方法 - Google Patents

一种精确测算孔隙率的扫描拼接应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种精确测算孔隙率的扫描拼接应用方法，包括a、在低倍率下采集完整图像，确定目标视场规格和坐标，b、确定扫描系统移动步长，c、在高倍率下校准设备，确定目标视场扫描坐标，扫描系统由起点向X方向移动N‑1个步长距离，采取第一横向子区域图像，移动N个步长距离，采取第二横向子区域图像，计算重叠区，修正扫描系统X方向误差，以同样方法修正扫描系统Y方向误差，完成扫描系统的自校准，d、由扫描起点开始蛇形扫描扫描子区域，并直接进行顺序拼接，获得完整目标视场图像，e、二值提取法处理目标视场图像并计算孔隙率；本发明的扫描拼接应用方法可在减少计算量，提高图像拼接效率的同时，获得满足材料组织孔隙率精度测算需求。

Description

一种精确测算孔隙率的扫描拼接应用方法
技术领域
本发明属于光学技术领域，特别是指一种精确测算孔隙率的扫描拼接应用方法。
背景技术
孔隙率的检测需要在多倍视镜下获得目标视场内多个图像，手动拼接后处理和计算图像中的孔隙率，孔隙率计算的准确性无法得到保证，一是如何确定目标视场大小，目标视场锁定位置如何确定，才能够保证以目标视场来评测样品孔隙率具有足够可信度；二是目标视场内多个图像的拼接准确度，各子图像拍摄路径决定了拼接质量，如何制定拍摄扫描路径和方法，在保证充分获得目标视场内完整图像同时尽可能减少重叠率，减少子图像数量，减轻计算的工程量；现有技术中对于目标视场进行高倍数子图像获取方法存在精准度不足，在图像拼接之前需进行重叠率计算，图像输出速率较慢，且该方法所达到的精确度并不适用于孔隙率计算所要求的精度。
发明内容
为解决以上现有技术的不足，本发明提供了一种精确测算孔隙率的扫描拼接应用方法，其获得的图像更适用于材料组织的孔隙率测定需求。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种精确测算孔隙率的扫描拼接应用方法，包括以下步骤：
a、在低倍率观测条件下自动对焦，并利用采集相机采取试样的完整图像，判断图像边界，计算图像面积，设定躁音参数，突显噪音及缺陷位置，确定目标视场规格和坐标；
b、根据目标视场的面积，将目标视场划分为N*M个可在高倍率条件观测的子区域，1≤N≤10，1≤M≤10，并确定扫描系统初始移动步长距离，步长距离等于子区域尺寸；
c、在高倍率观测条件下自动对焦，进行设备自校准，确定目标视场扫描坐标和扫描起点，坐标原点作为起点，扫描系统由起点向X方向移动N-1个步长距离，采取第一横向子区域图像，移动N个步长距离，采取第二横向子区域图像，提取重叠的特征信息，计算重叠率，修正扫描系统X方向误差，扫描系统由起点向Y方向移动M-1个步长距离，采取第一纵向子区域图像，移动M个步长距离，采取第二纵向子区域图像，提取重叠的特征信息，计算重叠面积，修正扫描系统Y方向误差，完成扫描系统的自校准；
d、由扫描起点开始，利用蛇形扫描方法顺次扫描N*M个子区域，并对所有子区域直接进行顺序拼接，获得完整目标视场图像；
e、使用二值提取法对目标视场图像进行处理，计算孔隙率。
优选地，步骤c中所述扫描系统的修正目标为：X方向和Y方向的重叠面积均小于0.001平方毫米则判断为可拼接状态。
更为优选地，步骤c中对有重叠特征信息的第一子区域图像和第二子区域图像，提取特征信息，计算步进误差以校准扫描系统；无重叠特征信息的，自动获取目标视场边角坐标为（N，0）处的子区域图像作为第三横向子区域图像，与第一横向子区域图像进行重叠面积计算，获得横向步进误差以校准扫描系统，自动获取目标视场边角坐标为（0，M）处的子区域图像作为第三纵向子区域图像，与第二纵向子区域图像进行重叠面积计算，获得纵向步进误差以校准扫描系统。
进一步优选地，步骤c中所述扫描系统的修正目标为：校准扫描系统直至第一子区域图像和第二子区域图像存在重叠特征信息，且达到可拼接状态。
与现有技术相比，本发明的精确测算孔隙率的扫描拼接应用方法可在减少计算量，提高图像拼接效率的同时，获得满足组织孔隙率精度测算需求；
1、显著影响材料组织整体孔隙率水平的目标视场选择尤为重要，本发明的方法根据缺陷和杂质分布优化目标视场的选择，提高扫描效率和孔隙率测算精度；
2、在扫描系统的自校准过程中，利用目标视场进行校准，提高系统扫描的适应性，结合重叠率计算进行扫描系统的步进误差修正，提高行进扫描精度，减小子区域图像的重叠率，从而获得满足孔隙率测算精度需求的可直接用于拼接的子区域图像；
3、使用蛇形扫描，避免扫描系统空回带来误差，提高采集精度和拼接精度；
4、经校准修正扫描系统后，对蛇形扫描获得的子区域图片直接进行顺序拼接便可获得满足现有材料孔隙率精度要求的目标视场图像，提高目标视场拼接出图的效率以及孔隙率计算效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的扫描拼接应用方法的流程图；
图2为部分试样的孔隙率测定结果。
具体实施方式
为了对本发明实现的技术手段和达到的技术效果进行清楚、完整地描述，下面结合附图1及具体实施例了进一步阐述本发明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本发明的精确测算孔隙率的扫描拼接应用方法，用于测算材料组织孔隙率的图像处理中，其包括以下步骤：
a、在低倍率观测条件下自动对焦，并利用采集相机采取试样的完整图像，利用各向异性扩散滤波，保留图像边缘以进行整体图像面积S试样计算，根据经验数据库内的形状和灰度参数，突出杂质噪音区域，另外根据对应材料组织孔隙大小的经验数据设定缺陷参数，突出显示非正常孔隙的缺陷位置，根据公式S子=S试样/k（1≤k≤3）设定预设目标视场框，避开或包含最少杂质噪音区和缺陷位置，选取最佳测算区域，自动计算测算区域内的预设目标视场框内缺陷面积占比率F，以F≤0.01%为设定目标，放大缩小预设目标视场框大小，达到设定目标好获得用来计算试样整体孔隙率的目标视场；
b、根据目标视场的面积，将目标视场划分为N*M个可在高倍率条件观测的方形子区域，1≤N（横向数量）≤10，1≤M（纵向数量）≤10，并确定扫描系统初始移动步长距离，横向步长等于子区域横向长度，纵向步长子于子区域纵向长度；
c、在高倍率观测条件下自动对焦，进行设备自校准，确定目标视场扫描坐标和扫描起点，一般以坐标原点作为起点，扫描系统由起点向X方向移动N-1个步长距离，采取第N-1帧图像作为第一横向子区域图像，移动N个步长距离，采取第N帧图像作为第二横向子区域图像，利用特征提取框提取重叠特征信息，以扫描设备的精度值作为特征提取框长，以子区域纵向长度作为特征提取框宽，提取相似特征信息，计算重叠率，获得横向步进累计误差，修正扫描系统X方向误差；扫描系统由起点向Y方向移动M-1个步长距离，采取采取第M-1帧图像作为第一纵向子区域图像，移动M个步长距离，采取第M帧图像作为第二纵向子区域图像，利用特征提取框提取重叠特征信息，以扫描设备的精度值作为特征提取框宽，以子区域横向长度作为特征提取框长，相似度为90%则确定为重叠特征，计算重叠面积，获得纵向步进累计误差，修正扫描系统Y方向误差，当X方向和Y方向的重叠面积均小于0.001平方毫米，则判断为扫描图像可拼接状态，可完成扫描系统的自校准；
d、由扫描起点开始，利用蛇形扫描方法首先沿X方向扫描至目标视场的右下角，获得第一组的N帧子区域图像，然后纵向步进沿X方向反向扫描，获得第二组N帧子区域图像，直至顺次扫描获得M组N帧子区域图像，并对所有子区域图像直接进行顺序拼接，获得完整目标视场图像，经扫描系统自校准后，因为0.001平方毫米的重叠误差，对目标视场占比非常小，完全满足孔隙率精确度要求，例如对于图2中80mm2的试样面积，规格为5*4的单元大小为 1.33×1.00mm的目标视场，0.001平方毫米只占子区域图像大小的0.017%，其对目标视场孔隙率的影响仅为0.001%，已经远低于0.1%孔隙率精度要求；
e、使用二值提取法对孔隙进行边缘检测，首先利用边缘增强算子，突出图像中的局部边缘，然后定义象素 “边缘强度”，通过设置阈值提取边缘点集，边缘点集合中剔除突变边界点或填补边界间断点，并将这些边缘连接成完整的线，完成孔隙图像生成，自动进行孔隙率计算；
实施例二：
本发明的精确测算孔隙率的扫描拼接应用方法，用于测算材料组织孔隙率的图像处理中，其包括以下步骤：
a、在低倍率观测条件下自动对焦，并利用采集相机采取试样的完整图像，利用各向异性扩散滤波，保留图像边缘以进行整体图像面积S试样计算，根据经验数据库内的形状和灰度参数，突出杂质噪音区域，另外根据对应材料组织孔隙大小的经验数据设定缺陷参数，突出显示非正常孔隙的缺陷位置，根据公式S子=S试样/k（1≤k≤3）设定预设目标视场框，避开或包含最少杂质噪音区和缺陷位置，选取最佳测算区域，自动计算测算区域内的预设目标视场框内缺陷面积占比率F，以F≤0.01%为设定目标，放大缩小预设目标视场框大小，达到设定目标后获得用来计算试样整体孔隙率的目标视场；；
b、根据目标视场的面积，将目标视场划分为N*M个可在高倍率条件观测的方形子区域，1≤N（横向数量）≤10，1≤M（纵向数量）≤10，并确定扫描系统初始移动步长距离，横向步长等于子区域横向长度，纵向步长子于子区域纵向长度；
c、在高倍率观测条件下自动对焦，进行设备自校准，确定目标视场扫描坐标和扫描起点，一般以坐标原点作为起点，扫描系统由起点向X方向移动N-1个步长距离，采取第N-1帧图像作为第一横向子区域图像，移动N个步长距离，采取第N帧图像作为第二横向子区域图像，第一横向子区域图像和第二横向子区域图像经特征提取判断无重叠特征，自动获取目标视场边角坐标为（N，0）处的子区域图像作为第三横向子区域图像，与第一横向子区域图像进行重叠面积计算，特征提取方法与计算与实施例一中一致，获得横向步进误差以修正扫描系统，调整方向与实施例一相反；扫描系统由起点向Y方向移动M-1个步长距离，采取第M-1帧图像作为第一纵向子区域图像，移动M个步长距离，采取第M帧图像作为第二纵向子区域图像，第一纵向子区域图像和第二纵向子区域图像经特征提取判断无重叠特征，自动获取目标视场边角坐标为（0，M）处的子区域图像作为第三纵向子区域图像，与第二纵向子区域图像进行重叠率计算，特征提取方法与计算与实施例一中一致，获得纵向步进误差以修正扫描系统，调整方向与实施例一相反；校准扫描系统直至第一子区域图像和第二子区域图像存在重叠特征信息，且达到实施例一所述的可拼接状态，可完成扫描系统的自校准。
实施例二中的d和e步骤与实施例一实现方式一致，此处不予以赘述。
利用本技术方案的扫描拼接方法对试样进行测定，如图2所示的三种试样面积的部分目标视场大小规格的孔隙率，试样样块为双组分混合的常温固化树脂和功能性填充物的混合物，其中填充料属于冷镶嵌料，不通过加温的手段包埋镶嵌料；测定结果表明各视场所获得的孔隙率满足试样孔隙率精度要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种精确测算孔隙率的扫描拼接应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、在低倍率观测条件下自动对焦，并利用采集相机采取试样的完整图像，判断图像边界，计算图像面积，设定躁音参数，突显噪音及缺陷位置，确定目标视场规格和坐标；
b、根据目标视场的面积，将目标视场划分为N*M个可在高倍率条件观测的子区域，1≤N≤10，1≤M≤10，并确定扫描系统初始移动步长距离，步长距离等于子区域尺寸；
c、在高倍率观测条件下自动对焦，进行设备自校准，确定目标视场扫描坐标和扫描起点，坐标原点作为起点，扫描系统由起点向X方向移动N-1个步长距离，采取第一横向子区域图像，移动N个步长距离，采取第二横向子区域图像，提取重叠的特征信息，计算重叠率，修正扫描系统X方向误差，扫描系统由起点向Y方向移动M-1个步长距离，采取第一纵向子区域图像，移动M个步长距离，采取第二纵向子区域图像，提取重叠的特征信息，计算重叠面积，修正扫描系统Y方向误差，完成扫描系统的自校准；
d、由扫描起点开始，利用蛇形扫描方法顺次扫描N*M个子区域，并对所有子区域直接进行顺序拼接，获得完整目标视场图像；
e、使用二值提取法对目标视场图像进行处理，计算孔隙率。
2.根据权利要求1所述的精确测算孔隙率的扫描拼接应用方法，其特征在于：步骤c中所述扫描系统的修正目标为：X方向和Y方向的重叠面积均小于0.001平方毫米则判断为可拼接状态。
3.根据权利要求1所述的精确测算孔隙率的扫描拼接应用方法，其特征在于：步骤c中对有重叠特征信息的第一子区域图像和第二子区域图像，提取特征信息，计算步进误差以校准扫描系统；无重叠特征信息的，自动获取目标视场边角坐标为（N，0）处的子区域图像作为第三横向子区域图像，与第一横向子区域图像进行重叠面积计算，获得横向步进误差以校准扫描系统，自动获取目标视场边角坐标为（0，M）处的子区域图像作为第三纵向子区域图像，与第二纵向子区域图像进行重叠面积计算，获得纵向步进误差以校准扫描系统。
4.根据权利要求3所述的精确测算孔隙率的扫描拼接应用方法，其特征在于：步骤c中所述扫描系统的修正目标为：校准扫描系统直至第一子区域图像和第二子区域图像存在重叠特征信息，且达到可拼接状态。
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