JP6187036B2 - Image analysis apparatus and program - Google Patents

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Description

本発明は、画像解析装置及びプログラムに関し、特に繊維強化複合材料の研磨断面画像を解析する画像解析装置及びプログラムに適用して好適なものである。   The present invention relates to an image analysis apparatus and program, and is particularly suitable for application to an image analysis apparatus and program for analyzing a polished cross-sectional image of a fiber-reinforced composite material.

近年、繊維強化複合材料の一種であるセラミック基複合材料(CMC : Ceramic Matrix Composites)の開発が進められている。CMCは、髪の毛ほどの細いセラミックの繊維を母材(マトリクス)で強化した複合材料であり、軽量かつ耐熱性に優れるという特徴を有する。この特徴を利用して、例えばCMCを航空機用エンジン部材に用いることが検討されており、現在実用化が図られている。なおCMCを航空機用エンジン部材として用いることで、大幅な燃費向上が期待される。   In recent years, development of ceramic matrix composites (CMC), which is a kind of fiber reinforced composite material, has been promoted. CMC is a composite material in which ceramic fibers as thin as hair are reinforced with a base material (matrix), and is characterized by being lightweight and excellent in heat resistance. Utilizing this feature, for example, the use of CMC as an aircraft engine member has been studied and is currently being put to practical use. By using CMC as an aircraft engine member, a significant improvement in fuel efficiency is expected.

一般にCMCは、まず複数のセラミックの繊維束で織物を作製し、繊維表面をカーボンなどで被覆する。次いで繊維束の中にマトリクスを形成するCVI(Chemical Vapor Infiltration)プロセス及び繊維束の間の空洞(ボイド)にマトリクスを形成するPIP(Polymer Impregnation and Pyrolysis)プロセスなどを経て形成されるが、このとき形成されたCMCにおける単位体積当たりの繊維体積の割合(繊維体積率)がCMCの靱性に大きく影響する。   In general, CMC first prepares a woven fabric from a plurality of ceramic fiber bundles and coats the fiber surface with carbon or the like. Next, it is formed through a CVI (Chemical Vapor Infiltration) process for forming a matrix in the fiber bundle and a PIP (Polymer Impregnation and Pyrolysis) process for forming a matrix in the void between the fiber bundles. The ratio of the fiber volume per unit volume (fiber volume ratio) in CMC greatly affects the toughness of CMC.

すなわち繊維体積率が大きい程、靱性が高く耐熱性に優れる。よって形成されたCMCの靱性が十分であるか否かを確認するために繊維体積率を評価することが重要となる。   That is, the greater the fiber volume ratio, the higher the toughness and the better the heat resistance. Therefore, it is important to evaluate the fiber volume ratio in order to confirm whether the toughness of the formed CMC is sufficient.

CMCの繊維体積率を評価する手法としては、例えばCMCの研磨断面画像を表示画面に表示し、表示した研磨断面画像から繊維領域を目視により判別し、繊維領域だけを選択して抽出することにより繊維体積率を算出するという手法がある。しかし一般に研磨断面画像はグレースケールで表現される画像であり、研磨断面画像に含まれる主要な部材である繊維、マトリクス及びボイドは何れも白色〜黒色の間の灰色で表現される。   As a method for evaluating the fiber volume ratio of CMC, for example, a CMC polished cross-sectional image is displayed on a display screen, a fiber region is visually determined from the displayed polished cross-sectional image, and only the fiber region is selected and extracted. There is a method of calculating the fiber volume ratio. However, in general, the polished cross-sectional image is an image expressed in gray scale, and the fibers, matrix, and voids, which are main members included in the polished cross-sectional image, are all expressed in gray between white and black.

特に繊維と繊維を覆うマトリクスとは、輝度値の差がノイズレベルの差しかなく区別がつきにくい。よって研磨断面画像から繊維領域だけを目視により判別して抽出しようとすると、膨大な時間がかかり、また観察者により抽出範囲にばらつきが生じるという課題がある。従ってコンピュータによる画像解析により、研磨断面画像から繊維領域を自動抽出することが望ましい。   In particular, it is difficult to distinguish between the fiber and the matrix covering the fiber because the difference in luminance value is the noise level. Therefore, if it is attempted to visually distinguish and extract only the fiber region from the polished cross-sectional image, there is a problem that it takes an enormous amount of time and the extraction range varies depending on the observer. Therefore, it is desirable to automatically extract the fiber region from the polished cross-sectional image by image analysis using a computer.

特許文献1には、細胞核が染色された染色画像をコンピュータが入力し、入力した染色画像から細胞核の領域を検出し、検出した細胞核を含む細胞の周りを一周する最短経路を計算し、この最短経路を細胞の輪郭として抽出する技術が開示されている。この技術によれば、対象画像に含まれる対象物(ここでは細胞)の輪郭を自動抽出することができるとしている。   In Patent Document 1, a computer inputs a stained image in which cell nuclei are stained, detects a region of the cell nucleus from the input stained image, calculates a shortest path around the cell including the detected cell nucleus, and calculates the shortest path. A technique for extracting a path as a contour of a cell is disclosed. According to this technique, it is possible to automatically extract the contour of an object (here, a cell) included in an object image.

特開2008−146278号公報JP 2008-146278 A

しかし特許文献1には、対象画像が染色画像であり、細胞のなかに染色された細胞核が存在するという特徴を利用して細胞の輪郭を抽出する技術である。従って染色などの加工が施されていない対象画像から対象物の輪郭を抽出することはできない。   However, Patent Document 1 discloses a technique for extracting the outline of a cell by using the feature that a target image is a stained image and a stained cell nucleus exists in the cell. Therefore, it is not possible to extract the contour of the target object from the target image that has not been processed such as staining.

CMCの研磨断面画像は、元からグレースケールの画像であり、上述したように特に繊維とマトリクスとの区別がつきにくい。よってCMCの研磨断面画像から繊維領域を抽出する際、特許文献1に記載の技術を利用することはできない。   The polished cross-sectional image of CMC is originally a gray scale image, and as described above, it is difficult to distinguish between fibers and a matrix. Therefore, when extracting a fiber area | region from the grinding | polishing cross-sectional image of CMC, the technique of patent document 1 cannot be utilized.

なお研磨断面画像の作成方法は、まず試料の切片を作成し、次いで切片を型に埋め込んで切片の周囲を樹脂で埋める。次いで樹脂を硬化させ、最後に切片を型から外して表面を研磨する方法が採用される。よって樹脂の材料や硬化方法によっては、必ずしも研磨断面画像がグレースケールの画像になるとは限らない。しかし少なくとも研磨断面画像に含まれる繊維は染色することはできないため、研磨断面画像から繊維領域を抽出する際に特許文献1に記載の技術を利用することはできない。   The method for creating a polished cross-sectional image is to first create a section of the sample, and then embed the section in a mold and fill the periphery of the section with resin. Next, a method is adopted in which the resin is cured, and finally the section is removed from the mold and the surface is polished. Therefore, depending on the resin material and the curing method, the polished cross-sectional image is not necessarily a gray scale image. However, since at least the fibers contained in the polished cross-sectional image cannot be dyed, the technique described in Patent Document 1 cannot be used when extracting the fiber region from the polished cross-sectional image.

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、CMCの研磨断面画像から繊維領域を抽出して繊維体積率を容易に算出し得る画像解析装置及びプログラムを提案するものである。   The present invention has been made in view of the above points, and proposes an image analysis apparatus and a program that can easily calculate a fiber volume ratio by extracting a fiber region from a polished cross-sectional image of a CMC.

かかる課題を解決するために、本発明においては、繊維強化複合材料の研磨断面画像を解析する画像解析装置において、研磨断面画像を入力する入力部と、入力した研磨断面画像から計算領域を抽出する初期化処理部と、抽出した計算領域に含まれる繊維の輪郭を探索するエッジ探索処理部と、探索した繊維の輪郭が円形であることを利用したエネルギ関数に基づいて、繊維の中心及び半径を推定するとともに推定した繊維の中心及び半径により形成される円の内部の領域を繊維領域として決定する繊維領域決定処理部とを備えることを特徴とする。   In order to solve this problem, in the present invention, in an image analysis apparatus that analyzes a polished cross-sectional image of a fiber-reinforced composite material, an input unit that inputs a polished cross-sectional image, and a calculation region is extracted from the input polished cross-sectional image. Based on the energy function using the initialization processing unit, the edge search processing unit that searches for the contour of the fiber included in the extracted calculation area, and the searched fiber contour is circular, the center and radius of the fiber are determined. And a fiber region determination processing unit that determines a region inside a circle formed by the estimated fiber center and radius as a fiber region.

またかかる課題を解決するために、本発明においては、繊維強化複合材料の研磨断面画像を解析するプログラムにおいて、コンピュータに、研磨断面画像を入力する第1のステップと、入力した研磨断面画像から計算領域を抽出する第2のステップと、抽出した計算領域に含まれる繊維の輪郭を探索する第3のステップと、探索した繊維の輪郭が円形であることを利用したエネルギ関数に基づいて、繊維の中心及び半径を推定するとともに推定した繊維の中心及び半径により形成される円の内部の領域を繊維領域として決定する第4のステップとを実行させることを特徴とする。   In order to solve such a problem, in the present invention, in a program for analyzing a polished cross-sectional image of a fiber reinforced composite material, a first step of inputting a polished cross-sectional image to a computer and calculation from the input polished cross-sectional image are performed. Based on the second step of extracting the region, the third step of searching for the contour of the fiber included in the extracted calculation region, and the energy function using the fact that the searched contour of the fiber is circular, And performing a fourth step of estimating a center and a radius and determining a region inside a circle formed by the estimated center and radius of the fiber as a fiber region.

本発明によれば、CMCの研磨断面画像から繊維領域を抽出して繊維体積率を容易に算出することができる。   According to the present invention, the fiber volume ratio can be easily calculated by extracting the fiber region from the CMC polished cross-sectional image.

本実施の形態における画像解析装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of an image analysis apparatus in the present embodiment. 画像解析処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an image analysis process. 初期化処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the initialization process. エッジ探索処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an edge search process. 繊維領域決定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a fiber area | region determination process. 終了判定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an end determination process. 最適化処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an optimization process. 初期化処理により得られる画像である。It is an image obtained by initialization processing. エッジ探索処理により得られる画像である。It is an image obtained by edge search processing. 繊維領域決定処理により得られる画像である。It is an image obtained by fiber area determination processing. 終了判定処理により得られる画像である。It is an image obtained by the end determination process. 最適化処理により得られる画像である。It is an image obtained by an optimization process.

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(1)全体構成
図1は、本実施の形態における画像解析装置1の全体構成を示す。画像解析装置1は、CPU(Central Processing Unit)11、入力部12、画像記憶部13、表示部14及びメモリ15を備えて構成される。
(1) Overall Configuration FIG. 1 shows the overall configuration of an image analysis apparatus 1 in the present embodiment. The image analysis apparatus 1 includes a CPU (Central Processing Unit) 11, an input unit 12, an image storage unit 13, a display unit 14, and a memory 15.

CPU11は、メモリ15に格納されている各種プログラムと協働して画像解析装置1の動作を統括的に制御するプロセッサである。入力部12は、ユーザからの入力を受け付けるインタフェースであり、例えばキーボードやマウスである。また本実施の形態における入力部12は、CMC(Ceramic Matrix Composites)の研磨断面画像を入力するインタフェースでもある。   The CPU 11 is a processor that comprehensively controls the operation of the image analysis apparatus 1 in cooperation with various programs stored in the memory 15. The input unit 12 is an interface that receives input from the user, and is, for example, a keyboard or a mouse. The input unit 12 in the present embodiment is also an interface for inputting a polished cross-sectional image of CMC (Ceramic Matrix Composites).

ここでCMCとは、複数のセラミックの繊維束で織物を作製し、繊維表面をカーボンなどで被覆し、繊維束の中にマトリクスを形成するCVI(Chemical Vapor Infiltration)プロセス及び繊維束の間の空洞(ボイド)にマトリクスを形成するPIP(Polymer Impregnation and Pyrolysis)プロセスなどを経て形成される繊維強化複合材料である。またCMCの研磨断面画像とは、このCMCの断面を研磨して得られる画像である。   Here, CMC refers to a CVI (Chemical Vapor Infiltration) process in which a woven fabric is produced with a plurality of ceramic fiber bundles, the fiber surface is coated with carbon, etc., and a matrix is formed in the fiber bundle, and voids between the fiber bundles ) Is a fiber reinforced composite material formed through a PIP (Polymer Impregnation and Pyrolysis) process for forming a matrix. The CMC polished cross-sectional image is an image obtained by polishing this CMC cross-section.

本実施の形態においては、このCMCの研磨断面画像から繊維領域を自動抽出しようとするものである。研磨断面画像から繊維領域を自動抽出することにより、研磨断面画像における単位面積当たりの繊維面積の割合(繊維面積率)を算出することができる。またこの繊維面積率からCMCの単位体積当たりの繊維体積の割合(繊維体積率)を算出することができる。なおCPU11が繊維体積率を算出するとすればよい。繊維体積率はCMCの靱性に大きく影響することから、形成されたCMCの靱性を評価することができる。   In the present embodiment, a fiber region is automatically extracted from the CMC polished cross-sectional image. By automatically extracting the fiber region from the polished cross-sectional image, the ratio of the fiber area per unit area (fiber area ratio) in the polished cross-sectional image can be calculated. Moreover, the ratio (fiber volume ratio) of the fiber volume per unit volume of CMC can be calculated from this fiber area ratio. The CPU 11 may calculate the fiber volume ratio. Since the fiber volume ratio greatly affects the toughness of CMC, the toughness of the formed CMC can be evaluated.

図1に戻り、画像記憶部13は、入力部12から入力されたCMCの研磨断面画像及びこの研磨断面画像を各種画像処理により加工修正して作成した画像を記憶する記憶媒体である。表示部14は、研磨断面画像及び各種画像処理により加工修正して作成した画像を表示するLCD(Liquid Crystal Display)などの表示装置である。   Returning to FIG. 1, the image storage unit 13 is a storage medium that stores a CMC polished cross-sectional image input from the input unit 12 and an image created by processing and correcting the polished cross-sectional image by various image processes. The display unit 14 is a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display) that displays a polished cross-sectional image and an image created by processing and correction by various image processes.

メモリ15は、CPU11と協働して画像解析処理を実行するための各種プログラムを格納する記憶媒体である。各種プログラムには、初期化処理部151、エッジ探索処理部152、繊維領域決定処理部153、終了判定処理部154及び最適化処理部155がある。これら各種プログラムにより実行される画像解析処理(図2)及び画像解析処理における各処理の詳細(図3〜図7)については後述する。   The memory 15 is a storage medium that stores various programs for executing image analysis processing in cooperation with the CPU 11. The various programs include an initialization processing unit 151, an edge search processing unit 152, a fiber region determination processing unit 153, an end determination processing unit 154, and an optimization processing unit 155. Image analysis processing (FIG. 2) executed by these various programs and details of each processing in the image analysis processing (FIGS. 3 to 7) will be described later.

(2)全体処理
図2は、本実施の形態における画像解析処理の処理手順を示す。この画像解析処理は、入力部12がユーザからの実行指示を受け付けたことを契機として、CPU11及びメモリ15に格納されている各種プログラムとの協働により実行される。以下の説明の便宜上、処理主体を各種プログラムとして説明する。
(2) Overall Processing FIG. 2 shows a processing procedure of image analysis processing in the present embodiment. This image analysis process is executed in cooperation with various programs stored in the CPU 11 and the memory 15 when the input unit 12 receives an execution instruction from the user. For convenience of the following description, the processing entity will be described as various programs.

まず初期化処理部151は、CMCの研磨断面画像を入力すると、入力部12を介してユーザから入力されたユーザ指定パラメータに基づいて、研磨断面画像から計算領域を抽出した計算領域抽出画像(図8)及び計算領域抽出画像から繊維候補を抽出した繊維候補領域抽出画像(図8)を作成する初期化処理を実行する(SP1)。   First, when the initialization processing unit 151 inputs the CMC polishing cross-sectional image, the calculation region extraction image (see FIG. 5) that extracts the calculation region from the polishing cross-sectional image based on the user-specified parameter input from the user via the input unit 12. 8) and an initialization process for creating a fiber candidate region extraction image (FIG. 8) obtained by extracting fiber candidates from the calculation region extraction image (SP1).

なおステップSP1において入力されるユーザ指定パラメータとしては、例えばマスクの範囲、マトリクスの輝度値、ボイドの輝度値、繊維領域の最小半径及び最大半径がある。マスクの範囲は、研磨断面画像から計算領域抽出画像を作成するために用いられる。   The user-specified parameters input in step SP1 include, for example, a mask range, a matrix luminance value, a void luminance value, and a minimum radius and a maximum radius of the fiber region. The range of the mask is used to create a calculation region extraction image from the polished cross-sectional image.

またマトリクスの輝度値及びボイドの輝度値は、計算領域抽出画像からマトリクス領域及びボイド領域をおおまかに除算して繊維候補領域抽出画像を作成するために用いられる。繊維領域の最小半径及び最大半径の情報は、後述する繊維領域決定処理(図5)において、繊維領域の中心及び半径を推定して繊維領域を決定する際に用いられる。   The matrix luminance value and the void luminance value are used to roughly divide the matrix region and the void region from the calculation region extraction image to create a fiber candidate region extraction image. Information on the minimum radius and the maximum radius of the fiber region is used when the fiber region is determined by estimating the center and radius of the fiber region in the fiber region determination process (FIG. 5) described later.

次いでエッジ探索処理部152は、ステップSP1において作成された計算領域抽出画像に対して、ソベルフィルタを用いた輪郭抽出処理、自動閾値処理及び細線化処理の各種画像処理を実行することにより、ボイドの輪郭を抽出したボイド輪郭抽出画像(図9)、繊維の輪郭(エッジ)を抽出した繊維輪郭抽出画像(図9)及び繊維の輪郭を細線化した繊維輪郭細線化画像(図9)を作成するエッジ探索処理を実行する(SP2)。   Next, the edge search processing unit 152 performs various image processes such as a contour extraction process using a Sobel filter, an automatic threshold process, and a thinning process on the calculation area extraction image created in step SP1, thereby generating voids. A void contour extraction image (FIG. 9) from which the contour is extracted, a fiber contour extraction image (FIG. 9) from which the fiber contour (edge) is extracted, and a fiber contour thinned image (FIG. 9) in which the fiber contour is thinned are created. Edge search processing is executed (SP2).

なお計算領域抽出画像に対して単に2値化処理を実行しても、繊維の輪郭を適切に抽出することはできない。より厳密にいうと、計算領域抽出画像に含まれる繊維が数本程度である場合には、単に2値化処理を実行することで繊維の輪郭を抽出することは可能である。しかし計算領域抽出画像のサイズが例えば500×500画素(25万画素)のように大きくなると、画像を入力する際のライティングや研磨状態の違いにより、大域的な閾値処理を実行するだけでは繊維の輪郭を適切に抽出することはできない。   It should be noted that the outline of the fiber cannot be appropriately extracted even if the binarization process is simply executed on the calculation region extraction image. Strictly speaking, when there are about a few fibers included in the calculation region extraction image, it is possible to extract the outline of the fibers simply by executing a binarization process. However, when the size of the calculation region extraction image becomes large, for example, 500 × 500 pixels (250,000 pixels), it is not necessary to execute the global threshold processing simply due to the difference in lighting or polishing state when inputting the image. The contour cannot be extracted properly.

CMCの研磨断面画像は上述したように繊維、マトリクス及びボイドから構成され、特に繊維及びマトリクスは同一材料であり(例えばSiC)、更には繊維の表層には輝度値が繊維と非常に近いマトリクス(例えばCVI、SPI、PIP、MIマトリクスなど)が存在する。よって単に2値化処理を実行しても、マトリクスの一部が繊維と認識されてマトリクスとの境界を区別することができない。   As described above, the CMC polished cross-sectional image is composed of fibers, matrices, and voids. In particular, the fibers and the matrix are made of the same material (for example, SiC), and the surface layer of the fibers has a matrix whose luminance value is very close to the fibers ( For example, CVI, SPI, PIP, MI matrix, etc.) exist. Therefore, even if the binarization process is simply executed, a part of the matrix is recognized as a fiber and the boundary with the matrix cannot be distinguished.

次いで繊維領域決定処理部153は、ユーザ指定パラメータのうちの繊維領域の最小半径及び最大半径の情報と、繊維領域の形状が円形であることを利用したエネルギ関数とに基づいて(エネルギ関数については後述する)、繊維領域の中心及び半径を推定して繊維領域を決定し、繊維領域抽出画像(図10)を作成する繊維領域決定処理を実行する(SP3)。   Next, the fiber region determination processing unit 153 is based on the information on the minimum radius and the maximum radius of the fiber region in the user specified parameters and the energy function using the circular shape of the fiber region (for the energy function). As will be described later, the fiber region is determined by estimating the center and radius of the fiber region, and a fiber region determination process for creating a fiber region extraction image (FIG. 10) is executed (SP3).

次いで終了判定処理部154は、ステップSP1において作成された繊維候補領域抽出画像からステップSP3において決定した繊維領域を除算して除算後繊維候補抽出画像(図11)を作成し、この除算後繊維候補抽出画像に対して距離変換処理を実行して距離変換画像(図11)を作成する。そして終了判定処理部154は、距離変換画像における距離が予め定められた閾値以上でないことを確認する終了判定処理を実行する(SP4)。   Next, the end determination processing unit 154 creates a divided fiber candidate extracted image (FIG. 11) by dividing the fiber region determined in step SP3 from the fiber candidate region extracted image created in step SP1, and creates this divided fiber candidate. A distance conversion process is executed on the extracted image to create a distance conversion image (FIG. 11). Then, the end determination processing unit 154 executes end determination processing for confirming that the distance in the distance conversion image is not equal to or greater than a predetermined threshold (SP4).

次いで最適化処理部155は、終了判定処理により繊維領域の抽出に漏れがないことを確認した後の繊維領域抽出画像について繊維領域の和集合を計算し、和集合について、隣接する繊維同士は少なくとも半径よりも離れて存在するという幾何学的制約に基づいてエラー判定を実行し、エラー箇所抽出画像(図12)を作成するエラー判定処理を実行する(SP5)。   Next, the optimization processing unit 155 calculates the union of the fiber regions for the fiber region extraction image after confirming that there is no omission in the extraction of the fiber region by the end determination process, and the adjacent fibers are at least adjacent to each other in the union. Error determination is executed based on the geometrical constraint that the distance exists beyond the radius, and error determination processing for creating an error location extraction image (FIG. 12) is executed (SP5).

以上のステップSP1〜SP5の各処理が実行された後、CPU11はこの画像解析処理を終了する。   After each process of the above steps SP1-SP5 is performed, CPU11 complete | finishes this image analysis process.

(3)各処理の詳細
図3〜図7は、上述した図2の画像解析処理における初期化処理、エッジ探索処理、繊維領域決定処理、終了判定処理及び最適化処理の詳細を示す。以下図3〜図7を参照して、各処理の詳細について説明する。
(3) Details of Each Process FIGS. 3 to 7 show details of the initialization process, edge search process, fiber region determination process, end determination process, and optimization process in the image analysis process of FIG. 2 described above. Details of each process will be described below with reference to FIGS.

図3は、初期化処理の詳細な処理手順を示す。この初期化処理は、図2の画像解析処理がステップSP1の初期化処理に移行したことを契機として実行される。   FIG. 3 shows a detailed processing procedure of the initialization process. This initialization process is executed when the image analysis process of FIG. 2 shifts to the initialization process of step SP1.

まず初期化処理部151は、入力部12を介してCMCの研磨断面画像を入力する(SP11)。次いで初期化処理部151は、入力したCMCの研磨断面画像に対して、ユーザから指定された範囲のマスクを適用してマスク処理を実行し、研磨断面画像とマスクの範囲との積集合を計算領域として抽出する(SP12)。   First, the initialization processing unit 151 inputs a polished cross-sectional image of CMC via the input unit 12 (SP11). Next, the initialization processing unit 151 applies a mask in a range specified by the user to the input CMC polished cross-sectional image, executes mask processing, and calculates a product set of the polished cross-sectional image and the mask range. Extract as a region (SP12).

このとき初期化処理部151は、ステップSP12において抽出した計算領域が示される画像を計算領域抽出画像として作成する。次いで初期化処理部151は、入力部12を介して、マトリクスの輝度値、ボイドの輝度値、繊維の最小半径及び最大半径の情報をユーザ指定パラメータとして入力する(SP13)。   At this time, the initialization processing unit 151 creates an image showing the calculation area extracted in step SP12 as a calculation area extraction image. Next, the initialization processing unit 151 inputs the matrix luminance value, void luminance value, and information on the minimum and maximum radius of the fiber as user-specified parameters via the input unit 12 (SP13).

そして初期化処理部151は、計算領域抽出画像に対して、ステップSP13で取得したユーザ指定パラメータのうちのマトリクスの輝度値及びボイドの輝度値に基づいて、明らかにマトリクス及びボイドであると判別可能な領域を除外して繊維候補領域を抽出し(SP14)、この初期化処理を終了する。   The initialization processing unit 151 can clearly determine that the calculation region extraction image is a matrix and a void based on the matrix luminance value and the void luminance value among the user-specified parameters acquired in step SP13. The candidate fiber region is extracted by excluding the region (SP14), and the initialization process is terminated.

このとき初期化処理部151は、ステップSP14において抽出した繊維候補領域が示される画像を繊維候補領域抽出画像として作成する。   At this time, the initialization processing unit 151 creates an image showing the fiber candidate region extracted in step SP14 as a fiber candidate region extracted image.

図4は、エッジ探索処理の詳細な処理手順を示す。このエッジ探索処理は、図2の画像解析処理がステップSP2のエッジ探索処理に移行したことを契機として実行される。   FIG. 4 shows a detailed processing procedure of the edge search processing. This edge search process is executed when the image analysis process of FIG. 2 shifts to the edge search process of step SP2.

まずエッジ探索処理部152は、初期化処理において作成した計算領域抽出画像に対してソベルフィルタを用いた輪郭抽出処理を実行し、計算領域抽出画像におけるボイドの輪郭を抽出する(SP21)。   First, the edge search processing unit 152 performs a contour extraction process using a Sobel filter on the calculation region extraction image created in the initialization process, and extracts a void contour in the calculation region extraction image (SP21).

このときエッジ探索処理部152は、ステップSP21において抽出したボイドの輪郭が示される画像をボイド輪郭抽出画像として作成する。次いでエッジ探索処理部152は、ボイド輪郭抽出画像に対して、K−means法の一種であるISODATA法を用いた自動閾値処理を実行し(SP22)、再度ソベルフィルタを用いた輪郭抽出処理を実行して、繊維の輪郭を抽出する(SP23)。   At this time, the edge search processing unit 152 creates an image showing the void outline extracted in step SP21 as a void outline extracted image. Next, the edge search processing unit 152 executes automatic threshold processing using the ISODATA method, which is a kind of K-means method, on the void contour extraction image (SP22), and again executes contour extraction processing using a Sobel filter. Then, the outline of the fiber is extracted (SP23).

このときエッジ探索処理部152は、ステップSP23において抽出した繊維の輪郭が示される画像を繊維輪郭抽出画像として作成する。最後にエッジ探索処理部152は、抽出した繊維の輪郭について細線化処理を実行して(SP24)、このエッジ探索処理を終了する。   At this time, the edge search processing unit 152 creates an image showing the fiber contour extracted in step SP23 as a fiber contour extracted image. Finally, the edge search processing unit 152 executes thinning processing on the extracted fiber contour (SP24), and ends the edge search processing.

このときエッジ探索処理部152は、ステップSP24において細線化した繊維の輪郭を計算領域抽出画像に重ね合わせて繊維輪郭細線化画像を作成する。   At this time, the edge search processing unit 152 creates a fiber contour thinned image by superimposing the fiber contour thinned in step SP24 on the calculation region extraction image.

図5は、繊維領域決定処理の詳細な処理手順を示す。この繊維領域決定処理は、図2の画像解析処理がステップSP3の繊維領域決定処理に移行したことを契機として実行される。   FIG. 5 shows a detailed processing procedure of the fiber region determination processing. This fiber region determination process is executed when the image analysis process in FIG. 2 shifts to the fiber region determination process in step SP3.

まず繊維領域決定処理部153は、エッジ探索処理により作成した繊維輪郭細線化画像において、細線化された繊維の輪郭近傍のピクセルを繊維領域の中心候補として探索する(SP31)。次いで繊維領域決定処理部153は、探索した結果得られた中心候補を中心とした仮想的な円を形成し、形成した円の半径をユーザ指定パラメータのうちの繊維の最小半径及び最大半径の情報に基づいて操作する。   First, the fiber region determination processing unit 153 searches for a pixel near the contour of the thinned fiber as a center candidate of the fiber region in the fiber contour thinned image created by the edge search process (SP31). Next, the fiber region determination processing unit 153 forms a virtual circle centered on the center candidate obtained as a result of the search, and sets the radius of the formed circle as information on the minimum and maximum radii of the fibers in the user-specified parameters. Operate based on.

そして繊維領域決定処理部153は、予め用意されているエネルギ関数に基づいて、繊維領域の中心及び半径を推定する(SP32)。   And the fiber area | region determination process part 153 estimates the center and radius of a fiber area | region based on the energy function prepared beforehand (SP32).

ここで、エネルギ関数は、ノイズ率とヒット率との積を評価値とする関数である。ノイズ率は、何れか一の繊維領域について、中心候補が実際に繊維領域の中心であって、かつ、細線化された輪郭のピクセルが中心候補を中心として形成した円の円周上に数多く存在する場合には値が大きくなる。   Here, the energy function is a function having a product of a noise rate and a hit rate as an evaluation value. For any one fiber region, there are many noise ratios on the circumference of a circle in which the center candidate is actually the center of the fiber region and the thinned outline pixel is centered on the center candidate. If you do, the value will increase.

換言すると、何れか一の繊維領域について、繊維領域の中心ではない位置を中心候補とした場合(例えばマトリクス領域内又はボイド領域内のピクセルを中心候補とした場合)或いは繊維領域の中心を中心候補とした場合であっても、半径を操作して形成される円が繊維領域よりも小さい又は大きい場合にはノイズ率の値は小さくなる。   In other words, for any one of the fiber regions, a position that is not the center of the fiber region is set as a center candidate (for example, a pixel in a matrix region or a void region is set as a center candidate), or the center of the fiber region is set as a center candidate. Even when the circle is formed by manipulating the radius, if the circle formed is smaller or larger than the fiber region, the value of the noise ratio becomes smaller.

またヒット率は、何れか一の繊維領域について、細線化された輪郭のピクセルが中心候補を中心として形成した円の円周上に数多く存在し、かつ、形成した円の円周の長さが短い程値が大きくなる。換言すると、何れか一の繊維領域について、中心候補を中心として複数の円を形成したときに形成した円の円周上に存在する細線化された輪郭のピクセルが同程度の数である場合には円周の長さが短い円の方がヒット率の値は大きくなる。   In addition, for any one of the fiber regions, the hit rate has a large number of thin outline pixels on the circumference of the circle formed around the center candidate, and the length of the circumference of the formed circle is The shorter the value, the larger the value. In other words, for any one of the fiber regions, when the number of thin outline pixels existing on the circumference of the circle formed when a plurality of circles are formed around the center candidate is the same number The circle with the shorter circumference has a higher hit rate value.

エネルギ関数をR、ノイズ率をRn、ヒット率をRhとし、繊維輪郭細線化画像において、中心候補を中心とした円の半径を操作して形成される円の円周上に含まれる細線化された輪郭のピクセル数をNon、円内部に含まれる細線化された輪郭のピクセル数をNin、円周の長さをLonとした場合、エネルギ関数Rを下記式(1)に示す。   The energy function is R, the noise rate is Rn, the hit rate is Rh, and in the fiber contour thinned image, the thinning is included on the circumference of the circle formed by manipulating the radius of the circle centered on the center candidate. The energy function R is expressed by the following equation (1), where Non is the number of pixels of the contour, Nin is the number of pixels of the thinned outline contained in the circle, and Lon is the circumference length.

そして繊維領域決定処理部153は、推定した繊維領域の中心及び半径に基づいて繊維領域を決定し(SP33)、繊維領域決定処理を終了する。   The fiber region determination processing unit 153 determines a fiber region based on the estimated center and radius of the fiber region (SP33), and ends the fiber region determination process.

なおこのとき繊維領域決定処理部153は、ステップSP33において決定した繊維領域を示す画像を繊維領域抽出画像として作成する。   At this time, the fiber region determination processing unit 153 creates an image indicating the fiber region determined in step SP33 as a fiber region extraction image.

図6は、終了判定処理の詳細な処理手順を示す。この終了判定処理は、図2の画像解析処理がステップSP4の終了判定処理に移行したことを契機として実行される。   FIG. 6 shows a detailed processing procedure of the end determination processing. This end determination process is executed when the image analysis process in FIG. 2 shifts to the end determination process in step SP4.

まず終了判定処理部154は、ステップSP1において作成された繊維候補領域抽出画像からステップSP3において決定した繊維領域を除算する(SP41)。このとき終了判定処理部154は、ステップSP41において繊維領域を除算した後の画像を除算後繊維候補抽出画像として作成する。   First, the end determination processing unit 154 divides the fiber region determined in step SP3 from the fiber candidate region extraction image created in step SP1 (SP41). At this time, the end determination processing unit 154 creates an image after dividing the fiber region in step SP41 as a post-division fiber candidate extraction image.

次いで終了判定処理部154は、除算後繊維候補抽出画像と除算前の画像(除算前画像と呼ぶ)とを比較して(SP42)、差異があるか否かを判断する(SP43)。なお差異があるか否かの判断に際して終了判定処理部154は、除算後繊維候補抽出画像に対してダイクストラ法を用いた距離変換処理を実行し、距離変換画像を作成する。   Next, the end determination processing unit 154 compares the post-division fiber candidate extraction image with the pre-division image (referred to as pre-division image) (SP42), and determines whether there is a difference (SP43). When determining whether or not there is a difference, the end determination processing unit 154 performs distance conversion processing using the Dijkstra method on the post-division fiber candidate extraction image, and creates a distance conversion image.

そして終了判定処理部154は、作成した距離変換画像において、距離値が予め定められた閾値以上の領域があるか否かを判断し、閾値以上の領域がある場合には差異があると判断し、ない場合には差異がないものと判断する。閾値には、例えばステップSP1においてユーザ指定パラメータとして入力される繊維の最小半径を設定することができる。この場合、距離値が閾値以上(最小半径以上)の領域には、少なくとも最小半径の繊維が含まれる可能性があると判断することができる。   Then, the end determination processing unit 154 determines whether or not there is an area where the distance value is equal to or greater than a predetermined threshold in the created distance conversion image. If not, it is determined that there is no difference. As the threshold value, for example, the minimum fiber radius input as a user-specified parameter in step SP1 can be set. In this case, it can be determined that there is a possibility that at least the fiber having the minimum radius is included in the region where the distance value is equal to or greater than the threshold value (more than the minimum radius).

次いで終了判定処理部154は、差異がある場合には(SP43:Y)、距離変換画像を新たな繊維候補領域抽出画像とし(SP44)、新たな繊維候補領域抽出画像に対して再度エッジ探索処理及び繊維領域決定処理を実行するべくステップSP2に移行する。なお距離変換画像は、繊維領域を包含する領域を含む画像である。これに対し終了判定処理部154は、差異がない場合(SP43:N)、この終了判定処理を終了する。   Next, when there is a difference (SP43: Y), the end determination processing unit 154 sets the distance conversion image as a new fiber candidate region extraction image (SP44), and performs edge search processing again on the new fiber candidate region extraction image. And it transfers to step SP2 in order to perform a fiber area | region determination process. The distance conversion image is an image including a region including a fiber region. In contrast, if there is no difference (SP43: N), the end determination processing unit 154 ends this end determination processing.

図7は、最適化処理の詳細な処理手順を示す。この最適化処理は、図2の画像解析処理がステップSP5の最適化処理に移行したことを契機として実行される。   FIG. 7 shows a detailed processing procedure of the optimization processing. This optimization process is executed when the image analysis process of FIG. 2 shifts to the optimization process of step SP5.

まず最適化処理部155は、ステップSP3において決定された繊維領域について和集合を計算する(SP51)。次いで最適化処理部155は、隣接する繊維同士の幾何学的制約に基づいてエラー判定を実行する(SP52)。   First, the optimization processing unit 155 calculates a union for the fiber region determined in step SP3 (SP51). Next, the optimization processing unit 155 performs error determination based on the geometric constraints between adjacent fibers (SP52).

例えば最適化処理部155は、隣接する繊維の中心間の距離は、少なくとも互いの半径を合算した距離よりも大きいという幾何学的制約に基づいて、抽出した和集合のうち隣接する繊維の中心間の距離が互いの半径を合算した距離以下である箇所を検出してエラーと判定する。このとき最適化処理部155は、エラー箇所を示す画像をエラー箇所抽出画像として作成する。   For example, the optimization processing unit 155 determines that the distance between the centers of adjacent fibers in the extracted union is based on the geometric constraint that the distance between the centers of adjacent fibers is at least larger than the sum of the radii of each other. A location where the distance is equal to or less than the sum of the radii of each other is detected and determined as an error. At this time, the optimization processing unit 155 creates an image indicating the error location as an error location extraction image.

次いで最適化処理部155は、エラー箇所を含む繊維領域及びその近傍の領域に対して再度エッジ探索処理、繊維領域決定処理及び終了判定処理を1回だけ実行して(SP53)、この最適化処理を終了する。   Next, the optimization processing unit 155 executes the edge search processing, the fiber region determination processing, and the end determination processing only once again for the fiber region including the error portion and the adjacent region (SP53), and this optimization processing is performed. Exit.

(4)各画像
図8〜図12は、上述した図3〜図7における初期化処理、エッジ探索処理、繊維領域決定処理、終了処理及び最適化処理により作成される各画像の具体例を示す。以下図8〜図12を参照して、各画像について説明する。なお図8〜図12の各画像は、例えば表示部14により表示画面に表示される。
(4) Each image FIGS. 8-12 shows the specific example of each image produced by the initialization process in FIG. 3-7 mentioned above, an edge search process, a fiber area | region determination process, an end process, and an optimization process. . Hereinafter, each image will be described with reference to FIGS. 8 to 12 are displayed on the display screen by the display unit 14, for example.

図8は、初期化処理により作成される画像を示す。
研磨断面画像G1は、CMCの断面を研磨して得られる画像であり、入力部12を介して画像記憶部13に記憶される。なお以下で説明する各画像についても画像記憶部13に記憶される。研磨断面画像G1は、主として繊維領域R1、マトリクス領域R2及びボイド領域R3から構成される。
FIG. 8 shows an image created by the initialization process.
The polished cross-sectional image G1 is an image obtained by polishing a cross section of the CMC, and is stored in the image storage unit 13 via the input unit 12. Each image described below is also stored in the image storage unit 13. The polished cross-sectional image G1 mainly includes a fiber region R1, a matrix region R2, and a void region R3.

マスク画像G2は、ユーザから指定された範囲のマスクが適用されてマスク処理が実行された画像である。計算領域抽出画像G3は、研磨断面画像G1とマスク画像G2との積集合の画像であり、初期化処理以降の計算対象となる画像である。繊維候補領域抽出画像G4は、入力部12を介して入力されたマトリクス及びボイドの輝度値に基づいて、マトリクス領域R2及びボイド領域R3がおおまかに除外された後の画像である。   The mask image G2 is an image that has been subjected to mask processing by applying a mask in a range specified by the user. The calculation region extraction image G3 is an image of a product set of the polished cross-sectional image G1 and the mask image G2, and is an image to be calculated after the initialization process. The fiber candidate region extraction image G4 is an image after the matrix region R2 and the void region R3 are roughly excluded based on the matrix and void luminance values input via the input unit 12.

図9は、エッジ探索処理により作成される画像を示す。
ボイド輪郭抽出画像G5は、計算領域抽出画像G3に対して輪郭抽出処理を実行した後の画像であり、ボイドの輪郭E1の輝度値が高く白色に表示される画像である。繊維輪郭抽出画像G6は、ボイド輪郭抽出画像G5に対して自動閾値処理及び再度の輪郭抽出処理を実行した後の画像であり、繊維の輪郭E2の輝度値が高く白色に表示される画像である。繊維輪郭細線化画像G7は、繊維輪郭抽出画像G6における繊維の輪郭E2について細線化処理を実行し、細線化された輪郭E3を計算領域抽出画像G3に重ね合わせた画像である。
FIG. 9 shows an image created by the edge search process.
The void outline extraction image G5 is an image after the outline extraction process is performed on the calculation area extraction image G3, and is an image that has a high brightness value of the void outline E1 and is displayed in white. The fiber contour extraction image G6 is an image after the automatic threshold value processing and the contour extraction processing are performed again on the void contour extraction image G5, and is an image in which the brightness value of the fiber contour E2 is high and displayed in white. . The fiber contour thinned image G7 is an image obtained by executing the thinning process on the fiber contour E2 in the fiber contour extracted image G6 and superimposing the thinned contour E3 on the calculation region extracted image G3.

図10は、繊維領域決定処理により作成される画像を示す。
繊維領域抽出画像G8は、繊維輪郭細線化画像G7における繊維の輪郭E3及び予め用意されたエネルギ関数Rに基づいて、繊維輪郭細線化画像G7における繊維の中心及び半径を推定し、推定した繊維の中心C1と、中心C1及び半径r1により形成される円の円周とを計算領域抽出画像G3に重ね合わせた画像である。円周で囲まれた領域が抽出された繊維領域となる。
FIG. 10 shows an image created by the fiber region determination process.
The fiber region extraction image G8 estimates the center and radius of the fiber in the fiber contour thinned image G7 based on the fiber contour E3 in the fiber contour thinned image G7 and the energy function R prepared in advance. This is an image in which the center C1 and the circumference of the circle formed by the center C1 and the radius r1 are superimposed on the calculation region extraction image G3. The region surrounded by the circumference is the extracted fiber region.

図11は、終了判定処理により作成される画像を示す。
除算後繊維候補抽出画像G9は、繊維候補領域抽出画像G4から繊維領域抽出画像G8を除算した後の画像である。距離変換画像G10は、除算後繊維候補抽出画像G9に対して距離変換処理を実行した後の画像である。繊維領域再抽出画像G11は、距離変換画像G10において距離が閾値以上である領域について再度エッジ探索処理、繊維領域決定処理を実行した後の画像である。
FIG. 11 shows an image created by the end determination process.
The post-division fiber candidate extraction image G9 is an image after the fiber region extraction image G8 is divided from the fiber candidate region extraction image G4. The distance conversion image G10 is an image after the distance conversion processing is performed on the post-division fiber candidate extraction image G9. The fiber region re-extracted image G11 is an image after the edge search process and the fiber region determination process are performed again for a region whose distance is equal to or greater than the threshold in the distance conversion image G10.

図12は、最適化処理により作成される画像を示す。
エラー箇所抽出画像G12は、エラー箇所ER1を示す画像である。エラー箇所抽出画像G12におけるエラー箇所ER1は、隣接する繊維領域の一部又は全部が重複している箇所となる。
FIG. 12 shows an image created by the optimization process.
The error location extraction image G12 is an image showing the error location ER1. The error location ER1 in the error location extraction image G12 is a location where some or all of the adjacent fiber regions overlap.

(5)本実施の形態による効果
以上のように本実施の形態における画像解析装置及びプログラムによれば、CMCの研磨断面画像に含まれる繊維の形状が円形であるという形状的特徴を利用して、研磨断面画像から繊維領域を自動抽出するようにしたので、抽出した繊維領域から繊維面積率を算出し、算出した繊維面積率から繊維体積率を容易に算出することができる。よって繊維体積率の算出にかかる時間を大幅に削減することができるとともに、観察者ごとに算出される繊維体積率にばらつきが生じることを防止することができる。
(5) Effect by this Embodiment As described above, according to the image analysis apparatus and program in this embodiment, the shape feature that the shape of the fiber included in the polished cross-sectional image of CMC is circular is utilized. Since the fiber region is automatically extracted from the polished cross-sectional image, the fiber area ratio can be calculated from the extracted fiber region, and the fiber volume ratio can be easily calculated from the calculated fiber area ratio. Therefore, it is possible to greatly reduce the time required for calculating the fiber volume ratio and to prevent the fiber volume ratio calculated for each observer from being varied.

(6)他の実施の形態
上述してきた本実施の形態においては、最適化処理(図2:SP5)により隣接する繊維領域の一部又は全部が重複しているエラー箇所が検出された場合、エラー箇所及びその近傍領域に対して、エッジ探索処理、繊維領域決定処理及び終了判定処理(図2:SP2〜SP4)を1回だけ再度実行するとしたが、必ずしもこれに限らず、例えばエラー箇所が検出されなくなるまで複数回実行するとしてもよい。
(6) Other Embodiments In the present embodiment described above, when an error location where a part or all of adjacent fiber regions overlap is detected by the optimization process (FIG. 2: SP5), The edge search process, the fiber area determination process, and the end determination process (FIG. 2: SP2 to SP4) are executed once again for the error part and its vicinity area. It may be executed a plurality of times until it is not detected.

また最適化処理部155は、隣接する繊維領域の一部又は全部が重複している場合において、重複している範囲が予め定められた許容範囲内であるか否かを判断し、許容範囲内の繊維領域を計算領域抽出画像G3から除算して、新たな計算領域抽出画像(例えば計算領域抽出画像G3’)を作成し、この計算領域抽出画像G3’に対して、再度エッジ探索処理、繊維領域決定処理及び終了判定処理を実行するとしてもよい。そして計算領域抽出画像G3及び新たな計算領域抽出画像G3’から得られた繊維領域の和集合を計算して、最終的な繊維領域を抽出するとしてもよい。   Further, the optimization processing unit 155 determines whether or not the overlapping range is within a predetermined allowable range when part or all of the adjacent fiber regions are overlapped. Is divided from the calculation area extraction image G3 to create a new calculation area extraction image (for example, the calculation area extraction image G3 ′). The area determination process and the end determination process may be executed. Then, the final fiber region may be extracted by calculating the union of the fiber regions obtained from the calculation region extraction image G3 and the new calculation region extraction image G3 '.

なお許容範囲は、隣接する繊維領域の中心間の距離は互いの半径を合算した距離よりも大きいという上述した幾何学的制約を考慮することに加えて、繊維領域の中心として推定した中心画素内の領域にも幅があり実際の繊維の中心は中心画素内の何れかであること及び半径も実際は画素の整数値以外の自由な値を取り得ることを考慮して定めるとしてもよい。   The allowable range is within the center pixel estimated as the center of the fiber region, in addition to considering the above geometric constraint that the distance between the centers of adjacent fiber regions is larger than the sum of the radii of each other. This area may also be determined in consideration of the fact that the center of the actual fiber is located in the center pixel and that the radius can actually take a free value other than the integer value of the pixel.

以上のように他の実施の形態によれば、実際は繊維同士が重複していない場合であっても重複しているとエラー判定されてしまう場合(またその逆の場合)を考慮して許容範囲を設定し、重複している場合であっても許容範囲内であれば再計算の対象から除外するようにしたので、最終的に抽出される繊維領域の精度を向上させることができる。   As described above, according to another embodiment, even if the fibers do not overlap with each other, an allowable range is considered in consideration of a case where an error is determined as overlapping (and vice versa). Even if they are overlapped, if they are within the allowable range, they are excluded from recalculation targets, so that the accuracy of the finally extracted fiber region can be improved.

1 画像解析装置
11 CPU
12 入力部
13 画像記憶部
14 表示部
15 メモリ
151 初期化処理部
152 エッジ探索処理部
153 繊維領域決定処理部
154 終了判定処理部
155 最適化処理部
1 Image analysis device 11 CPU
12 Input unit 13 Image storage unit 14 Display unit 15 Memory 151 Initialization processing unit 152 Edge search processing unit 153 Fiber region determination processing unit 154 End determination processing unit 155 Optimization processing unit

Claims (10)

繊維強化複合材料の研磨断面画像を解析する画像解析装置において、
前記研磨断面画像を入力する入力部と、
前記入力した研磨断面画像から計算領域を抽出する初期化処理部と、
前記抽出した計算領域に含まれる繊維の輪郭を探索するエッジ探索処理部と、
前記探索した繊維の輪郭が円形であることを利用したエネルギ関数に基づいて、前記繊維の中心及び半径を推定するとともに推定した前記繊維の中心及び半径により形成される円の内部の領域を繊維領域として決定する繊維領域決定処理部と
を備えることを特徴とする画像解析装置。
In an image analysis device that analyzes a polished cross-sectional image of a fiber-reinforced composite material,
An input unit for inputting the polished cross-sectional image;
An initialization processing unit for extracting a calculation region from the input polished cross-sectional image;
An edge search processing unit for searching for an outline of a fiber included in the extracted calculation region;
Based on the energy function that utilizes the circular shape of the searched fiber, the center and radius of the fiber are estimated, and the area inside the circle formed by the estimated center and radius of the fiber is a fiber region. An image analysis apparatus comprising: a fiber region determination processing unit determined as
前記エネルギ関数は、
前記繊維を包含する仮想的な円を形成したとき、前記仮想的な円の円周上に前記繊維の輪郭を示す画素が数多く存在するほど評価値が大きくなり、前記仮想的な円の内部に前記繊維の輪郭を示す画素が数多く存在するほど評価値が小さくなり、かつ、前記仮想的な円の円周の長さが長くなるほど評価値が小さくなる関数であり、
前記繊維領域決定処理部は、
前記繊維について前記仮想的な円の中心及び半径を操作して複数の仮想的な円を形成し、前記複数の仮想的な円のうち、前記エネルギ関数を計算して得られる評価値が最大となる円の中心及び半径を前記繊維の中心及び半径と推定する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像解析装置。
The energy function is
When a virtual circle including the fiber is formed, the evaluation value increases as the number of pixels indicating the outline of the fiber on the circumference of the virtual circle increases. The evaluation value decreases as there are many pixels indicating the outline of the fiber, and the evaluation value decreases as the circumference of the virtual circle increases.
The fiber region determination processing unit,
A plurality of virtual circles are formed by manipulating the center and radius of the virtual circle for the fiber, and the evaluation value obtained by calculating the energy function is the maximum among the plurality of virtual circles. The image analysis apparatus according to claim 1, wherein the center and radius of the circle are estimated as the center and radius of the fiber.
前記入力部は、
前記繊維の最小半径及び最大半径の情報を含むユーザ指定パラメータを入力し、
前記繊維領域決定処理部は、
前記ユーザ指定パラメータに基づいて、前記繊維の最小半径及び最大半径の範囲で前記仮想的な円の半径を操作する
ことを特徴とする請求項2に記載の画像解析装置。
The input unit is
Enter user specified parameters including information on minimum and maximum radii of the fibers,
The fiber region determination processing unit,
The image analysis apparatus according to claim 2, wherein a radius of the virtual circle is manipulated within a range of a minimum radius and a maximum radius of the fiber based on the user-specified parameter.
前記計算領域に含まれる繊維のうち、前記繊維領域決定処理部により前記繊維領域が決定されていない繊維が存在する場合、前記繊維領域が決定されていない繊維を包含する領域に対して、前記エッジ探索処理部及び前記繊維領域決定処理部による処理を再度実行することを決定する終了判定処理部を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の画像解析装置。
Among the fibers included in the calculation region, when there is a fiber for which the fiber region is not determined by the fiber region determination processing unit, the edge for a region including a fiber for which the fiber region is not determined The image analysis apparatus according to claim 1, further comprising: an end determination processing unit that determines to execute the processing by the search processing unit and the fiber region determination processing unit again.
前記入力部は、
マトリクスの輝度値及びボイドの輝度値の情報を含むユーザ指定パラメータを入力し、
前記初期化処理部は、
前記ユーザ指定パラメータに基づいて、前記計算領域からマトリクスを示すマトリクス領域及びボイドを示すボイド領域を除算して繊維候補領域を抽出し、
前記終了判定処理部は、
前記繊維候補領域から前記繊維領域決定処理部により決定された前記繊維領域を除算して除算後繊維候補領域を抽出し、前記除算後繊維候補領域に対して距離変換処理を実行し、距離変換処理を実行した後の画像に含まれる画素のうち、距離値が予め定められた閾値以上である画素が存在する場合、前記計算領域に含まれる繊維のうち、前記繊維領域決定処理部により前記繊維領域が決定されていない繊維が存在すると判断する
ことを特徴とする請求項4に記載の画像解析装置。
The input unit is
Enter user-specified parameters including information on matrix luminance values and void luminance values,
The initialization processing unit
Based on the user-specified parameter, a fiber region is extracted by dividing a matrix region indicating a matrix and a void region indicating a void from the calculation region,
The termination determination processing unit
Dividing the fiber region determined by the fiber region determination processing unit from the fiber candidate region to extract a post-division fiber candidate region, performing a distance conversion process on the post-division fiber candidate region, and a distance conversion process When there is a pixel whose distance value is equal to or greater than a predetermined threshold among the pixels included in the image after performing the above, the fiber region determination processing unit out of the fibers included in the calculation region The image analysis apparatus according to claim 4, wherein it is determined that there is a fiber for which no determination has been made.
隣接する繊維同士の幾何学的制約に基づいて、前記繊維領域決定処理部により決定された前記繊維領域の一部又は全部が重複している箇所が存在する場合、重複している箇所をエラー箇所として検出する最適化処理部を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の画像解析装置。
Based on the geometric constraints between adjacent fibers, if there is a place where a part or all of the fiber region determined by the fiber region determination processing unit is overlapped, the overlapping part is indicated as an error part. The image analysis apparatus according to claim 1, further comprising: an optimization processing unit that detects as the image processing unit.
前記最適化処理部は、
前記エラー箇所を包含する領域に対して、前記エッジ探索処理部及び前記繊維領域決定処理部による処理を再度実行することを決定する
ことを特徴とする請求項6に記載の画像解析装置。
The optimization processing unit includes:
The image analysis apparatus according to claim 6, wherein it is determined to execute again the processing by the edge search processing unit and the fiber region determination processing unit for a region including the error part.
前記繊維領域決定処理部により決定された前記繊維領域に基づいて、前記研磨断面画像に含まれる単位面積当たりの繊維面積の割合を算出し、算出した繊維面積の割合に基づいて、前記繊維強化複合材料に含まれる単位体積当たりの繊維体積の割合を繊維体積率として算出するプロセッサ
を備えることを特徴とする請求項1に記載の画像解析装置。
Based on the fiber region determined by the fiber region determination processing unit, the ratio of the fiber area per unit area included in the polished cross-sectional image is calculated, and based on the calculated ratio of the fiber area, the fiber reinforced composite The image analysis apparatus according to claim 1, further comprising: a processor that calculates a fiber volume ratio as a fiber volume ratio per unit volume contained in the material.
繊維強化複合材料の研磨断面画像を解析する画像解析装置のプログラムにおいて、
コンピュータに、
前記研磨断面画像を入力する第1のステップと、
前記入力した研磨断面画像から計算領域を抽出する第2のステップと、
前記抽出した計算領域に含まれる繊維の輪郭を探索する第3のステップと、
前記探索した繊維の輪郭が円形であることを利用したエネルギ関数に基づいて、前記繊維の中心及び半径を推定するとともに推定した前記繊維の中心及び半径により形成される円の内部の領域を繊維領域として決定する第4のステップと
を実行させるためのプログラム。
In the program of the image analysis device that analyzes the polished cross-sectional image of the fiber reinforced composite material,
On the computer,
A first step of inputting the polished cross-sectional image;
A second step of extracting a calculation region from the inputted polished cross-sectional image;
A third step of searching for an outline of a fiber included in the extracted calculation region;
Based on the energy function that utilizes the circular shape of the searched fiber, the center and radius of the fiber are estimated, and the area inside the circle formed by the estimated center and radius of the fiber is a fiber region. A program for executing the fourth step determined as follows.
前記コンピュータに、
前記計算領域に含まれる繊維のうち、前記第4のステップにより前記繊維領域が決定されていない繊維が存在する場合、前記繊維領域が決定されていない繊維を包含する領域に対して、前記第3のステップ及び前記第4のステップによる処理を再度実行することを決定する第5のステップと、
隣接する繊維同士の幾何学的制約に基づいて、前記第4のステップにより決定された前記繊維領域の一部又は全部が重複している箇所が存在する場合、重複している箇所をエラー箇所として検出する第6のステップと、
前記第4のステップにより決定された前記繊維領域に基づいて、前記研磨断面画像に含まれる単位面積当たりの繊維面積の割合を算出し、算出した単位面積の割合に基づいて、前記繊維強化複合材料に含まれる単位体積当たりの繊維体積の割合を繊維体積率として算出する第7のステップと
を実行させるための請求項9に記載のプログラム。
In the computer,
Among the fibers included in the calculation region, when there is a fiber for which the fiber region is not determined by the fourth step, the third region is compared with a region including a fiber for which the fiber region is not determined. And a fifth step for deciding to re-execute the process of step 4 and the fourth step;
Based on geometric constraints between adjacent fibers, if there is a place where a part or all of the fiber region determined by the fourth step is duplicated, the duplicated part is designated as an error part. A sixth step of detecting;
Based on the fiber region determined in the fourth step, the ratio of the fiber area per unit area included in the polished cross-sectional image is calculated, and based on the calculated ratio of the unit area, the fiber-reinforced composite material The program of Claim 9 for performing the 7th step of calculating the ratio of the fiber volume per unit volume contained in as a fiber volume ratio.
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