[發明專利]一種自動去除水泥漿體背散射電子圖像制樣缺陷的方法

無效

• 申請號: 201310513980.0
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103593831A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 吳丹琳;袁勇
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06T5/40
• 分類號: G06T5/40;G06T7/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明涉及材料分析領域，尤其涉及一種自動去除水泥漿體背散射電子圖像制樣缺陷的方法。

背景技術

在水泥漿體微觀結構研究中，背散射電子圖像是一種非常有效的微觀測試手段。大量研究表明，用它進行反應進程、界面特征、水化產物的物相組成及其形態與分布、孔結構特征等多項指標的觀測都是卓有成效的。目前，這項技術最主要的應用在于測定水泥漿體中熟料的水化程度。

然而，背散射電子圖像以樣品剖面為觀測對象，因此，所用的樣品需要經過環氧樹脂鑲嵌、不同粒級的砂紙和拋光液的研磨、拋光等多道工序加以處理，制樣過程十分繁瑣。由于水泥漿體是多相、非均質材料，內部還含有為數不少的孔隙，加之水膠比、齡期、輔助膠凝材料的種類及其摻量等多種因素都會影響漿體的硬度以及微觀結構的致密程度，因此，其制樣工藝需要根據樣品特點進行相應調整，不能一成不變。但是，磨拋機的壓力、轉速、研磨時間、研磨介質的用法、用量等諸多因素都會對磨拋效果產生影響，因此，操作人員往往在樣品制備環節耗費了大量時間之后，得到的圖像仍然是帶有一些瑕疵的。其中，比較常見的是在熟料顆粒上存在一些細小的凹坑或者劃痕。

如果用這種帶有制樣缺陷的圖像計算水化程度，會造成計算結果偏高。解決這一問題的傳統做法是，將背散射電子圖像二值化之后，由操作人員借助專業的圖像處理軟件，根據材料學的經驗，人工去除熟料顆粒上殘留的瑕疵。但是，這種做法不僅處理速度慢，而且還會因為操作人員的判斷標準不一致而帶來誤差。

發明內容

本發明的目的是提供一種自動去除水泥漿體背散射電子圖像制樣缺陷的方法，它能夠對水泥漿體背散射電子圖像的二值化結果進行圖像分析，自動識別并去除其中存在的劃痕、點蝕、凹坑等制樣缺陷。采用圖像法計算水泥水化程度時，將該方法納入其中，可以為背散射電子圖像的后期處理節約時間，避免人工操作標準不一致所產生的誤差，而且還可以擺脫圖像修復階段對專業圖像處理軟件的依賴。

本發明提出的自動去除水泥漿體背散射電子圖像制樣缺陷的方法，具體步驟如下：

(1)???圖像讀取：采用Photoshop、Matlab或Visual?C++等軟件，讀取水泥漿體原始背散射電子圖像的有效觀測區域；

(2)???灰度圖像二值化處理：計算出步驟(1)所得有效觀測區域的灰度直方圖，

根據其灰度分布特點，結合原始背散射電子圖像特征，人工設定灰度閾值，對有效觀測區域進行二值化處理，形成黑白圖像，其中白色區域為未水化的水泥熟料顆粒，黑色區域為環氧樹脂、水化產物、孔隙和制樣缺陷等；?

(3)???用濾波方法自動去除制樣缺陷：根據黑白圖像的放大倍數，選擇濾波模板的像素區域，在待處理的黑白圖像中逐點地移動濾波模板，將每一點(x,y)處的取值轉變為濾波模板覆蓋像素區域內所占比例最高的物相，由此去除大面積白色區域中殘留的黑色孤立像素，即熟料中殘留的制樣缺陷，以及大片黑色區域中殘留的白色孤立像素，即通常是灰度圖像二值化時由于灰度閾值設定偏低而產生的熟料噪聲信號；

(4)???計算未水化水泥熟料的面積：對步驟(3)所得的經過濾波后的圖像進行統計分析，計算其中白色區域的像素總數，即為未水化水泥熟料顆粒的總面積。

本發明中，步驟(3)中所述濾波模板的像素區域通常是3×3、5×5或7×7等尺寸的像素區域。

在本發明中，當需要處理的原始背散射電子圖像數量較多時，采用批量處理的方法對多張圖像進行統一處理，進一步提高圖像處理效率。在這種情況下，本發明還可以通過如下技術措施來實現：首先，將全部圖像文件進行規范化命名，然后，按照步驟(1)和(2)將原始灰度圖像逐一轉化為二值化的黑白圖像，最后，循環調用步驟(3)和(4)，自動去除全部圖像的制樣缺陷，同時輸出每張圖像中未水化水泥熟料顆粒面積的計算結果。

與傳統的背散射電子圖像缺陷去除方法相比，本發明具有以下特點：

(1)???去除圖像缺陷的途徑：通過濾波程序，對二值圖像中熟料顆粒上殘存的制樣缺陷進行自動濾波，這可以提高圖像處理速度，并且避免人工操作中因缺陷判斷標準不一致而產生的誤差，此外還可以擺脫對專業圖像處理軟件的依賴；

(2)???批量處理多張圖像：當需要處理的原始背散射電子圖像數量較多時，采用批量處理的方法對多張二值化的黑白圖像進行統一處理，并將未水化熟料顆粒殘核的面積匯總、輸出，這可以顯著提高圖像處理效率。

附圖說明

圖1是實施例1中硅酸鹽水泥水化1d的背散射電子圖像(w/c=0.3，圖像放大倍數為500倍)。