[發明專利]一種基于分水嶺分割的顯微圖像顆粒粒度測量方法

有效

• 申請號: 201410311363.7
• 申請日: 2014-07-02
• 公開（公告）號: CN104075965A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 李雨洋;王贏元
• 申請（專利權）人: 北京機械設備研究所
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02
• 代理公司: 中國航天科工集團公司專利中心 11024
• 代理人: 岳潔菱

技術領域

????本發明涉及一種顆粒粒度測量方法，特別是一種基于分水嶺分割的顯微圖像顆粒粒度測量方法。

背景技術

顆粒粒度是表征顆粒物理性質的一項重要特征，目前可以采用顯微圖像測量方法實現對顆粒粒度的自動測量。顯微圖像測量方法一般由圖像采集部分、圖像處理部分和圖像測量部分構成，圖像測量部分采用CCD攝像機及配套采集部分獲得所拍攝的原始顯微圖像；圖像處理部分利用處理算法的軟件設計獲取有利于顆粒粒度測量的輪廓信息；圖像測量部分根據顆粒輪廓信息進行顆粒粒度參數的統計和計算。由于顆粒顯微圖像存在邊界模糊不清、噪聲嚴重以及背景復雜等問題，使用現有方法獲取的顆粒輪廓不連續且不單一，顆粒粒度參數測量精度不高。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于分水嶺分割的顯微圖像顆粒粒度測量方法，解決顆粒粒度參數測量精度不高的問題。

一種基于分水嶺分割的顯微圖像顆粒粒度測量方法，其具體步驟為：

第一步?構建基于分水嶺分割的顯微圖像顆粒粒度測量系統

基于分水嶺分割的顯微圖像顆粒粒度測量系統，包括：光學顯微鏡、CCD攝像機、圖像采集卡、圖像預處理模塊、圖像分割模塊和顆粒參數測量模塊；

圖像預處理模塊的功能為：對獲取的原始顯微圖像進行預處理，去除原始顯微圖像的噪聲，強化顆粒的輪廓、邊緣。

圖像分割模塊的功能為：計算預處理后顯微圖像的梯度圖像，通過由梯度圖像構建的數據矩陣計算內部標記符集合和外部標記符集合，獲得分割后顯微圖像。

顆粒參數測量模塊的功能為：計算分割后顯微圖像中顆粒的數目、周長、面積、等效粒徑和圓形度。

圖像采集卡與CDD攝像機通過RS-422接口連接，圖像采集卡與測量計算機通過PCI總線連接；圖像預處理模塊、圖像分割模塊和顆粒參數測量模塊分別置于測量計算機中。

第二步?原始顯微圖像獲取

將顆粒樣本放置于測量平臺上，經光學顯微鏡放大后由CCD攝像機成像。圖像采集卡對CCD攝像機輸出的圖像視頻信號進行采集，經A/D轉換后通過PCI總線將原始顯微圖像存儲于測量計算機中。

第三步?圖像預處理模塊對原始顯微圖像進行平滑處理

圖像預處理模塊接收存儲于測量計算機中的原始顯微圖像，采用滑動窗口為3*3的中值濾波器去除原始顯微圖像中的干擾和噪聲，保留原始顯微圖像中顆粒的輪廓、邊緣信息。

第四步?圖像預處理模塊對平滑后顯微圖像進行二值化處理

圖像預處理模塊利用平滑后顯微圖像水平方向和垂直方向像素的灰度差計算大小為???????????????????????????????????????????????的顯微圖像全局閾值：

????????????????????????（1）

其中：

，

，

。

??????表示顯微圖像水平方向的坐標，表示顯微圖像豎直方向的坐標；

表示顯微圖像像素的灰度值；

表示顯微圖像像素的左方像素的灰度值；

表示顯微圖像像素的右方像素的灰度值；

表示顯微圖像像素的下方像素的灰度值；

表示顯微圖像像素的上方像素的灰度值；

表示顯微圖像像素左方像素與右方像素的灰度差的絕對值；

表示顯微圖像像素下方像素與上方像素的灰度差的絕對值。

由公式（2）得到二值化顯微圖像：

????????????????????（2）

第五步?圖像分割模塊獲得二值化顯微圖像的梯度圖像

圖像分割模塊利用3*3的Sobel掩膜計算二值化顯微圖像的梯度圖像。顯微圖像中像素的梯度為：

????????????????????????????（3）

其中為顯微圖像水平方向的一階導數，為顯微圖像豎直方向的一階導數。

第六步?圖像分割模塊對梯度圖像進行分割

圖像分割模塊把梯度圖像存儲為數據矩陣，數據矩陣中的每個數值為梯度圖像中對應像素的灰度值，計算梯度圖像的極大值，將極大值點作為分水嶺的內部標記符集合。對內部標記符集合進行距離變換后再進行一次分水嶺變換得到分水嶺脊線，將分水嶺脊線作為分水嶺的外部標記符集合。采用最小強制方式對梯度圖像進行修改，由此得到分割后顯微圖像。

第七步?顆粒參數測量模塊對顆粒數目、大小、形狀進行測量