[發(fā)明專利]一種多相材料連續(xù)剖面圖像獲取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810059980.0
• 申請日: 2018-01-22
• 公開（公告）號: CN108387524B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范宏;劉樹明;趙鐵軍;張鵬;金祖權(quán)
• 申請（專利權(quán)）人: 青島理工大學(xué)
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N1/28;B24B7/10;B24B41/00;B24B41/06;B24B55/00;B24B55/06
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所(普通合伙) 37104
• 代理人: 白瑩;于正河

本發(fā)明屬于多相材料剖面圖像獲取技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多相材料連續(xù)剖面圖像獲取方法，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的脆性材料剖面磨削箱室配合磨削刀具對多相材料試件進(jìn)行固定間距的逐層干磨，拍攝多相材料試件的連續(xù)剖面圖像，進(jìn)而利用圖像處理軟件對多相材料試件連續(xù)剖面圖像進(jìn)行配準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)化處理和預(yù)處理操作獲取標(biāo)準(zhǔn)可用的多相材料試件連續(xù)剖面圖像，在連續(xù)剖面圖像獲取時(shí)考慮了剖面圖像在Z軸方向的對準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了較小層間距和較高校準(zhǔn)度的連續(xù)剖面圖像的獲取，具備“模擬CT”圖像的特點(diǎn)，獲得的真彩色圖像克服了CT掃描的灰度圖像信息量丟失的缺點(diǎn)；其圖像獲取的方式簡單、快捷，圖像獲取成本低，獲取的圖像信息量完整，便于應(yīng)用推廣。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于多相材料剖面圖像獲取技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多相材料連續(xù)剖面圖像獲取方法，能夠快速準(zhǔn)確的獲取多相材料小間距連續(xù)剖面圖像。

背景技術(shù)：

多相材料是指不同質(zhì)物質(zhì)共同“復(fù)合”成一種材料，該材料因?yàn)椴煌|(zhì)而具有相界面，主要有固-固、固-液、液-液、氣-固、氣-液等相界面，各種材料在性能上互相取長補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使材料的綜合性能優(yōu)化而滿足各種不同的使用要求，多相復(fù)合材料由連續(xù)相的基體和被基體包容的相增強(qiáng)體組成；多相材料是土木工程領(lǐng)域應(yīng)用的主要材料之一，多相材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)研究是熱門的研究課題，一般情況下人們無法通過常規(guī)的方法了解到結(jié)構(gòu)的內(nèi)部三維信息，對三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行斷層切片，通過對切片的觀察能夠推斷三維結(jié)構(gòu)信息，所以，通過對多相材料的剖面圖像進(jìn)行分析是研究多相材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要途徑，提取剖面圖像中各相組成部分及界面并進(jìn)行研究，通過試件連續(xù)二維剖面圖像建立三維結(jié)構(gòu)模型成為重要的研究方向，三維模型的建立與分析為研究多相材料的結(jié)構(gòu)與性能提供基礎(chǔ)。

CT掃描技術(shù)是實(shí)現(xiàn)多相材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)識別的主要手段，CT及電子計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)，CT掃描的原理是利用精確準(zhǔn)直的X射線、γ射線或超聲波等，結(jié)合靈敏度極高的探測器圍繞掃描對象進(jìn)行斷層掃描，探測器接收X射線衰減后的信息，X射線的衰減遵循方程式：I＝I₀exp(-μ_mρλ)，其中，I為X射線穿過掃描對象后的光強(qiáng)；I0為X射線穿過掃描對象前的光強(qiáng)；μ_m為掃描對象單位質(zhì)量的吸收系數(shù)(cm²/g)；ρ為掃描對象的密度；λ為入射X射線的波長；探測器接收到衰減信息后將其轉(zhuǎn)換為可見光信號，可見光信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號，電信號被數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為數(shù)字信息并存儲于計(jì)算機(jī)內(nèi)，掃描所得的數(shù)字信息經(jīng)計(jì)算獲得每個體素的X射線衰減系數(shù)或吸收系數(shù)后被排列為數(shù)字矩陣，計(jì)算機(jī)將數(shù)字矩陣中的每個數(shù)字轉(zhuǎn)換為由黑到白不等的灰度像素，構(gòu)成CT圖像，CT圖像將選定層面分為若干體素；CT掃描技術(shù)是一種無損檢測技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)在于掃描成像速度快，掃描間距小，最小掃描間距可達(dá)1mm，成像過程中不會破壞掃描對象的結(jié)構(gòu)形態(tài)的；近年來CT掃描技術(shù)被廣泛應(yīng)用到巖石、土壤、瀝青混合料和混凝土材料領(lǐng)域，CT掃描技術(shù)在無損檢測和逆向工程中發(fā)揮了重大的作用。

但是，CT掃描技術(shù)也存在一定的缺陷：CT掃描時(shí)掃描層具有一定的厚度，其內(nèi)部包含不同密度的物質(zhì)，每一像素的CT值僅代表單位體積內(nèi)各物質(zhì)CT值的平均數(shù)，并非真實(shí)值，這種現(xiàn)象被稱為部分容積效應(yīng)；CT掃描圖像實(shí)際是一種以灰度表達(dá)的灰度分布圖像，并非我們看到的真實(shí)色彩圖像，這就導(dǎo)致了大量圖像信息的丟失；對于密度相同或相近的物質(zhì)來說，CT掃描技術(shù)很難對不同的相進(jìn)行區(qū)分，使得多相材料剖面圖像的識別和重建過程受到較大影響；掃描過程產(chǎn)生的噪音和偽影以及掃描分辨率對CT掃描圖像質(zhì)量造成影響從而導(dǎo)致分析結(jié)果數(shù)據(jù)的不精確；另外，CT掃描設(shè)備價(jià)格昂貴，試驗(yàn)成本較高，限制了CT掃描技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。

視覺信息是人們獲取信息的主要來源，信息量可達(dá)70％以上，現(xiàn)階段，相機(jī)成像技術(shù)已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的發(fā)展水平，通過相機(jī)拍照獲得的照片是24位RGB彩色圖像，其RGB分量分別以3個8位為矩陣保存，所以相機(jī)所得圖像能夠包含完整的剖面信息；通過顏色的差別可以很好的進(jìn)行多相材料各相物質(zhì)的輪廓提取和區(qū)分，通過圖像色彩的分辨進(jìn)行色差分析，提取感興趣的區(qū)域進(jìn)行研究，彩色圖像能夠有效的解決CT掃描圖像灰度分辨不準(zhǔn)確的問題。