基于TEM納米顆粒的圖像識別

發(fā)布時間：2017-11-03 10:13

本文關(guān)鍵詞：基于TEM納米顆粒的圖像識別

【摘要】：納米科技是20世紀(jì)80年代逐漸發(fā)展起來的新興科學(xué)技術(shù),也是21世紀(jì)科技產(chǎn)業(yè)革命的重要內(nèi)容之一。納米材料顆粒粒度分布是影響材料性能的關(guān)鍵性因素之一,是表征零維納米材料的重要參數(shù)之一。如何檢測和評價納米材料顆粒粒度及其性能成為了零維納米材料制備和應(yīng)用方面要解決的首要問題。透射電子顯微鏡(TEM)就是納米材料表征的重要工具,它可以觀察到在光學(xué)顯微鏡下無法看清的小于0.2um的亞顯微或超微結(jié)構(gòu),目前TEM的分辨率可達(dá)0.1～0.2nnm,可以用于觀察樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu),甚至可以用于觀察僅僅一列原子的結(jié)構(gòu)。本文利用數(shù)字圖像處理相關(guān)知識對近年來顆粒識別技術(shù)相關(guān)的理論和算法做了較為全面的了解和分析,并著重對納米顆粒識別技術(shù)中背景分割、粘連顆粒分割、參數(shù)統(tǒng)計(jì)等三個關(guān)鍵算法做了深入探討和研究。在此基礎(chǔ)上,使用Java程序設(shè)計(jì)語言,在跨平臺的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套具有閾值分割、粘連顆粒分割及對納米顆粒大小、顆粒數(shù)、圓度等參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動統(tǒng)計(jì)的實(shí)用軟件。本文具體工作如下：首先對TEM做了簡單的介紹和分析工作,進(jìn)而更好地了解TEM圖像的特點(diǎn)。結(jié)合TEM圖像的特點(diǎn)通過平滑等圖像預(yù)處理技術(shù)對圖像進(jìn)行初步的處理工作,改善了TEM圖像的質(zhì)量,為納米顆粒圖像的后續(xù)處理及分析工作奠定了基礎(chǔ)。在TEM納米顆粒圖像的顆粒識別中,顆粒與背景的分割是整個識別過程的基礎(chǔ)和難點(diǎn),本文通過對多種背景分割方法進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)對比,結(jié)合TEM納米顆粒圖像的特點(diǎn)采用最大相關(guān)性準(zhǔn)則方法將顆粒與背景進(jìn)行分割,在分割的過程中當(dāng)目標(biāo)像素與背景像素接近時,容易把目標(biāo)分割成背景,造成顆粒內(nèi)部出現(xiàn)孔洞,需要對孔洞進(jìn)行填充。由于TEM納米顆粒圖像的特殊性,總會出現(xiàn)少部分多個顆粒粘連在一起甚至團(tuán)聚的現(xiàn)象,顆粒圖像的粘連顆粒分割是納米顆粒識別系統(tǒng)中的一個難點(diǎn)。本文研究了傳統(tǒng)的分水嶺算法和常見的分水嶺變換算法,比較分析了它們在粘連顆粒分割中的優(yōu)缺點(diǎn),最后采用快速分水嶺變換與區(qū)域融合相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)圖像粘連顆粒的分割,分割效果較好,可以準(zhǔn)確地將粘連的納米顆粒分開來,處理后的圖像能夠更好的實(shí)現(xiàn)顆粒數(shù)目、大小(面積)、周長等統(tǒng)計(jì)。最后是對納米顆粒參數(shù)的統(tǒng)計(jì)工作,本文采用遞推方法對納米顆粒面積、數(shù)目進(jìn)行計(jì)算,對于顆粒的周長則采用鏈?zhǔn)骄幋a的方式。軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)部分是使用Java程序設(shè)計(jì)語言,在跨平臺的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對TEM納米顆粒的識別和顆粒數(shù)目、大小(面積)、圓度等參數(shù)的統(tǒng)計(jì)工作。通過對系統(tǒng)進(jìn)行測試表明：該系統(tǒng)可以完成對TEM納米顆粒圖片的導(dǎo)入,并能夠?qū)崿F(xiàn)TEM納米顆粒識別以及各參數(shù)的統(tǒng)計(jì)工作,基本達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,通過和人工統(tǒng)計(jì)結(jié)果對比,系統(tǒng)測試時整體自動識別誤差為12%。本文所設(shè)計(jì)的納米顆粒圖像識別系統(tǒng),使用方便、識別速度快、準(zhǔn)確率較高,具有較好的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：納米顆粒 平滑 背景分割 分水嶺分割 粒度統(tǒng)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41;TB383.1
【目錄】：

摘要3-5
Abstract5-9
第1章緒論9-14
1.1 課題來源及研究目的意義9
1.2 納米顆粒識別研究現(xiàn)狀9-12
1.2.1 篩析法9
1.2.2 激光粒度法9-10
1.2.3 顆粒沉降法10
1.2.4 比表面積法10-11
1.2.5 喇曼散射法11
1.2.6 X衍射線寬法11
1.2.7 電超聲粒度法11-12
1.2.8 電阻法12
1.2.9 電子顯微法12
1.3 納米顆粒圖像識別主要內(nèi)容12-14
第2章透射電子顯微鏡14-18
2.1 透射電子顯微鏡(TEM)的結(jié)構(gòu)及工作原理14-16
2.1.1 照明系統(tǒng)14-15
2.1.2 成像系統(tǒng)15-16
2.1.3 觀察記錄系統(tǒng)16
2.2 透射電子顯微鏡(TEM)的成像原理16
2.3 透射電子顯微鏡(TEM)的應(yīng)用16-17
2.4 本章小結(jié)17-18
第3章納米顆粒圖像背景分割18-40
3.1 顆粒圖像背景分割現(xiàn)狀18
3.2 圖像預(yù)處理技術(shù)18-22
3.2.1 鄰域平均法18-19
3.2.2 加權(quán)平均值法19-20
3.2.3 選擇式掩膜平滑方法20-22
3.2.4 中值濾波方法22
3.3 納米顆粒圖像背景分割(二值化處理)22-38
3.3.1 基于最小誤差方法閾值分割23-26
3.3.2 基于最大類間方差方法的閾值分割26-29
3.3.3 最大熵的閾值分割29-33
3.3.4 基于最大相關(guān)性準(zhǔn)則33-37
3.3.5 算法改進(jìn)37-38
3.4 孔洞填充38
3.5 本章小結(jié)38-40
第4章納米顆粒圖像粘連顆粒分割40-46
4.1 粘連顆粒圖像分割的背景現(xiàn)狀40
4.2 粘連顆粒分割方法40-45
4.2.1 分水嶺分割算法41-44
4.2.2 算法實(shí)現(xiàn)44-45
4.3 本章小結(jié)45-46
第5章納米顆粒參數(shù)統(tǒng)計(jì)及計(jì)數(shù)46-52
5.1 顆粒數(shù)目、面積統(tǒng)計(jì)46
5.2 顆粒周長統(tǒng)計(jì)46-47
5.3 圓度統(tǒng)計(jì)47-48
5.4 TEM納米顆粒識別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)48-51
5.4.1 TEM納米顆粒識別48-50
5.4.2 TEM納米顆粒識別系統(tǒng)測試50-51
5.5 本章小結(jié)51-52
第6章總結(jié)與展望52-54
6.1 總結(jié)52
6.2 展望52-54
參考文獻(xiàn)54-58
致謝58-59

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本文編號：1135744

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