基于TEM納米顆粒的圖像識(shí)別

發(fā)布時(shí)間：2017-11-03 10:13

本文關(guān)鍵詞：基于TEM納米顆粒的圖像識(shí)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(cè)和評(píng)價(jià)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(shí)對(duì)近年來顆粒識(shí)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(duì)納米顆粒識(shí)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(gè)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(tái)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(duì)納米顆粒大小、顆粒數(shù)、圓度等參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)的實(shí)用軟件。本文具體工作如下：首先對(duì)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(duì)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(shí)別中,顆粒與背景的分割是整個(gè)識(shí)別過程的基礎(chǔ)和難點(diǎn),本文通過對(duì)多種背景分割方法進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)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(shí),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(duì)孔洞進(jìn)行填充。由于TEM納米顆粒圖像的特殊性,總會(huì)出現(xiàn)少部分多個(gè)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(shí)別系統(tǒng)中的一個(gè)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?cè)谡尺B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(duì)納米顆粒參數(shù)的統(tǒng)計(jì)工作,本文采用遞推方法對(duì)納米顆粒面積、數(shù)目進(jìn)行計(jì)算,對(duì)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(tái)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)TEM納米顆粒的識(shí)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試表明：該系統(tǒng)可以完成對(duì)TEM納米顆粒圖片的導(dǎo)入,并能夠?qū)崿F(xiàn)TEM納米顆粒識(shí)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(duì)比,系統(tǒng)測(cè)試時(shí)整體自動(dòng)識(shí)別誤差為12%。本文所設(shè)計(jì)的納米顆粒圖像識(shí)別系統(tǒng),使用方便、識(shí)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(shí)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(shí)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(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)48-51
5.4.1 TEM納米顆粒識(shí)別48-50
5.4.2 TEM納米顆粒識(shí)別系統(tǒng)測(cè)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

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1135744

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