一種基于分水嶺分割的顯微圖像顆粒粒度測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于分水嶺分割的顯微圖像顆粒粒度測(cè)量方法，本方法首先利用中值濾波器、全局閾值方式對(duì)獲取的原始顯微圖像進(jìn)行預(yù)處理，然后計(jì)算預(yù)處理后顯微圖像的梯度圖像，構(gòu)建梯度圖像的數(shù)據(jù)矩陣，通過數(shù)據(jù)矩陣計(jì)算梯度圖像的內(nèi)部標(biāo)記符集合和外部標(biāo)記符集合，獲得分割后顯微圖像，再對(duì)顆粒的數(shù)目、大小、形狀進(jìn)行測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)了基于分水嶺分割的顯微圖像顆粒粒度測(cè)量。本方法有效地解決了顆粒粒度測(cè)量系統(tǒng)獲取的顆粒輪廓不連續(xù)且不單一，保證了顆粒粒度參數(shù)測(cè)量的精度。該方法使用簡(jiǎn)便，無需增加額外輔助設(shè)備。
【專利說明】 一種基于分水嶺分割的顯微圖像顆粒粒度測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種顆粒粒度測(cè)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(cè)量方法。

【背景技術(shù)】
[0002]顆粒粒度是表征顆粒物理性質(zhì)的一項(xiàng)重要特征，目前可以采用顯微圖像測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒粒度的自動(dòng)測(cè)量。顯微圖像測(cè)量方法一般由圖像采集部分、圖像處理部分和圖像測(cè)量部分構(gòu)成，圖像測(cè)量部分采用CCD攝像機(jī)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(shè)計(jì)獲取有利于顆粒粒度測(cè)量的輪廓信息；圖像測(cè)量部分根據(jù)顆粒輪廓信息進(jìn)行顆粒粒度參數(shù)的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。由于顆粒顯微圖像存在邊界模糊不清、噪聲嚴(yán)重以及背景復(fù)雜等問題，使用現(xiàn)有方法獲取的顆粒輪廓不連續(xù)且不單一，顆粒粒度參數(shù)測(cè)量精度不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)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(cè)量方法，解決顆粒粒度參數(shù)測(cè)量精度不高的問題。
[0004]一種基于分水嶺分割的顯微圖像顆粒粒度測(cè)量方法，其具體步驟為:
第一步構(gòu)建基于分水嶺分割的顯微圖像顆粒粒度測(cè)量系統(tǒng)
基于分水嶺分割的顯微圖像顆粒粒度測(cè)量系統(tǒng)，包括:光學(xué)顯微鏡、CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、圖像預(yù)處理模塊、圖像分割模塊和顆粒參數(shù)測(cè)量模塊；
圖像預(yù)處理模塊的功能為:對(duì)獲取的原始顯微圖像進(jìn)行預(yù)處理，去除原始顯微圖像的噪聲，強(qiáng)化顆粒的輪廓、邊緣。
[0005]圖像分割模塊的功能為:計(jì)算預(yù)處理后顯微圖像的梯度圖像，通過由梯度圖像構(gòu)建的數(shù)據(jù)矩陣計(jì)算內(nèi)部標(biāo)記符集合和外部標(biāo)記符集合，獲得分割后顯微圖像。
[0006]顆粒參數(shù)測(cè)量模塊的功能為:計(jì)算分割后顯微圖像中顆粒的數(shù)目、周長(zhǎng)、面積、等效粒徑和圓形度。
[0007]圖像采集卡與⑶D攝像機(jī)通過RS-422接口連接，圖像采集卡與測(cè)量計(jì)算機(jī)通過PCI總線連接；圖像預(yù)處理模塊、圖像分割模塊和顆粒參數(shù)測(cè)量模塊分別置于測(cè)量計(jì)算機(jī)中。
[0008]第二步原始顯微圖像獲取
將顆粒樣本放置于測(cè)量平臺(tái)上，經(jīng)光學(xué)顯微鏡放大后由CCD攝像機(jī)成像。圖像采集卡對(duì)CCD攝像機(jī)輸出的圖像視頻信號(hào)進(jìn)行采集，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后通過PCI總線將原始顯微圖像存儲(chǔ)于測(cè)量計(jì)算機(jī)中。
[0009]第三步圖像預(yù)處理模塊對(duì)原始顯微圖像進(jìn)行平滑處理
圖像預(yù)處理模塊接收存儲(chǔ)于測(cè)量計(jì)算機(jī)中的原始顯微圖像，采用滑動(dòng)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。
[0010]第四步圖像預(yù)處理模塊對(duì)平滑后顯微圖像進(jìn)行二值化處理
圖像預(yù)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(jì)算大小為M X N的顯微圖像全局閾值:

【權(quán)利要求】
1.一種基于分水嶺分割的顯微圖像顆粒粒度測(cè)量方法，其特征在于本方法的具體步驟為: 第一步構(gòu)建基于分水嶺分割的顯微圖像顆粒粒度測(cè)量系統(tǒng) 基于分水嶺分割的顯微圖像顆粒粒度測(cè)量系統(tǒng)，包括:光學(xué)顯微鏡、CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、圖像預(yù)處理模塊、圖像分割模塊和顆粒參數(shù)測(cè)量模塊； 圖像預(yù)處理模塊的功能為:對(duì)獲取的原始顯微圖像進(jìn)行預(yù)處理，去除原始顯微圖像的噪聲，強(qiáng)化顆粒的輪廓、邊緣； 圖像分割模塊的功能為:計(jì)算預(yù)處理后顯微圖像的梯度圖像，通過由梯度圖像構(gòu)建的數(shù)據(jù)矩陣計(jì)算內(nèi)部標(biāo)記符集合和外部標(biāo)記符集合，獲得分割后顯微圖像； 顆粒參數(shù)測(cè)量模塊的功能為:計(jì)算分割后顯微圖像中顆粒的數(shù)目、周長(zhǎng)、面積、等效粒徑和圓形度； 圖像采集卡與⑶D攝像機(jī)通過RS-422接口連接，圖像采集卡與測(cè)量計(jì)算機(jī)通過PCI總線連接；圖像預(yù)處理模塊、圖像分割模塊和顆粒參數(shù)測(cè)量模塊分別置于測(cè)量計(jì)算機(jī)中； 第二步原始顯微圖像獲取 將顆粒樣本放 置于測(cè)量平臺(tái)上，經(jīng)光學(xué)顯微鏡放大后由CCD攝像機(jī)成像；圖像采集卡對(duì)CCD攝像機(jī)輸出的圖像視頻信號(hào)進(jìn)行采集，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后通過PCI總線將原始顯微圖像存儲(chǔ)于測(cè)量計(jì)算機(jī)中； 第三步圖像預(yù)處理模塊對(duì)原始顯微圖像進(jìn)行平滑處理 圖像預(yù)處理模塊接收存儲(chǔ)于測(cè)量計(jì)算機(jī)中的原始顯微圖像，采用滑動(dòng)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(yù)處理模塊對(duì)平滑后顯微圖像進(jìn)行二值化處理 圖像預(yù)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(jì)算大小為MXN的顯微圖像全局閾值:
e(x, y) = max (| ex , ey |),
ex = f (x-1, y) -f (x+1, y),
ey = f (x, y-l)-f (x, y+1)； X表示顯微圖像水平方向的坐標(biāo)，I表示顯微圖像豎直方向的坐標(biāo)； f(x, y)表示顯微圖像像素(X，y)的灰度值； f(x-l, y)表示顯微圖像像素(X，y)的左方像素(x-1，y)的灰度值； f (x+1，y)表示顯微圖像像素(X，y)的右方像素(x+1，y)的灰度值； f(x, y-1)表示顯微圖像像素(X，y)的下方像素(X，y-Ι)的灰度值； f (X，y+1)表示顯微圖像像素(X，y)的上方像素(X，y+1)的灰度值； kl表示顯微圖像像素U，y)左方像素(x-1，y)與右方像素(x+1，y)灰度差的絕對(duì)值； ey表示顯微圖像像素(X，y)下方像素(x，y-1)與上方像素(x，y+1)的灰度差的絕對(duì)值； 由公式(2)得到二值化顯微圖像:
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(jì)算二值化顯微圖像的梯度圖像；顯微圖像中像素(X，y)的梯度為:
其中Gx為顯微圖像水平方向的一階導(dǎo)數(shù)，Gy為顯微圖像豎直方向的一階導(dǎo)數(shù)； 第六步圖像分割模塊對(duì)梯度圖像進(jìn)行分割 圖像分割模塊把梯度圖像存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)矩陣，數(shù)據(jù)矩陣中的每個(gè)數(shù)值為梯度圖像中對(duì)應(yīng)像素的灰度值，計(jì)算梯度圖像的極大值，將極大值點(diǎn)作為分水嶺的內(nèi)部標(biāo)記符集合；對(duì)內(nèi)部標(biāo)記符集合進(jìn)行距離變換后再進(jìn)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(biāo)記符集合；采用最小強(qiáng)制方式對(duì)梯度圖像進(jìn)行修改，由此得到分割后顯微圖像； 第七步顆粒參數(shù)測(cè)量模塊對(duì)顆粒數(shù)目、大小、形狀進(jìn)行測(cè)量 顆粒參數(shù)測(cè)量模塊采用線掃描方式對(duì)分割后顯微圖像中各目標(biāo)區(qū)域標(biāo)號(hào)，最大的區(qū)域標(biāo)號(hào)即為顯微圖像中顆粒的數(shù)目N ; 顆粒參數(shù)測(cè)量模塊統(tǒng)計(jì)目標(biāo)區(qū)域中顆粒邊緣的像素個(gè)數(shù)，即為此目標(biāo)區(qū)域中顆粒的周長(zhǎng)L ； 目標(biāo)區(qū)域中顆粒的面積為顆粒邊緣與邊緣內(nèi)包含的像素個(gè)數(shù)之和，此目標(biāo)區(qū)域的顆粒面積為:
由此計(jì)算出顆粒的等效粒徑為:
圓形度為:
經(jīng)過上述各步驟實(shí)現(xiàn)了基于分水嶺分割的顯微圖像顆粒粒度測(cè)量。
【文檔編號(hào)】G01N15/02GK104075965SQ201410311363
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】李雨洋, 王贏元 申請(qǐng)人:北京機(jī)械設(shè)備研究所