技術(shù)特征：

1.一種基于圖像處理技術(shù)的含碳顆粒物納米結(jié)構(gòu)分析的方法，其特征在于，包括：依次進(jìn)行的顆粒物微觀形貌圖像獲取的步驟、對獲取的圖像進(jìn)行數(shù)字圖像處理的步驟和顆粒物的納米結(jié)構(gòu)特征參數(shù)計算的步驟；

所述顆粒物微觀形貌圖像獲取的步驟為：

A1、將顆粒物取數(shù)粒置于無水乙醇中，在超聲波振蕩機(jī)中振蕩一定時間，使顆粒物在無水乙醇中充分分散開；取一滴混合液滴至高分辨率場發(fā)射透射電鏡用銅網(wǎng)超薄碳膜上，等待乙醇自由揮發(fā)；

A2、使用高分辨率場發(fā)射透射電鏡對制備好的顆粒物樣品進(jìn)行微觀形貌觀測，獲取顆粒物形貌圖像；

A3、對所獲取的顆粒物微觀形貌圖像進(jìn)行手動分割，獲取感興趣的區(qū)域，并對分割后的圖像進(jìn)行保存。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像處理技術(shù)的含碳顆粒物納米結(jié)構(gòu)分析的方法，其特征在于：所述對獲取的圖像進(jìn)行數(shù)字圖像處理的步驟為：

B1、對步驟一所獲取的待處理圖像進(jìn)行歸一化處理；

B2、對圖像進(jìn)行濾波；

B3、對圖像進(jìn)行均衡化增強(qiáng)；

B4、對圖像進(jìn)行二值化處理；

B5、對圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)開、閉運(yùn)算；

B6、對圖像進(jìn)行細(xì)化。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于圖像處理技術(shù)的含碳顆粒物納米結(jié)構(gòu)分析的方法，其特征在于：所述步驟B1、對步驟一所獲取的待處理圖像進(jìn)行歸一化處理為：設(shè)待處理圖像所有像素點(diǎn)的最大灰度值為G_max，最小灰度值為G_min，像素點(diǎn)P的灰度值為G_P，N_P是歸一化后像素點(diǎn)P的灰度值，歸一化公式如式(1)：

。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于圖像處理技術(shù)的含碳顆粒物納米結(jié)構(gòu)分析的方法，其特征在于：所述步驟B2、對圖像進(jìn)行濾波包括如下步驟：

C1、取窗口大小為n×n，n為奇數(shù)。將窗口在圖像上移動，使窗口中心與圖像中待處理的像素點(diǎn)P重合；

C2、記下窗口中每個像素點(diǎn)的灰度值，按照從大到小的順序排列：N₁，N₂，...，N_n×n；

C3、計算中間位置的灰度值N_((n×n)+1)/2，并將此值賦給像素點(diǎn)P；

C4、遍歷圖像中所有像素點(diǎn)。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于圖像處理技術(shù)的含碳顆粒物納米結(jié)構(gòu)分析的方法，其特征在于：所述步驟B3、對圖像進(jìn)行均衡化增強(qiáng)，采用直方圖均衡化增強(qiáng)，設(shè)步驟B2處理后的圖像的灰度級為L，圖像中像素點(diǎn)的總數(shù)為n，第i級灰度為r_i，n_i是圖像中灰度級為r_i的像素個數(shù)，包括如下步驟：

D1、計算圖像的歸一化直方圖，如式(2)：

D2、設(shè)r是歸一化到區(qū)間[01]的圖像的灰度級，定義變化f，使得區(qū)間[0,1]內(nèi)的任意r，經(jīng)變換f(r)都有一個s與之對應(yīng)，顯然，s是經(jīng)變換f(r)后輸出圖像的灰度級。f(r)在區(qū)間0≤r≤1內(nèi)滿足如下條件：

(1)f(r)單調(diào)遞增；

(2)0≤f(r)≤1；

(3)s，r具有一一對應(yīng)的關(guān)系；

D3、通過變換f將輸入圖像的灰度級r_i映射到輸出圖像的灰度級s_i，如式(3)：

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于圖像處理技術(shù)的含碳顆粒物納米結(jié)構(gòu)分析的方法，其特征在于：所述步驟B4、對圖像進(jìn)行二值化處理的過程為：設(shè)步驟B3增強(qiáng) 后圖像的灰度級范圍為(r_min，r_max)，T是r_min和r_max中間的一個數(shù)，則二值圖g_P如式(4)：

其中：“1”表示物體(對象、目標(biāo))，使用白色；“0”表示背景，使用黑色。

式(4)中閾值T采用迭代閾值法確定，包括如下步驟：

E1、求出圖像中的最小和最大灰度級r_min和r_max,并設(shè)置初始閥值，如式(5)：

E2、根據(jù)閾值T_k(k＝0，1，2...)將圖像分為目標(biāo)和背景兩部分，求出兩部分的平均灰度值，如式(6)和式(7)：

其中，S灰度級為r_i的像素的總數(shù)。

E3、求出新的閾值，如式(8)：

E4、如果T_k+1＝T_k，則令閾值T＝T_k，否則令k＝k+1，轉(zhuǎn)向步驟E2。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于圖像處理技術(shù)的含碳顆粒物納米結(jié)構(gòu)分析的方法，其特征在于：步驟B5、對圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)開、閉運(yùn)算的過程為：設(shè)輸入圖像為I_input，結(jié)構(gòu)元素為SE，對圖像進(jìn)行開運(yùn)算和閉運(yùn)算處理，如式(9)和(10)：

SE為m×m大小的正方形，為形態(tài)學(xué)腐蝕，為形態(tài)學(xué)膨脹。通過開運(yùn)算能夠消除散 點(diǎn)，切斷細(xì)長搭接起到分離的作用，閉運(yùn)算能夠搭接短的間斷起到連通的作用。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于圖像處理技術(shù)的含碳顆粒物納米結(jié)構(gòu)分析的方法，其特征在于：步驟B6對圖像進(jìn)行細(xì)化，采用PSCP細(xì)化算法，其八連通示意圖如下:

P₁P₂P₃P₈P P₄P₇P₆P₅

其步驟為：

F1、針對所有的微晶像素點(diǎn)P,若滿足如下條件,則判斷其為可刪除點(diǎn):

(1)其8連通域中的微晶像素點(diǎn)數(shù)2≤E(P)≤6；

(2)P的8連通域中包含且只包含一個4連通微晶像素點(diǎn)；

F2、遍歷所有的可刪除點(diǎn),若滿足如下條件之一,則保留；否則刪除：

(1)P₂，P₆為微晶像素點(diǎn)，P₄為可刪除點(diǎn)；

(2)P₄，P₈為微晶像素點(diǎn)，P₆為可刪除點(diǎn)；

(3)P₄，P₅，P₆為可刪除點(diǎn)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像處理技術(shù)的含碳顆粒物納米結(jié)構(gòu)分析的方法，其特征在于：所述顆粒物的納米結(jié)構(gòu)特征參數(shù)計算的步驟為：

G1、顆粒物碳層微晶去交叉點(diǎn)；

G2、顆粒物碳層微晶直線搜索擬合，計算相鄰兩個微晶的間隔距離；

G3、按照相關(guān)特征參數(shù)的定義，計算微晶長度、微晶曲率和層間距；

所述步驟G1、顆粒物碳層微晶去交叉點(diǎn)的步驟為：

H1、圖像二值化后，微晶像素點(diǎn)的像素值為1(白色)，背景的像素值為0(黑色)；

H2、搜索像素點(diǎn)P的八連通域中白點(diǎn)的個數(shù)，設(shè)為n:

(1)如果n≥3，則P是交叉點(diǎn)，將P及其八連通域內(nèi)所有白點(diǎn)的像素值設(shè)為0；

(2)如果n＜3,則P不是交叉點(diǎn)；

H3、遍歷圖中所有微晶像素點(diǎn)；

所述步驟G2、顆粒物碳層微晶直線搜索擬合的步驟為：

I1、設(shè)P₀為當(dāng)前擬合直線段的起始點(diǎn)，P_c為當(dāng)前搜索點(diǎn)，起始時P_c＝P₀；

I2、搜索P_c的八連通域中是否存在白點(diǎn)；如果沒有鄰接點(diǎn)，則P_c設(shè)為終點(diǎn)，P₀為起點(diǎn)，用最小二乘擬合直線算法獲得一條直線段，搜索結(jié)束；

I3、如果P_c的八連通域中存在白點(diǎn)，按照設(shè)定規(guī)則獲得下一跟蹤點(diǎn)P_n，判斷P_n是否在當(dāng)前直線段延長線范圍內(nèi)(通過直線斜率加以判斷)。如果在，設(shè)置P_c＝P_n，將P_n的位置加入到點(diǎn)數(shù)組中，繼續(xù)搜索下一點(diǎn)。如果P_n不在當(dāng)前直線段延長線上，則以P_c為終點(diǎn)，P₀為起點(diǎn)，讀取點(diǎn)鏈表中各點(diǎn)位置，重新擬合一條直線段，結(jié)束當(dāng)前跟蹤直線段。

10.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種基于圖像處理技術(shù)的含碳顆粒物納米結(jié)構(gòu)分析的方法，其特征在于：所述步驟I2采用的最小二乘法直線擬合算法，包括如下步驟：

J1、用搜索算法得到的直線點(diǎn)坐標(biāo)為(x_i，y_i)(i＝1，2，...，m)，m為直線點(diǎn)的個數(shù)，設(shè)最小二乘擬合直線的方程為y＝Ax+B；

J2、點(diǎn)(x_i，y_i)到直線的垂直距離的平方和為式(11)：

J3、因為E(A，B)取最小值，其偏導(dǎo)為零，如式(12)：

J4、對式(12)采用求和分配律得式(13)：

其中

J5、對上述方程組進(jìn)行求解，得式(14)：