一種對(duì)陶瓷釉sem圖像微相形狀距離的計(jì)算方法
【專利摘要】一種對(duì)陶瓷釉SEM圖像微相形狀距離計(jì)算方法，具體步驟有：步驟一：選擇讀取清晰的SEM灰度值圖像；步驟二：分析和處理SEM圖像，對(duì)SEM圖像從頭開始，判斷并選取像素灰度值變化小于10的連續(xù)區(qū)域，計(jì)算該區(qū)域的灰度像素均值，用一維數(shù)組a保存各區(qū)域像素均值；步驟三：用像素均值做閾值，設(shè)計(jì)算法求各微相對(duì)應(yīng)的最佳閾值，并對(duì)最佳閾值排序，用一維數(shù)組b保存；步驟四：對(duì)a，b兩個(gè)數(shù)組進(jìn)行處理找對(duì)應(yīng)的標(biāo)記號(hào)，并用對(duì)應(yīng)的標(biāo)記號(hào)完成整個(gè)SEM圖像所有區(qū)域輪廓標(biāo)記；步驟五：用標(biāo)記號(hào)判斷并進(jìn)行計(jì)算各微相微球形狀信息(圓形度，半徑，球心等)和距離信息(兩球心之距離)，步驟六：用此方法分析大量不同溫度、呈色的SEM圖像，并找出規(guī)律。
【專利說明】
一種對(duì)陶瓷釉SEM圖像微相形狀距離的計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于陶瓷釉微相呈色研究技術(shù)領(lǐng)域，涉及對(duì)陶瓷釉微相呈色機(jī)理及規(guī)律的 研究，尤其是涉及到對(duì)陶瓷釉微相呈色數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)，具體涉及一種對(duì)陶瓷釉SEM圖像微 相形狀距離的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前從微相瓷釉的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究成果來看，微相釉在藝術(shù)、陳設(shè)瓷方面的地位 和重要性已無可置疑。微相釉在傳統(tǒng)陶瓷方面的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究雖然深度和廣度都極為有 限，但陶瓷釉隨著微相狀態(tài)變換可以呈現(xiàn)不同顏色卻引人入勝，而且根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察與分析， 發(fā)現(xiàn)陶瓷釉微相呈色與溫度、微相尺寸和形狀有密切關(guān)系。由于微相現(xiàn)象復(fù)雜，根據(jù)現(xiàn)有測 量手段，一般根據(jù)電鏡掃描圖像(SEM)進(jìn)行手工測量各微相形狀等信息，存在工作量大，效 率低，不精準(zhǔn)等缺陷。因此，研究便捷、快速、準(zhǔn)確的陶瓷釉SEM圖像微相形狀距離計(jì)算方法， 對(duì)減輕計(jì)算強(qiáng)度，提高效率和準(zhǔn)確性具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)陶瓷釉SEM圖像微 相形狀距離的計(jì)算方法，利用圖像處理技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)，在較短的時(shí)間內(nèi)可以準(zhǔn)確判斷 SEM圖像各微相微球信息，進(jìn)行分類，并快速計(jì)算出各微相微球尺寸，形狀信息等參數(shù)，可以 減少工作強(qiáng)度，提高精準(zhǔn)度。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種對(duì)陶瓷釉SEM圖像微相形狀距離的計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟一：在樣品燒成過程中，在不同溫度點(diǎn)取出樣品，待其冷卻至室溫后，進(jìn)行樣 品切割、清洗、干燥，再進(jìn)行SEM分析，并記錄保存對(duì)應(yīng)燒成溫度和呈色狀態(tài)；
[0007] 步驟二:根據(jù)SEM灰度圖像微相信息特征，對(duì)SEM圖像從頭開始，判斷并選取像素灰 度值變化小于10的連續(xù)區(qū)域，計(jì)算各連續(xù)區(qū)域的灰度像素均值，用一維數(shù)組a保存，第一個(gè) 連續(xù)區(qū)域的灰度像素均值即數(shù)組a的第一個(gè)元素；
[0008] 步驟三:用所述灰度像素均值做閾值，設(shè)計(jì)算法求出各微相對(duì)應(yīng)的最佳閾值，對(duì)最 佳閾值按照大小排序，并用一維數(shù)組b保存；
[0009] 步驟四：比較分析數(shù)組a和數(shù)組b，從數(shù)組a的第一個(gè)元素開始，在數(shù)組b中找到與數(shù) 組a元素相同的數(shù)組b元素，用當(dāng)前數(shù)組b元素值替換數(shù)組a中對(duì)應(yīng)的元素值，得到數(shù)組c，用 數(shù)組c進(jìn)行區(qū)域輪廓標(biāo)記；
[0010] 步驟五:對(duì)標(biāo)記過的SEM圖像，判斷并進(jìn)行計(jì)算各微相的微球形狀信息和距離信 息。
[0011] 利用所述步驟一至五的方法，分析大量不同溫度、呈色的SEM圖像，畫出溫度、呈色 和微相形狀信息間關(guān)系圖。
[0012] 所述清晰的SEM灰度值圖像是指燒制受熱均勻，樣品圖像噪聲小的清晰圖像。
[0013] 所述步驟三中，將數(shù)組a中第一個(gè)灰度像素均值用作初始閾值，觀察SEM圖像變化， 然后順次使用數(shù)組a中其它灰度像素均值作為閾值，直至SEM圖像顯示一個(gè)微相信息，記錄 下當(dāng)下閾值為這個(gè)微相的最佳閾值。
[0014] 所述步驟四中，進(jìn)行區(qū)域輪廓標(biāo)記的方法是:對(duì)SEM灰度圖像，從頭開始，判斷并選 取灰度像素值變化小于10的連續(xù)區(qū)域，用數(shù)組c中的元素值替換各連續(xù)區(qū)域的像素值，逐個(gè) 進(jìn)行連續(xù)區(qū)域數(shù)字標(biāo)記。
[0015] 所述判斷是根據(jù)連續(xù)區(qū)域標(biāo)記數(shù)字判斷，數(shù)字相同就屬于同一個(gè)微相，然后計(jì)算 不同微相的形狀信息。
[0016] 所述形狀信息至少包括圓形度、半徑以及球心，距離信息是指兩球心之距離，其中 圓形度計(jì)算公式為
，其中c為圓形度，A為微相微球面積，P為微相微球周長，半徑計(jì) 算公式為y，球心由球心像素位置信息得到，兩球心之距離通過球心坐標(biāo)直接計(jì)算獲 取。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0018] 現(xiàn)有技術(shù)一般通過人工根據(jù)標(biāo)尺手工測量SEM圖像中各微相尺寸，只能肉眼判斷 是否為圓形，不是圓形無法定性、定量表示，具有不精確、費(fèi)時(shí)，還有判斷錯(cuò)誤等問題，而本 發(fā)明利用圖像技術(shù)結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類各個(gè)微相，并分別計(jì)算各微相尺寸， 圓形度等形狀信息，具有計(jì)算精準(zhǔn)、速度快和計(jì)算參數(shù)全等特點(diǎn)。為后續(xù)研究陶瓷釉微相呈 色提供大量精準(zhǔn)數(shù)據(jù)和節(jié)省時(shí)間和人力。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明方法處理流程圖。
[0020] 圖2是本發(fā)明方法處理前的SEM圖像。
[0021]圖3是本發(fā)明方法處理后的SEM圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0023]如圖1所示，一種陶瓷釉SEM圖像微相形狀距離計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0024]步驟一:根據(jù)樣品燒成過程中，在不同溫度點(diǎn)取出樣品，待其冷卻至室溫后，進(jìn)行 樣品切割、清洗、干燥等，再進(jìn)行SEM分析，并一一記錄并保存實(shí)驗(yàn)樣品當(dāng)下燒制溫度和對(duì)應(yīng) 顏色，選擇具有微相明顯特征的SEM圖像，即那些受熱加熱到一定溫度，微相形態(tài)發(fā)生明顯 變化，從圖像中易識(shí)別的圖像，其燒制受熱均勻、樣品圖像噪聲小，較為清晰。
[0025]步驟二:讀取SEM圖像，根據(jù)微相理論知識(shí)，根據(jù)SEM灰度圖像微相信息特征，對(duì)SEM 圖像從頭開始，判斷并選取灰度像素值變化小于10的連續(xù)區(qū)域，計(jì)算各連續(xù)區(qū)域的灰度像 素均值，用一維數(shù)組a保存，第一個(gè)連續(xù)區(qū)域的灰度像素均值即數(shù)組a的第一個(gè)元素。
[0026] SEM灰度圖像信息像素顯示的是顏色信息，通過分析和判斷，可以調(diào)制設(shè)計(jì)讓陶瓷 釉不同微相顏色深度稍有不同，所以可根據(jù)灰度圖像像素值來過濾判斷。通過分析SEM區(qū)域 像素值信息，若顏色一致，像素值也應(yīng)該大致一致，同種微相形狀顏色一致，所以對(duì)應(yīng)灰度 值圖像連續(xù)區(qū)域像素值也應(yīng)一致，但計(jì)算機(jī)顯示這個(gè)區(qū)域像素值范圍大概有<10的差，所 以設(shè)計(jì)了求這個(gè)連續(xù)區(qū)域的均值。
[0027] 步驟三:用像素均值做閾值，設(shè)計(jì)算法求各微相對(duì)應(yīng)的最佳閾值，對(duì)最佳閾值按照 排序，并用一維數(shù)組b記錄保存，目的是從數(shù)組a中找較能完全顯示各微相微球圖像的像素 值。
[0028] 本步驟中，閾值是數(shù)組a中的灰度像素均值，設(shè)置一個(gè)閾值的作用是，屏蔽那些像 素值不符合要求像素，SEM圖像上只顯示那些像素值符合閾值條件的像素，這樣SEM圖像就 可以有選擇地部分顯示圖像，通過分析SEM圖像像素信息，先顯示與SEM圖像左上側(cè)第一個(gè) 連續(xù)區(qū)域像素均值信息一致的所有微球信息，故閾值先從數(shù)組a第一個(gè)元素值開始，接著第 二個(gè)元素值，注意觀察SEM圖像顯示效果，看哪個(gè)元素值基本能把一個(gè)微相所有微球顯示出 來，這個(gè)閾值就是最佳閾值。編寫程序，預(yù)先設(shè)定一個(gè)像素均值做閾值，通過逐步變化閾值， 觀察SEM圖像變化，只出現(xiàn)一個(gè)微相形態(tài)明顯的現(xiàn)象，記錄并保存當(dāng)下閾值。如此循環(huán)判斷， 直至求出微相對(duì)應(yīng)的幾個(gè)最佳閾值。
[0029] 步驟四：比較分析數(shù)組a和數(shù)組b，從數(shù)組a的第一個(gè)元素開始，在數(shù)組b中找到與數(shù) 組a元素相同的數(shù)組b元素，用當(dāng)前b數(shù)組的這個(gè)元素值標(biāo)記替換數(shù)組a中對(duì)應(yīng)的元素的值， 得到數(shù)組c，用數(shù)組c進(jìn)行區(qū)域輪廓標(biāo)記。
[0030] 由于a數(shù)組存放的是SEM所有連續(xù)區(qū)域的像素均值，而最佳閾值數(shù)組存放的是能篩 選出SEM圖像各微相微球的像素均值即最佳閾值，例如，SEM圖像有3個(gè)微相，代號(hào)分別是1， 2，3，其中微相1在SEM圖像中有很多連續(xù)區(qū)域，微相2，3也是，數(shù)組a存放的是微相1，2，3所有 的連續(xù)區(qū)域像素均值，而數(shù)組b只存三個(gè)最佳閾值，分別是微相1，2,3的最佳閾值。
[0031] 計(jì)算微相最佳閾值的作用是用數(shù)組b從數(shù)組a中分別找出微相1，2,3的連續(xù)區(qū)域， 并用相應(yīng)b數(shù)組對(duì)應(yīng)元素值去替換a數(shù)組對(duì)應(yīng)元素值，重新用數(shù)組a元素值替換SEM圖像各連 續(xù)區(qū)域的像素值，這就完成SEM圖像標(biāo)記。
[0032] 區(qū)域輪廓標(biāo)記的方法:對(duì)SEM圖像，從頭開始，判斷并選取灰度像素值變化小于10 的連續(xù)區(qū)域，用對(duì)應(yīng)的數(shù)組c元素值替換該連續(xù)區(qū)域的像素值，逐個(gè)進(jìn)行連續(xù)區(qū)域數(shù)字標(biāo) 記。
[0033]步驟五:對(duì)標(biāo)記過的SEM圖像，判斷并進(jìn)行計(jì)算各種微相微球形狀信息（圓形度，半 徑，球心等)和距離信息(兩球心之距離）。具體地：
[0034]對(duì)標(biāo)記過的SEM圖像，分別用b數(shù)組中不同標(biāo)記值做判斷條件，篩選不同微相形狀 信息區(qū)域，計(jì)算微相微球形狀信息（圓形度，半徑，球心等)和距離信息(兩球心之距離）。由 于區(qū)域內(nèi)所有像素個(gè)數(shù)之和為圓面積，區(qū)域邊界所有像素個(gè)數(shù)之和為圓周長，根據(jù)圓形度 計(jì)算公式為
?，其中C為圓形度，A為微相微球面積，P為微相微球周長，可以算出微球 形狀信息C，很容易求出半徑信息
球心根據(jù)球心像素位置信息很容易得到，兩球心 距離根據(jù)兩點(diǎn)坐標(biāo)(兩球心像素位置信息)也很容易得到。但要注意，由于SEM圖像是對(duì)原實(shí) 物進(jìn)行放大幾萬多倍得到的，要想求實(shí)際半徑和球心距離還應(yīng)考慮這個(gè)放大倍數(shù)因素。 [0035]步驟六:并用此方法分析大量不同溫度、呈色的SEM圖像，并一一生成對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信 息。
[0036] 步驟七：畫出溫度、呈色和微相形狀信息間關(guān)系圖。利用步驟六得到的數(shù)據(jù)，畫出 溫度、呈色和微相形狀信息間關(guān)系圖，并試著建立數(shù)據(jù)模型。
[0037]圖2是未處理的SEM圖像，圖3是用閾值處理過的SEM圖像，說明可以用閾值屏蔽一 部分無用信息圖像，標(biāo)記圖像，可使各微相形狀更清晰，容易識(shí)別。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種對(duì)陶瓷釉SEM圖像微相形狀距離的計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一：在樣品燒成過程中，在不同溫度點(diǎn)取出樣品，待其冷卻至室溫后，進(jìn)行樣品切 害J、清洗、干燥，再進(jìn)行SEM分析，并記錄保存對(duì)應(yīng)燒成溫度和呈色狀態(tài)； 步驟二:根據(jù)SEM灰度圖像微相信息特征，對(duì)SEM圖像從頭開始，判斷并選取灰度像素值 變化小于10的連續(xù)區(qū)域，計(jì)算各連續(xù)區(qū)域的灰度像素均值，用一維數(shù)組a保存，第一個(gè)連續(xù) 區(qū)域的灰度像素均值即數(shù)組a的第一個(gè)元素； 步驟三：用所述灰度像素均值做閾值，設(shè)計(jì)算法求出各微相對(duì)應(yīng)的最佳閾值，對(duì)最佳閾 值按照大小排序，并用一維數(shù)組b保存； 步驟四：比較分析數(shù)組a和數(shù)組b，從數(shù)組a的第一個(gè)元素開始，在數(shù)組b中找到與數(shù)組a 元素相同的數(shù)組b元素，用當(dāng)前數(shù)組b元素值替換數(shù)組a中對(duì)應(yīng)的元素值，得到數(shù)組c，用數(shù)組 c進(jìn)行區(qū)域輪廓標(biāo)記； 步驟五:對(duì)標(biāo)記過的SEM圖像，判斷并進(jìn)行計(jì)算各微相的微球形狀信息和距離信息。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述對(duì)陶瓷釉SEM圖像微相形狀距離的計(jì)算方法，其特征在于，利用 所述步驟一至五的方法，分析大量不同溫度、呈色的SEM圖像，畫出溫度、呈色和微相形狀信 息間關(guān)系圖。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述對(duì)陶瓷釉SEM圖像微相形狀距離的計(jì)算方法，其特征在于，所述 清晰的SEM灰度值圖像是指燒制受熱均勻，樣品圖像噪聲小的清晰圖像。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述對(duì)陶瓷釉SEM圖像微相形狀距離的計(jì)算方法，其特征在于，所述 步驟三中，將數(shù)組a中第一個(gè)灰度像素均值用作初始閾值，觀察SEM圖像變化，然后順次使用 數(shù)組a中其它灰度像素均值作為閾值，直至SEM圖像顯示一個(gè)微相信息，記錄下當(dāng)下閾值為 這個(gè)微相的最佳閾值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述對(duì)陶瓷釉SEM圖像微相形狀距離的計(jì)算方法，其特征在于，所述 步驟四中，進(jìn)行區(qū)域輪廓標(biāo)記的方法是:對(duì)SEM灰度圖像，從頭開始，判斷并選取像素灰度值 變化小于10的連續(xù)區(qū)域，用數(shù)組c中的元素值替換各連續(xù)區(qū)域的像素值，逐個(gè)進(jìn)行連續(xù)區(qū)域 數(shù)字標(biāo)記。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述對(duì)陶瓷釉SEM圖像微相形狀距離的計(jì)算方法，其特征在于，所述 判斷是根據(jù)連續(xù)區(qū)域標(biāo)記數(shù)字判斷，數(shù)字相同就屬于同一個(gè)微相，計(jì)算不同微相的形狀信 息。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述對(duì)陶瓷釉SEM圖像微相形狀距離的計(jì)算方法，其特征在于，所述 形狀信息至少包括圓形度、半徑以及球心，距離信息是指兩球心之距離，其中圓形度計(jì)算公 4τγΛ 式為C = ^，其中C為圓形度，A為微相微球面積，P為微相微球周長，半徑計(jì)算公式為 2 J Γ = ^，球心由球心像素位置信息得到，兩球心之距離通過球心坐標(biāo)直接計(jì)算獲取。 π P
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK105894510SQ201610196318
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年3月31日
【發(fā)明人】王曉霞, 王芬, 姚斌, 何立風(fēng)
【申請(qǐng)人】陜西科技大學(xué)