基于TEM纳米颗粒的图像识别

发布时间：2017-11-03 10:13

  本文关键词：基于TEM纳米颗粒的图像识别

  更多相关文章： 纳米颗粒 平滑 背景分割 分水岭分割 粒度统计

【摘要】：纳米科技是20世纪80年代逐渐发展起来的新兴科学技术,也是21世纪科技产业革命的重要内容之一。纳米材料颗粒粒度分布是影响材料性能的关键性因素之一,是表征零维纳米材料的重要参数之一。如何检测和评价纳米材料颗粒粒度及其性能成为了零维纳米材料制备和应用方面要解决的首要问题。透射电子显微镜(TEM)就是纳米材料表征的重要工具,它可以观察到在光学显微镜下无法看清的小于0.2um的亚显微或超微结构,目前TEM的分辨率可达0.1～0.2nnm,可以用于观察样品的精细结构,甚至可以用于观察仅仅一列原子的结构。本文利用数字图像处理相关知识对近年来颗粒识别技术相关的理论和算法做了较为全面的了解和分析,并着重对纳米颗粒识别技术中背景分割、粘连颗粒分割、参数统计等三个关键算法做了深入探讨和研究。在此基础上,使用Java程序设计语言,在跨平台的基础上设计了一套具有阈值分割、粘连颗粒分割及对纳米颗粒大小、颗粒数、圆度等参数实现自动统计的实用软件。本文具体工作如下：首先对TEM做了简单的介绍和分析工作,进而更好地了解TEM图像的特点。结合TEM图像的特点通过平滑等图像预处理技术对图像进行初步的处理工作,改善了TEM图像的质量,为纳米颗粒图像的后续处理及分析工作奠定了基础。在TEM纳米颗粒图像的颗粒识别中,颗粒与背景的分割是整个识别过程的基础和难点,本文通过对多种背景分割方法进行优缺点对比,结合TEM纳米颗粒图像的特点采用最大相关性准则方法将颗粒与背景进行分割,在分割的过程中当目标像素与背景像素接近时,容易把目标分割成背景,造成颗粒内部出现孔洞,需要对孔洞进行填充。由于TEM纳米颗粒图像的特殊性,总会出现少部分多个颗粒粘连在一起甚至团聚的现象,颗粒图像的粘连颗粒分割是纳米颗粒识别系统中的一个难点。本文研究了传统的分水岭算法和常见的分水岭变换算法,比较分析了它们在粘连颗粒分割中的优缺点,最后采用快速分水岭变换与区域融合相结合的方法来实现图像粘连颗粒的分割,分割效果较好,可以准确地将粘连的纳米颗粒分开来,处理后的图像能够更好的实现颗粒数目、大小(面积)、周长等统计。最后是对纳米颗粒参数的统计工作,本文采用递推方法对纳米颗粒面积、数目进行计算,对于颗粒的周长则采用链式编码的方式。软件系统实现部分是使用Java程序设计语言,在跨平台的基础上设计实现对TEM纳米颗粒的识别和颗粒数目、大小(面积)、圆度等参数的统计工作。通过对系统进行测试表明：该系统可以完成对TEM纳米颗粒图片的导入,并能够实现TEM纳米颗粒识别以及各参数的统计工作,基本达到了设计目的。系统运行稳定,通过和人工统计结果对比,系统测试时整体自动识别误差为12%。本文所设计的纳米颗粒图像识别系统,使用方便、识别速度快、准确率较高,具有较好的应用前景。
【关键词】：纳米颗粒 平滑 背景分割 分水岭分割 粒度统计
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;TB383.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题来源及研究目的意义9
• 1.2 纳米颗粒识别研究现状9-12
• 1.2.1 筛析法9
• 1.2.2 激光粒度法9-10
• 1.2.3 颗粒沉降法10
• 1.2.4 比表面积法10-11
• 1.2.5 喇曼散射法11
• 1.2.6 X衍射线宽法11
• 1.2.7 电超声粒度法11-12
• 1.2.8 电阻法12
• 1.2.9 电子显微法12
• 1.3 纳米颗粒图像识别主要内容12-14
• 第2章 透射电子显微镜14-18
• 2.1 透射电子显微镜(TEM)的结构及工作原理14-16
• 2.1.1 照明系统14-15
• 2.1.2 成像系统15-16
• 2.1.3 观察记录系统16
• 2.2 透射电子显微镜(TEM)的成像原理16
• 2.3 透射电子显微镜(TEM)的应用16-17
• 2.4 本章小结17-18
• 第3章 纳米颗粒图像背景分割18-40
• 3.1 颗粒图像背景分割现状18
• 3.2 图像预处理技术18-22
• 3.2.1 邻域平均法18-19
• 3.2.2 加权平均值法19-20
• 3.2.3 选择式掩膜平滑方法20-22
• 3.2.4 中值滤波方法22
• 3.3 纳米颗粒图像背景分割(二值化处理)22-38
• 3.3.1 基于最小误差方法阈值分割23-26
• 3.3.2 基于最大类间方差方法的阈值分割26-29
• 3.3.3 最大熵的阈值分割29-33
• 3.3.4 基于最大相关性准则33-37
• 3.3.5 算法改进37-38
• 3.4 孔洞填充38
• 3.5 本章小结38-40
• 第4章 纳米颗粒图像粘连颗粒分割40-46
• 4.1 粘连颗粒图像分割的背景现状40
• 4.2 粘连颗粒分割方法40-45
• 4.2.1 分水岭分割算法41-44
• 4.2.2 算法实现44-45
• 4.3 本章小结45-46
• 第5章 纳米颗粒参数统计及计数46-52
• 5.1 颗粒数目、面积统计46
• 5.2 颗粒周长统计46-47
• 5.3 圆度统计47-48
• 5.4 TEM纳米颗粒识别系统实现48-51
• 5.4.1 TEM纳米颗粒识别48-50
• 5.4.2 TEM纳米颗粒识别系统测试50-51
• 5.5 本章小结51-52
• 第6章 总结与展望52-54
• 6.1 总结52
• 6.2 展望52-54
• 参考文献54-58
• 致谢58-59

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本文编号：1135744