基于TEM納米顆粒的圖像識(shí)別.pdf

1、納米科技是20世紀(jì)80年代逐漸發(fā)展起來(lái)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(wèn)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(wú)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)0.1～0.2nm，可以用于

2、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(lái)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(yǔ)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)TE

3、M做了簡(jiǎn)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(guò)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(guò)程的基礎(chǔ)和難點(diǎn)，本文通過(guò)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(guò)程中當(dāng)目標(biāo)像素與背景像素接

4、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(jiàn)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(lái)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(kāi)來(lái)，處理后的圖像能夠

5、更好的實(shí)現(xiàn)顆粒數(shù)目、大小（面積）、周長(zhǎng)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(zhǎng)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(yǔ)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?。娣e）、圓度等參數(shù)的統(tǒng)計(jì)工作。通過(guò)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