【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及材料科學(xué)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)的方法。
技術(shù)介紹
1、在材料科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，獲取金屬試樣的金相圖是實驗室常見的檢測方法。晶界是相鄰晶粒之間的界面，是材料中最常見的一種晶格缺陷，微觀下的晶粒大小、晶界和組織結(jié)構(gòu)對材料的力學(xué)性能，諸如拉伸強(qiáng)度、韌性、塑性等提供了重要依據(jù)，因此被廣泛應(yīng)用于各個設(shè)計、制造領(lǐng)域。
2、通過金相圖中晶粒的形貌可以預(yù)測材料的相關(guān)性能，晶粒的二維圖像在組織結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)性質(zhì)的研究中占據(jù)著核心地位，是深入理解材料微觀特征的關(guān)鍵所在。晶界通常被體積所掩蓋，其提取過程極具挑戰(zhàn)性。特別是，晶界的提取和缺失晶界的連接與重建，始終是金相圖處理中的核心難點(diǎn)與重點(diǎn)。晶界的準(zhǔn)確提取與重建是金相分析領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)之一，其結(jié)果的準(zhǔn)確性直接影響到整個分析過程的精度。在晶界的提取與重建過程中，核心要素在于對圖像實施高效、精確且合理的分割策略。金相分析這一領(lǐng)域，主要依靠專業(yè)人士通過顯微鏡細(xì)致觀察并準(zhǔn)確記錄晶粒尺寸等關(guān)鍵參數(shù)。然而，鑒于人工操作固有的不穩(wěn)定性，包括但不限于時間消耗、經(jīng)驗差異及技術(shù)水平的波動，這些因素均可能顯著擴(kuò)大分析結(jié)果的誤差范圍。因為分析過程的精確性與可靠性，對晶界提取與重建的精度影響很大。所以基于計算機(jī)技術(shù)與圖像處理技術(shù)的深度融合，本文創(chuàng)新性地提出了3d思維算法，以解決金相圖像處理中缺失的晶界的填補(bǔ)問題。金屬材料的微觀組織結(jié)構(gòu)對其力學(xué)性能具有決定性影響，而金相圖的微觀結(jié)構(gòu)是分析這些性能的重要依據(jù)。在金屬試樣圖像的制備過程中，不可避免地會出現(xiàn)晶界模糊或缺失等缺陷，這些缺陷為晶
3、現(xiàn)有技術(shù)中，利用三維信息（例如晶體的三維電子顯微鏡圖像、x射線斷層掃描等技術(shù)）進(jìn)行晶界分析已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但如何基于這些三維信息精確地填補(bǔ)二維晶界缺失，仍然是一個技術(shù)難題。因此，提出了一種基于三維信息對二維晶界缺失進(jìn)行填補(bǔ)的方法，以期實現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的晶界修復(fù)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)不足，為了能夠有效提升晶體材料的結(jié)構(gòu)完整性與性能，本專利技術(shù)提供了一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)的方法，能夠充分地利用空間位置的概念，對二維缺失的晶界圖進(jìn)行填補(bǔ)，實現(xiàn)高效、完整、準(zhǔn)確的二維晶界圖，方便后續(xù)的三維重構(gòu)。
2、為了解決上述技術(shù)問題，本申請?zhí)峁┝巳缦录夹g(shù)方案：
3、利用高分辨率二維成像技術(shù)采集試樣的一系列金相組織圖像堆，并基于特定標(biāo)記點(diǎn)采用圖像配準(zhǔn)算法對所有金相組織圖像進(jìn)行基準(zhǔn)配準(zhǔn)，以精確關(guān)聯(lián)空間信息，其中所述圖像配準(zhǔn)算法借助專業(yè)圖像處理軟件的特定指令實現(xiàn)精準(zhǔn)定位；
4、手繪完善第一層金相圖的晶界使其完整，隨后對所有金相圖進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理操作涵蓋采用浮點(diǎn)計算法的灰度化處理、基于均衡化技術(shù)公式的圖像增強(qiáng)以及結(jié)合高斯濾波和小波變換的圖像平滑濾波，確保圖像質(zhì)量滿足后續(xù)處理要求；
5、運(yùn)用特定函數(shù)消除金相圖像中的噪點(diǎn)，依據(jù)預(yù)定公式進(jìn)行二值化操作，再利用專業(yè)軟件工具針對晶界寬度不一致及飛邊毛刺等問題進(jìn)行細(xì)化處理，以獲得清晰的晶界圖像；
6、通過設(shè)定不同的閾值?disk，在保持晶界幾何特征下對金相圖中的每個晶粒執(zhí)行多尺度迭代腐蝕操作，在晶粒完全消失前的特定迭代狀態(tài)下獲取晶粒中心點(diǎn)，并記錄這些中心點(diǎn)作為種子記錄標(biāo)記點(diǎn)，為后續(xù)分析提供基礎(chǔ)；
7、針對每個種子記錄標(biāo)記點(diǎn)實施以?45°?間隔的八個方位追蹤策略，從標(biāo)記點(diǎn)出發(fā)持續(xù)追蹤直至遇到晶界，在此過程中精確記錄每個線段的長度，進(jìn)而算出相鄰晶粒比例參數(shù)，以確定晶粒間的相對關(guān)系；
8、對第一層完整金相圖中的每個晶粒進(jìn)行邊緣檢測提取輪廓，并依據(jù)相鄰兩層間計算得出的比例參數(shù)進(jìn)行縮放操作，為后續(xù)填補(bǔ)提供準(zhǔn)確的模板；
9、采用專門開發(fā)的程序?qū)Φ诙咏鹣鄨D的每個晶粒依次進(jìn)行填補(bǔ)，在填補(bǔ)過程中依據(jù)前期計算和處理的結(jié)果進(jìn)行智能判斷和操作，循環(huán)至完成該層所有晶粒填補(bǔ)，獲得第二層完整金相圖；
10、循環(huán)執(zhí)行上述填補(bǔ)過程，對后續(xù)各層金相圖依次進(jìn)行處理，直至輸出所有層完整金相圖，實現(xiàn)晶界的全面自動填補(bǔ)，確保填補(bǔ)結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性。
11、本專利技術(shù)一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)方法，包括：
12、步驟1：讀入試樣的一系列金相組織圖像堆，對所有金相組織圖像進(jìn)行基準(zhǔn)配準(zhǔn)，用于關(guān)聯(lián)空間信息；
13、步驟2：手繪完成第一層完整晶界金相圖，對所有金相圖進(jìn)行預(yù)處理；
14、步驟3：去除噪點(diǎn)并二值化后進(jìn)行細(xì)化處理；
15、步驟4：對金相圖中的每個晶粒進(jìn)行迭代腐蝕出晶粒中心，得到多個種子記錄標(biāo)記點(diǎn)；
16、步驟5：對每個晶粒進(jìn)行八方位追蹤算出其相鄰層的比例參數(shù)；
17、步驟6：對第一層完整金相圖進(jìn)行邊緣檢測提取后按照比例縮放；
18、步驟7：對第二層金相圖每個晶粒依次進(jìn)行填補(bǔ)，獲得第二層完整金相圖；
19、步驟8：依次獲得所有層完整金相圖并輸出。
20、較佳的，所述s1中包含：
21、s1.1對試樣進(jìn)行熱處理后鑲嵌、打磨、打菱形標(biāo)記點(diǎn)、拋光、腐蝕、拍照等操作得到第一張金相圖，重復(fù)拋光、腐蝕、拍照操作得到同一區(qū)域第二張、第三張等一系列金相圖。
22、s1.2在針對特定區(qū)域的處理過程中，采用image?j軟件對一系列金相圖進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膱D像處理操作。具體而言，將菱形標(biāo)記點(diǎn)作為參照，運(yùn)用plugins、registration以及sift指令，確保所有圖像在上下位置上的精確配準(zhǔn)，以實現(xiàn)圖像分析的一致性和準(zhǔn)確性。通過精確裁剪所需區(qū)域，可生成一系列圖片堆。
23、較佳的，所述s2中包含：
24、s2.1手動完善第一張金相圖像，以確保其晶界的完整性。后續(xù)所有金相圖像的晶界填補(bǔ)工作可通過計算機(jī)自動完成；
25、s2.2對所有金相圖進(jìn)行灰度化處理，圖像增強(qiáng)，圖像平滑濾波；
26、s2.2.1灰度化處理采用浮點(diǎn)計算法；
27、s2.2.2圖像增強(qiáng)采用均衡化技術(shù)公式；
28、s2.2.3圖像平滑濾波采用高斯濾波和小波變換。
29、較佳的，所述s3中包含：
30、s3.1利用imfill函數(shù)對金相圖像中的噪點(diǎn)進(jìn)行消除處理；
31、s3.2利用公式對金相圖像進(jìn)行二值化操作；
32、s3.3采用matlab對晶界寬度不一致及飛邊毛刺等不良現(xiàn)象進(jìn)行細(xì)化處理。
33、較佳的，所需步驟s4中具體步驟為：
34、s4.1設(shè)定不同的閾值disk，在保持晶界幾何特征下對給定的圖像進(jìn)行多尺度的迭代腐蝕處理；在此過程中，每完成一次腐蝕操作，晶粒的邊界將向內(nèi)部縮減一層，直至晶粒在完全消失之前的一次迭代狀態(tài)，獲得晶粒中心點(diǎn)；
35、s4.2采用數(shù)學(xué)模型高斯曲率或平均曲率描述晶界曲率，通過局部晶界幾何特性計算彎曲程度，推算填補(bǔ)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)方法，其特征在于，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)方法，其特征在于，所述S1中包含：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)方法，其特征在于，所述S2中包含：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)方法，其特征在于，所述S3中包含：
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)方法，其特征在于，所述S4中包含：
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)方法，其特征在于，所述S5中包含：
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)方法，其特征在于，所述S6中包含：
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)方法，其特征在于，所述S7中包含：
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)方法，其特征在于，所述S8中依次獲得并輸出所有層
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)方法，其特征在于，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)方法，其特征在于，所述s1中包含：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)方法，其特征在于，所述s2中包含：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)方法，其特征在于，所述s3中包含：
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于三維信息對二維晶界缺失填補(bǔ)方法，其特征在于，所述s4中包含：
7.根據(jù)權(quán)利...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃素霞，張博函，李河宗，曹晶晶，李子豪，郝文強(qiáng)，
申請(專利權(quán))人：河北工程大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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