顆粒圖像分析的主要步驟

顆粒圖像分析是顆粒表征的關(guān)鍵方法之一。本文將討論顆粒圖像分析的主要步驟。

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什么是顆粒圖像分析？

顆粒的圖像分析是通過圖像有效地確定顆粒的物理參數(shù)，如大小和形狀。根據(jù)測量過程中顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，圖像分析方法可分為靜態(tài)圖像分析方法和動(dòng)態(tài)圖像分析方法。

與靜態(tài)光散射等替代方法相比，自動(dòng)成像方法在確定材料的粒度分布方面具有多種優(yōu)勢(shì)。例如，使用成像方法可以對(duì)每個(gè)顆粒進(jìn)行拍照和單獨(dú)分析，從而可以對(duì)顆粒尺寸和顆粒形狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

通過對(duì)顆粒形狀和大小的分析，可以檢測到細(xì)小和過大的顆粒，每個(gè)顆粒的形狀和大小參數(shù)更有意義，根據(jù)特定任務(wù)在體積/面積/數(shù)量分布類型之間靈活轉(zhuǎn)換，對(duì)分散樣品狀態(tài)進(jìn)行虛擬評(píng)估，以及提高材料的區(qū)分度，這些都有利于確定顆粒的大小/形狀分布。

顆粒圖像分析的主要步驟

顆粒圖像分析的主要步驟包括圖像采集、圖像處理和顆粒檢測，以及顆粒大小和形狀計(jì)算。

圖像采集

圖像采集是圖像分析的第一步，使用不同的成像設(shè)備（如高速數(shù)碼相機(jī)或配備數(shù)碼相機(jī)的復(fù)合顯微鏡）以足夠高的分辨率對(duì)顆粒成像，以準(zhǔn)確分辨顆粒特征。

使用適當(dāng)?shù)姆糯蟊堵屎秃线m的數(shù)值孔徑可確保足夠的分辨率。在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)圖像分析中，這一過程涉及捕捉三維（3D）粒子的二維（2D）圖像。在動(dòng)態(tài)圖像分析中，顆粒在檢測光學(xué)器件上的表現(xiàn)取決于幾個(gè)參數(shù)，包括稀釋劑的粘度和流速以及樣品架的厚度。

在靜態(tài)圖像分析中，顆粒以其最大的橫截面積呈現(xiàn)，與檢測系統(tǒng)和光線垂直。因此，檢測系統(tǒng)分析的圖像主要是最大橫截面的投影。在圖像采集過程中，必須通過提高對(duì)比度來避免折射率匹配。

圖像處理和顆粒檢測

采集的圖像被數(shù)字化為像素，每個(gè)像素包含兩種信息，包括強(qiáng)度和位置。圖像可以是黑白的，也稱為灰度圖像，也可以是彩色的，這取決于相機(jī)的樣式和質(zhì)量。

彩色圖像通常會(huì)轉(zhuǎn)換成灰度圖像，以便對(duì)顆粒進(jìn)行圖像分析。在大多數(shù)系統(tǒng)中，灰度是由白光強(qiáng)度定義的，強(qiáng)度值為零表示沒有白光，而最大 255 強(qiáng)度值則表示強(qiáng)度最高的白光。

粒子的邊緣由閾值定義，閾值是一個(gè)將灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像的過程。在這種技術(shù)中，必須超過所定義的閾值才能獲得物品的邊緣。

例如，如果測得圖像背景的強(qiáng)度值為 150，而閾值選為 100，那么視場內(nèi)任何地方的像素強(qiáng)度值高于 100 的地方都會(huì)被視為顆粒的內(nèi)部或邊緣。

然而，當(dāng)所選閾值過低或過高時(shí)，閾值法可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差。在二值圖像中，粒子邊緣必須平滑、深色，周圍不能有淺色光暈，邊緣不能有侵蝕。

極低的閾值會(huì)導(dǎo)致實(shí)際顆粒邊緣發(fā)生侵蝕，從而影響多個(gè)形狀測量結(jié)果，而過高的閾值則會(huì)導(dǎo)致顆粒數(shù)據(jù)周圍形成光暈。

這個(gè)問題可以通過為所有視場選擇一個(gè)恒定的閾值來解決。具體來說，在每次分析和樣品制備之前，都必須通過測量入射光強(qiáng)度并將其自動(dòng)調(diào)整為恒定值，從而在背景中保持一致的灰度或強(qiáng)度值。

粒度和形狀計(jì)算

粒度和粒形測量可在清晰界定顆粒邊緣后進(jìn)行。顆粒的形狀和大小可以用不同的參數(shù)來測量，如面積、周長、費(fèi)雷直徑、長寬比、凸度、圓度、圓形等效直徑和球形等效體積。

雖然等效面積直徑和費(fèi)雷特直徑都可用于測量粒度分布，但與等效面積直徑相比，費(fèi)雷特直徑在測量粒度分布方面顯示出更高的精度。通過分析形狀和粒度參數(shù)，可以獲得有關(guān)顆粒行為和特性的信息。

參考資料

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