СПОСОБ РАСЧЕТА НЕПРЕРЫВНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОР ПО РАЗМЕРУ НА ОСНОВЕ ДВУМЕРНОГО ЦИФРОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
METHOD OF CALCULATING CONTINUOUS PORE DISTRIBUTION BY SIZE BASED ON A TWO-DIMENSIONAL DIGITAL IMAGE

ОБЛАСТЬ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к области обработки изображений, в частности, к способу расчета непрерывного распределения пор по размеру на основе двумерного цифрового изображения.
СУЩЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В настоящее время для определения распределения пор по радиусу в образце материала применяется метод испытания с внедрением ртути. Несмотря на то, что этот способ позволяет определить непрерывное распределение пор, он выдает только итоговые данные по сравнению с цифровым изображением, а промежуточные данные и данные визуализации в ходе обработки изображения опускаются. Кроме того, испытания с внедрением ртути по стандартной методике могут значительно повлиять на точность измерения размеров пор, если в образце имеются поры нестандартного профиля, например, поры в форме чернильницы. Также при ртутной порозиметрии ртуть в образец внедряют под относительно высоким давлением, которое разрушает структуру пор в образце, в результате чего в итоговых результатах могут быть отклонения. На относительно непрочных образцах ртутную порозиметрию нельзя использовать в принципе, в то время как способ обработки изображения позволил бы избежать таких проблем.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача
[0003] Задачей настоящего изобретения является сгладить недостатки существующего уровня техники, а именно невозможность получить данные о непрерывном распределении пор по размеру по двухмерному цифровому изображению, нарушение геометрии нестандартных пор и сниженная точность определения при работе под относительно высоким давлением в результате использования способа с внедрением ртути. Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ расчета непрерывного распределения пор по размеру на основе двумерного цифрового изображения и получить эффективные, точные и наглядные данные о распределении пор по размеру в испытуемом материале, нивелировать воздействие пор особой конфигурации, в частности, пор в форме чернильницы, на результаты измерения и значительно повысить точность измерения размеров пор.
Техническое решение
[0004] Для решения поставленной задачи в варианте осуществления настоящего изобретения применяется следующее техническое решение: способ расчета непрерывного распределения пор по размеру на основе двумерного цифрового изображения с целью повышения точности определения размеров пор, включающий в себя следующие этапы: S1 - получение оригинального цифрового изображения испытуемого материала и выполнение пороговой сегментации оригинального цифрового изображения для получения двоичного изображения как минимум с одной порой, при этом оригинальное изображение представляет собой двумерное изображение; S2 - расчет евклидова расстояния от каждого пикселя каждой поры на двоичном изображении до границы поры; S3 – извлечение пикселей с одинаковым расстоянием до границы поры и формирование как минимум одной замкнутой изограммы для каждой поры; S4 – получение заданного евклидова расстояния и расширение изограмм, соответствующих заданному евклидовому расстоянию, на заданное евклидово расстояние для получения соответствующих расширенных линий; S5 – выполняют расчет общей площади области внутри дуги, образованной всеми дугами в составе расширенных линий; S6 – расчет площади пор, размер которых равен заданному евклидовому расстоянию, исходя из общей площади, и получение непрерывного распределения пор по размеру для испытуемого материала.
[0005] Согласно способу расчета непрерывного распределения пор по размеру на основе двумерного цифрового изображения в представленном варианте осуществления изобретения, изограммы пор формируют, получая двоичное изображение и определяя евклидово расстояние от каждого пикселя каждой поры на двоичном изображении до границы поры, затем определенная изограмма, принятая за центр, расширяется наружу на соответствующее значение, равное такому расстоянию, после чего находят площадь области внутри дуги, полученной в результате такого расширения, по которой вычисляют непрерывное распределение пор по размерам. Таким образом, можно получить эффективные, точные и наглядные данные о распределении пор по размеру в испытуемом материале, нивелировать воздействие пор особой конфигурации, в частности, пор в форме чернильницы, на результаты измерения и значительно повысить точность измерения размеров пор.
[0006] Кроме того, способ расчета непрерывного распределения пор по размеру на основе двумерного цифрового изображения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения обладает следующими дополнительными техническими особенностями.
[0007] Кроме того, этап S6 включает в себя следующие подэтапы: S61 – увеличение заданного евклидова расстояния от 0 через заданный интервал, который принимается за длину шага, до максимального значения евклидова расстояния, рассчитанного на этапе S2, и последовательный расчет общей площади, соответствующей каждому заданному евклидову расстоянию, как описано на этапах S4-S5; S62 – определение первого заданного евклидова расстояния и второго заданного евклидова расстояния, где второе заданное евклидово расстояние получен путем увеличения первого заданного евклидова расстояния на заданный интервал; S63 – расчет разницы между общей площадью, соответствующей первому заданному евклидову расстоянию, и общей площадью, соответствующей второму заданному евклидову расстоянию, чтобы получить площадь пор, размер которых равен первому заданному евклидову расстоянию; S64 – получение непрерывного распределения пор по размерам для испытуемого материала согласно этапам S62-S63.
[0008] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, оригинал цифрового изображения испытуемого материала получают с использованием просвечивающего электронного микроскопа, сканирующего электронного микроскопа или средового сканирующего электронного микроскопа.
[0009] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, заданный интервал представляет собой расстояние между смежными пикселями в двоичном изображении.
[0010] Предпочтительно заданный интервал равен 1 мкм.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0011] Фигура 1 – блок-схема способа расчета непрерывного распределения пор по размеру на основе двумерного цифрового изображения в представленном варианте осуществления изобретения.
[0012] Фигура 2 – схема двоичного изображения поры согласно одному из вариантов осуществления изобретения.
[0013] Фигура 3 – схема границы поры согласно одному из вариантов осуществления изобретения.
[0014] Фигура. 4 – схема изограммы согласно одному из вариантов осуществления изобретения.
[0015] Фигура 5 – схема поры согласно одному из вариантов осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0016] Далее приводится подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Аналогичные или схожие числовые значения относятся к аналогичным или схожим элементам или элементам, обладающим аналогичными или схожими функциями. Ниже описаны примерные варианты осуществления изобретения со ссылкой на чертежи, не ограничивающие область применения настоящего изобретения.
[0017] Далее следует описание способа расчета непрерывного распределения пор по размеру на основе двумерного цифрового изображения в представленном варианте осуществления изобретения со ссылкой на чертежи.
[0018] Фигура 1 – блок-схема способа расчета непрерывного распределения пор по размеру на основе двумерного цифрового изображения в представленном варианте осуществления изобретения.
[0019] Как показано на Фигуре 1, способ расчета непрерывного распределения пор по размеру на основе двумерного цифрового изображения с целью повышения точности определения размеров пор включает в себя следующие этапы.
[0020] S1: Получение оригинального цифрового изображения испытуемого материала и выполнение пороговой сегментации оригинального цифрового изображения для получения двоичного изображения как минимум с одной порой, при этом оригинальное изображение представляет собой двумерное изображение.
[0021] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, оригинал цифрового изображения испытуемого материала получают с использованием просвечивающего электронного микроскопа, сканирующего электронного микроскопа или средового сканирующего электронного микроскопа.
[0022] S2 - расчет евклидова расстояния от каждого пикселя каждой поры на двоичном изображении до границы поры.
[0023] Граница поры представляет собой линию, разделяющую пору и субстрат. На двумерном изображении пора является двумерной. Пример двоичного изображения с двумерной порой представлен на Фигуре 2, а пример границы двумерной поры показан на Фигуре 3.
[0024] S3: Извлечение пикселей с одинаковым расстоянием до границы поры и формирование как минимум одной замкнутой изограммы для каждой поры.
[0025] Как показано на Фигуре 4, в двумерной поре формируется как минимум одна замкнутая изограмма, а евклидово расстояние от пикселей каждой изограммы до границы поры одинаково.
[0026] S4: Получение заданного евклидова расстояния и расширение изограмм, соответствующих заданному евклидовому расстоянию, на заданное евклидово расстояние для получения соответствующих расширенных линий.
[0027] S5: Выполняют расчет общей площади области внутри дуги, образованной всеми дугами в составе расширенных линий.
[0028] S6: Расчет площади пор, размер которых равен заданному евклидовому расстоянию, исходя из общей площади, и получение непрерывного распределения пор по размеру для испытуемого материала.
[0029] Кроме того, этап S6 включает в себя следующие подэтапы.
[0030] S61: Увеличение заданного евклидова расстояния от 0 через заданный интервал, который принимается за длину шага, до максимального значения евклидова расстояния, рассчитанного на этапе S2, и последовательный расчет общей площади, соответствующей каждому заданному евклидову расстоянию, как описано на этапах S4-S5.
[0031] Несколько заданных евклидовых расстояний можно получить путем увеличения заданного интервала, который принимается за длину шага, с 0 до максимальной величины. Если говорить о двумерном изображении, для каждого заданного евклидова расстояния, изограммы, соответствующие заданному евклидову расстоянию расширяются наружу и образуют соответствующие расширенные линии. Для каждой поры такая расширенная линия является границей поры. Затем рассчитывают общую площадь под дугой, образованной дугами всех расширенных линий, то есть, получают общую площадь, соответствующую заданному евклидовому расстоянию.
[0032] Следует понимать, что, так как изограммы формируются на основании евклидова расстояния до пикселей, заданный интервал должен быть кратным расстоянию между смежными пикселями на двумерном изображении, а его минимальная величина должна быть равной расстоянию между смежными пикселями на двумерном изображении. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, заданный интервал равен 1 мкм.
[0033] S62: Определение первого заданного евклидова расстояния и второго заданного евклидова расстояния, где второе заданное евклидово расстояние получено путем увеличения первого заданного евклидова расстояния на заданный интервал.
[0034] Таким образом, на этапе S61 определяются два смежных заданных евклидовых расстояния в процессе увеличения заданного евклидова расстояния.
[0035] S63: Расчет разницы между общей площадью, соответствующей первому заданному евклидову расстоянию, и общей площадью, соответствующей второму заданному евклидову расстоянию, чтобы получить площадь пор, размер которых равен первому заданному евклидову расстоянию.
[0036] Первое заданное евклидово расстояние меньше второго заданного евклидова расстояния, а общая площадь, соответствующая первому заданному евклидову расстоянию, включает в себя площадь пор, размер которых равен первому заданному евклидову расстоянию, площадь пор, размер которых равен второму заданному евклидову расстоянию, и площадь пор, размер которых выше второго заданного евклидова расстояния, так что разница между общей площадью, соответствующей первому заданному евклидову расстоянию, и общей площадью, соответствующей второму заданному евклидову расстоянию, и будет площадью пор, размер которых равен первому заданному евклидову расстоянию.
[0037] S64: получение непрерывного распределения пор по размерам для испытуемого материала согласно этапам S62-S63.
[0038] Рассчитывают площадь пор, размер которых равен каждому заданному евклидову расстоянию, для получения непрерывного распределения пор по размерам для испытуемого материала.
[0039] Кроме того, из описания этого способа очевидно, что полученное непрерывное распределение пор по размерам будет точнее, если задать меньший интервал, так что значение заданного интервала устанавливается в соответствии с требованием к точности непрерывного распределения пор.
[0040] Для упрощения понимания ниже способ расчета непрерывного распределения пор по размеру на основе двумерного цифрового изображения в предпочтительном варианте осуществления рассматривается на простых примерах.
[0041] Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, предполагается, что на двумерном изображении имеется две поры a и b, как показано на Фигуре 5, при этом a имеет неравномерную конфигурацию.
[0042] Как показано на фигуре 5, у поры а имеется две изограммы по 1 мкм, одна изограмма 2 мк и одна изограмма по 3 мкм, а у поры b – одна изограмма 1 мкм и одна изограмма 2 мкм. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, значение наибольшей изограммы считается радиусом наибольшей поры.
[0043] Предполагается, что при заданном интервале 1 мкм, имеется всего четыре заданных евклидовых расстояния: 0, 1 мкм, 2 мкм и 3 мкм, при увеличении заданного интервала, выступающего в качестве длины шага, с 0 до наибольшего значения. Общая площадь, соответствующая 0, представляет собой сумму площадей поры a и поры b; общая площадь, соответствующая 1 мкм, представляет собой общую площадь поры a и поры b и равна сумме общих площадей поры а и поры b; общая площадь, соответствующая 2 мкм, равна сумме площадей участка a2 поры a и поры b, а общая площадь, соответствующая 3 мкм, равна площади участка a2 поры a. Следовательно, площадь поры размером 1 мкм будет соответствовать площади участка а2 поры а, площадь поры размером 2 мкм будет соответствовать площади поры b, а площадь поры размером 3 мкм будет соответствовать площади участка а2 поры а. Таким образом, можно получить распределение пор по трем размерам для двух пор.
[0044] Способ расчета непрерывного распределения пор по размеру на основе двумерного цифрового изображения в предпочтительном варианте осуществления позволяет сформировать изограммы пор путем получения двоичного изображения пор и определения евклидова расстояния от каждого пикселя каждой поры на двоичном изображении до границы поры, затем определенная изограмма, принятая за центр, расширяется наружу на значение, равное расстоянию, а после находят площадь или объем участка под дугой, полученной в результате такого расширения, и с по этому значению вычисляют непрерывное распределение пор по размерам. Таким образом, можно получить эффективные, точные и наглядные данные о распределении пор по размеру в испытуемом материале, нивелировать воздействие пор особой конфигурации, в частности, пор в форме чернильницы, на результаты измерения и значительно повысить точность измерения размеров пор.
[0045] В описании настоящего изобретения определения, которые используются для описания направления или взаимного расположения, такие как «центральный», «продольный», «поперечный», «длина», «ширина», «толщина», «верх», «низ», «передний», «задний», «левый», «правый», «вертикальный», «горизонтальный», «верхний», «нижний», «внутрь», «наружу», «по часовой стрелке», «против часовой стрелки», «в осевом направлении», «в радиальном направлении», «по окружности», соответствуют направлениям или взаимным расположениям, показанным на прилагаемых чертежах, и приводятся для облегчения понимания и удобства описания настоящего изобретения, и не подразумевают, что в устройствах, где реализуется этот способ, должны использоваться конкретные направления и взаимное расположения. Таким образом, приведенные термины и определения не носят ограничительный характер.
[0046] Кроме того, такие определения, как «первый» и «второй» носят исключительно описательный характер, но не относятся к значимости или последовательности указанных технических характеристик.  Следовательно, характеристики, обозначенные определениями «первый» и «второй», могут распространяться на несколько элементов. В описании настоящего изобретения, если не указано обратное, определение «несколько» подразумевает, что количество элементов равно 2 или превышает 2.
[0047] В описании настоящего изобретения, если не указано обратное, определения «крепящийся», «соединенный», «соединяющий» и «установленный» используются в общем смысле. Например, они могут включать в себя неподвижное, разъемное или комплексное соединение. Также этом может быть механическое и электрическое соединение. Соединение также может быть прямым и опосредованным. Это может быть стыковка внутренних частей двух элементов или их взаимодействие. Конкретные значения настоящих определений очевидны специалистам применительно к конкретным вариантам реализации.
[0048] В описании настоящего изобретения, если не указано обратное, употребление определений «сверху» или «снизу» по отношению к первой характеристик может как подразумевать наличие прямого контакта между первой и второй характеристикой или наличие опосредованного контакта между ними. Кроме этого, употребление определений «на», «над» или «сверху от» применительно к первой характеристике по отношению ко второй характеристике означает как то, что первая характеристика находится прямо над второй, так и то, что она может находиться опосредованно над второй, или же может означать, что горизонтальная высота первой характеристики выше второй. Употребление определений «под», «снизу» применительно к первой характеристике по отношению ко второй означает, что первая характеристика находится прямо под второй, опосредованно под второй или что ее горизонтальная высота ниже второй.
[0049] В описании настоящего изобретения, ссылки на определения «один из вариантов осуществления изобретения», «некоторые варианты осуществления изобретения», «пример», «конкретный пример» и т.д. означают, что конкретные характеристики, конструкции, материалы или свойства характерны как минимум для одного варианта осуществления изобретения или его примера. В настоящем описании схематическое представление вышеприведенных определений не обязательно относится к одному и тому же варианту осуществления изобретения. Кроме того, описанные здесь конкретные характеристики, конструкции, материалы или свойства могут соответствующим образом сочетаться в одном или нескольких вариантах или примерах осуществления изобретения.  Кроме того, специалисты могут сочетать и стыковать различные варианты или примеры осуществления изобретения, которые описываются здесь, друг с другом бесконфликтно.
[0050] Хотя выше представлено описание вариантов осуществления изобретения, представленные описания носят примерный характер и не ограничивают применение настоящего изобретения. В варианты осуществления настоящего изобретения специалисты могут вносить различные изменения и улучшения, а любые представленные здесь описания не могут считаться ограничивающими смысл настоящего изобретения.