[发明专利]选区电子衍射图谱图像处理法确定热解炭择优取向度

说明书

技术领域

本发明涉及选区电子衍射图谱图像处理法确定热解炭择优取向度，尤其是选区电子衍射图谱图像处理法确定人工心瓣含硅热解炭涂层择优取向度。

背景技术

    由流化床化学气相沉积（CVD）工艺制备而成的热解炭涂层极易在沉积过程中形成择优取向。择优取向与沉积工艺及沉积条件相关，同时也影响着热解炭涂层的结构与性能。通过制备不同择优取向的热解炭，可以满足不同的材料性能需求，对于人工心瓣热解炭涂层而言，则要求是高密度各向同性热解炭，因此，定量地测定热解炭的择优取向度具有深远的意义。

运用透射电镜可以定量的测定热解炭的取向角，表征其织态结构。对热解炭进行选取电子衍射（SAED）实验，对得到的图谱进行数字化处理后，发现其强度随着方位角的变化呈一定的分布，并且热解炭的织态结构越高，择优取向度就越高，强度峰就越尖锐，反之则宽化。因此可用强度峰的半高宽（Full width at half maximum，FWHM）来定量表示热解炭的择优取向度，称为取向角OA。

过去的X射线衍射实验都是由底片摄取衍射环，只能手工逐点测试衍射强度，工作极其繁琐且易引入人为误差，现在选区电子衍射实验最终得到的都是数字图像，这使衍射强度的测定变得更加简便。但是由于国内外关于热解炭材料的研究很少，关于热解炭择优取向角的研究则更少，导致目前没有一种专业测定取向角的工具，而国外一些作者则使用定制的软件来测定取向角。

发明内容

    本发明针对现有技术的不足，提出了选区电子衍射图谱图像处理法确定热解炭择优取向度。

    本发明选区电子衍射图谱图像处理法确定热解炭择优取向度包括以下步骤：

    步骤一：对选区电子衍射图谱进行二值化处理，二值化阈值设定为50，选出亮度值大于等于50的（002）衍射环及其内部区域，选出区域即为亮区域；

步骤二：对二值化处理得到的图像进行边缘化处理，确定出亮区域的边界，取边界点，根据最小二乘法拟合圆心及半径，其值为（002）衍射环近似的圆心（                                               ，）与半径R；

最小二乘法拟合的公式如下：

（1）

（2）

（3）

其中：为圆心坐标，为半径；

边界上点的坐标分别为；

；

；

；

；

；

；

；

；

；

为矩阵的行数；

    步骤三：根据得到的近似圆心与半径，分别取圆区小半径为近似半径的0.7，圆区大半径为近似半径的1.2，从而抠除（002）衍射环内部及外部的区域，得到一个圆环状的区域，确保圆环区域中最亮区域是且仅是（002）衍射环；

    步骤四：将步骤三中得到的图谱再次进行二值化处理，设定二值化阈值为145，选出圆环状区域中亮度值大于或等于145的部分，该部分即属于（002）衍射环；

步骤五：再次利用最小二乘法根据步骤四得到的的区域拟合得到(002)衍射环的圆心和半径，然后根据几何作图法确定采样点，绘制强度－方位角曲线，从而得到热解炭择优取向度。

本发明考虑到数字图像可以表示为二维数组形式，例如灰度图像中每个像素可以由0（黑）到255（白）的亮度值表示，0—255之间表示不同的灰度级，因此，某一像素点的亮度值可以用函数f(x,y)表示,其中，x，y分别为该像素点在二维数组中的行数与列数。同时对衍射图谱进行分析，发现通常透射束斑与（002）衍射环处较亮，且衍射图背底强度表现为中心区域较高、四周强度渐弱，图谱的整体亮度关于透射束斑成中心对称且高亮度集中在中心附近，针对衍射图谱的上述特征，利用Matlab编制了测定衍射图谱中（002）衍射环强度—方位角曲线的程序。

本发明所述的利用数字图像处理测定人工心瓣热解炭涂层取向角实验方法关键在于获得准确的圆心坐标与半径长度。

    本发明的有益效果是：更加简便、准确地得到热解炭涂层的强度—方位角曲线，从而确定其取向角，对人工心瓣热解炭涂层的结构研究以及沉积工艺、沉积机理研究具有指导性意义。

附图说明            

    图1为选区电子衍射法所得到的人工心瓣含硅热解炭涂层衍射图谱；

    图2为对原图进行二值化处理确定出亮区域；