[发明专利]一种自动去除水泥浆体背散射电子图像制样缺陷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料分析领域，尤其涉及一种自动去除水泥浆体背散射电子图像制样缺陷的方法。

背景技术

在水泥浆体微观结构研究中，背散射电子图像是一种非常有效的微观测试手段。大量研究表明，用它进行反应进程、界面特征、水化产物的物相组成及其形态与分布、孔结构特征等多项指标的观测都是卓有成效的。目前，这项技术最主要的应用在于测定水泥浆体中熟料的水化程度。

然而，背散射电子图像以样品剖面为观测对象，因此，所用的样品需要经过环氧树脂镶嵌、不同粒级的砂纸和抛光液的研磨、抛光等多道工序加以处理，制样过程十分繁琐。由于水泥浆体是多相、非均质材料，内部还含有为数不少的孔隙，加之水胶比、龄期、辅助胶凝材料的种类及其掺量等多种因素都会影响浆体的硬度以及微观结构的致密程度，因此，其制样工艺需要根据样品特点进行相应调整，不能一成不变。但是，磨抛机的压力、转速、研磨时间、研磨介质的用法、用量等诸多因素都会对磨抛效果产生影响，因此，操作人员往往在样品制备环节耗费了大量时间之后，得到的图像仍然是带有一些瑕疵的。其中，比较常见的是在熟料颗粒上存在一些细小的凹坑或者划痕。

如果用这种带有制样缺陷的图像计算水化程度，会造成计算结果偏高。解决这一问题的传统做法是，将背散射电子图像二值化之后，由操作人员借助专业的图像处理软件，根据材料学的经验，人工去除熟料颗粒上残留的瑕疵。但是，这种做法不仅处理速度慢，而且还会因为操作人员的判断标准不一致而带来误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动去除水泥浆体背散射电子图像制样缺陷的方法，它能够对水泥浆体背散射电子图像的二值化结果进行图像分析，自动识别并去除其中存在的划痕、点蚀、凹坑等制样缺陷。采用图像法计算水泥水化程度时，将该方法纳入其中，可以为背散射电子图像的后期处理节约时间，避免人工操作标准不一致所产生的误差，而且还可以摆脱图像修复阶段对专业图像处理软件的依赖。

本发明提出的自动去除水泥浆体背散射电子图像制样缺陷的方法，具体步骤如下：

(1)   图像读取：采用Photoshop、Matlab或Visual C++等软件，读取水泥浆体原始背散射电子图像的有效观测区域；

(2)   灰度图像二值化处理：计算出步骤(1)所得有效观测区域的灰度直方图，

根据其灰度分布特点，结合原始背散射电子图像特征，人工设定灰度阈值，对有效观测区域进行二值化处理，形成黑白图像，其中白色区域为未水化的水泥熟料颗粒，黑色区域为环氧树脂、水化产物、孔隙和制样缺陷等； 

(3)   用滤波方法自动去除制样缺陷：根据黑白图像的放大倍数，选择滤波模板的像素区域，在待处理的黑白图像中逐点地移动滤波模板，将每一点(x,y)处的取值转变为滤波模板覆盖像素区域内所占比例最高的物相，由此去除大面积白色区域中残留的黑色孤立像素，即熟料中残留的制样缺陷，以及大片黑色区域中残留的白色孤立像素，即通常是灰度图像二值化时由于灰度阈值设定偏低而产生的熟料噪声信号；

(4)   计算未水化水泥熟料的面积：对步骤(3)所得的经过滤波后的图像进行统计分析，计算其中白色区域的像素总数，即为未水化水泥熟料颗粒的总面积。

本发明中，步骤(3)中所述滤波模板的像素区域通常是3×3、5×5或7×7等尺寸的像素区域。

在本发明中，当需要处理的原始背散射电子图像数量较多时，采用批量处理的方法对多张图像进行统一处理，进一步提高图像处理效率。在这种情况下，本发明还可以通过如下技术措施来实现：首先，将全部图像文件进行规范化命名，然后，按照步骤(1)和(2)将原始灰度图像逐一转化为二值化的黑白图像，最后，循环调用步骤(3)和(4)，自动去除全部图像的制样缺陷，同时输出每张图像中未水化水泥熟料颗粒面积的计算结果。

与传统的背散射电子图像缺陷去除方法相比，本发明具有以下特点：

(1)   去除图像缺陷的途径：通过滤波程序，对二值图像中熟料颗粒上残存的制样缺陷进行自动滤波，这可以提高图像处理速度，并且避免人工操作中因缺陷判断标准不一致而产生的误差，此外还可以摆脱对专业图像处理软件的依赖；

(2)   批量处理多张图像：当需要处理的原始背散射电子图像数量较多时，采用批量处理的方法对多张二值化的黑白图像进行统一处理，并将未水化熟料颗粒残核的面积汇总、输出，这可以显著提高图像处理效率。

附图说明

图1是实施例1中硅酸盐水泥水化1d的背散射电子图像(w/c=0.3，图像放大倍数为500倍)。