一种二值化的纳米多孔材料表征方法

摘要

一种基于二值化方法的、结合了扫描云纹技术和灰度共生矩阵处理方法的纳米多孔材料表征方法，通过扫描电子显微镜拍摄被测纳米多孔材料的云纹条纹图像，并采用灰度共生矩阵方法处理该云纹条纹图，通过对获得的云纹条纹图进行二值化处理，可将图像的灰度级别降低为原来的1/128，相应地，由二值化云纹条纹图所获得的灰度共生矩阵的维数也减少到原来的1/128。本发明方法具有快速高效等优点，同时兼具灵敏度高、操作简单，以及可批量处理等优点。

主权项

一种基于二值法的用于表征纳米多孔材料的结构主周期和结构主方向的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：a).将待测纳米多孔材料加工成厚度为0.1～0.3mm的矩形薄膜试样并将该试样置于扫描电镜的样品台上，调节扫描电镜的放大倍数和工作距离，以得到所述纳米多孔材料的云纹条纹，记录所述扫描电镜的放大倍数并拍摄所述云纹条纹图像；b).将所拍摄的云纹条纹图像进行二值化处理，求出所述扫描电镜二值化云纹条纹图的灰度共生矩阵；c).根据所述扫描电镜的放大倍数，确定所述扫描电镜的扫描线周期；d).将扫描电镜的扫描参数设置成：搜索区间为[1，z]，搜索角度分别为0°、45°、90°和135°，搜索初始值设为1像素，分别在0°、45°、90°和135°这4个方向上以搜索初始值1个像素为搜索起点，以1个像素为单次增量逐渐增加，直至搜索位移达到z像素，停止搜索；e).根据下述公式计算所述灰度共生矩阵的对比度F₁：F₁＝g₀₀+g₁₁其中，g₀₀是所述的灰度共生矩阵中第1行、第1列的元素；g₁₁是所述的灰度共生矩阵中第2行、第2列的元素；根据下述公式计算所述灰度共生矩阵的相关性F₂：$F_2=\frac{(g_{11}-(g_{01}+g_{11})\times (g_{10}+g_{11}))}{2\sqrt{(g_{01}+g_{11})(g_{00}+g_{10})(g_{10}+g_{11})(g_{00}+g_{01})}}+0.5;$其中，g₀₁是所述的灰度共生矩阵中第1行、第2列的元素；g₁₀是所述的灰度共生矩阵中第2行、第1列的元素；根据下述公式计算所述灰度共生矩阵的总变化量F₃：F₃＝(g₀₁+g₁₀+2g₁₁)‑(g₀₁+g₁₀+2g₁₁)²+2g₁₁；根据下述公式计算所述灰度共生矩阵的差熵F₄：$F_{\text{4}}=\frac{0.75-2(g_{00}+g_{11})(g_{10}+g_{01})}{0.75};$根据下述公式计算所述灰度共生矩阵的κ统计量F₅：$F_5=\frac{2-(g_{01}+g_{10})/(1-(g_{00}+g_{01})(g_{10}+g_{11})(g_{01}+g_{11})(g_{00}+g_{10}))}{2};$根据下述公式计算所述灰度共生矩阵的对比度F₁、相关性F₂、总变化量F₃、差熵F₄和κ统计量F₅的算数平均值$\tilde{F}=\frac{1}{5}\Sigma F_i,i=\mathrm{1,2,3,4,5};$f).分别计算前述d)中提到的搜索区间[1，z]内的所有搜索位移的值，当取最大值时的搜索位移即为所述扫描电镜云纹条纹二值化图的结构主周期d，此时的方向即为结构主方向θ；g).根据下述公式计算被测纳米多孔材料试样的结构主周期p′：$p^{\prime }=\frac{d}{\sqrt{1+{\left(\frac{d}{p}\right)}^2+2\frac{d}{p}\cos \phi }};$根据下述公式计算被测纳米多孔材料试样的结构主方向sinθ：$\sin \theta =\frac{\sin \phi }{\sqrt{{\sin }^2\phi +{(\frac{d}{p}+\cos \phi )}^2}}.$