ACF材料表面复杂形貌特征的图像处理分析方法研究

活性碳纤维论文 数字图像处理论文 活动轮廓模型论文 切线方向的边界跟踪论文 圆拟合论文 分水岭变换论
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活性碳纤维(Activated Carbon Fibers, ACF),也被称作纤维状活性碳,是一种性能优于普通活性碳(Activated Carbon, AC)的高效活性吸附材料,同时也是一种出色的环保工程材料。本文所研究ACF材料图像是由SEM (Scanning Electron Microscope)即扫描电子显微镜采集到的,因此图像具有光照不均匀,目标与背景对比度不明显等特点。本文从图像的预处理方法、目标边缘检测、孔洞目标分割、特征参数提取等各个环节对ACF材料图像进行深入的分析和研究。本文首先介绍了常用的图像预处理方法。针对ACF材料图像的特点,使用滤波算法、边缘细化算子和图像锐化算子等增强算法对图像进行预处理,为后续的分割以及边缘检测提供基础。基于预处理的结果上,使用轮廓模型对目标进行边缘检测并且与曲线拟合的方法进行对比,然后计算出孔洞的特征参数。本文还提出了一种基于边缘切线方向的边界跟踪方法,该方法针对图像中目标边缘有明显突变的情况。在寻找到精确切点后,通过提出的边缘连接、似圆度计算等方法获得图像中孔洞的尺寸分布。对于轮廓模型法和切线方向法不适用的图像,采用结合多阈值分割以及Hough变换的圆拟合方法,该方法的能检测出大部分的孔洞。最后,针对图像中孔洞粘连的情况,使用基于距离变换的分水岭算法、基于图像梯度的分水岭算法和基于控制标记符的分水岭算法对图像进行分割,比较了各个算法获得的结果。
摘要第5-6页
Abstract第6页
第1章 绪论第10-14页
    1.1 研究背景与现状第10-11页
    1.2 活性碳纤维图像的特点第11-12页
    1.3 本课题待解决问题第12-13页
    1.4 研究内容第13-14页
第2章 材料图像预处理算法第14-22页
    2.1 ACF材料图像的滤波增强第14-19页
        2.1.1 均值滤波第14-15页
        2.1.2 自适应中值滤波第15-17页
        2.1.3 同态滤波第17-19页
    2.2 ACF材料表面图像的锐化增强第19-21页
        2.2.1 一阶梯度算子第19-20页
        2.2.2 二阶微分算子—拉氏算子第20-21页
    2.3 本章小结第21-22页
第3章 基于轮廓模型的边缘检测算法第22-32页
    3.1 Snake模型定义第22-24页
        3.1.1 Snake背景介绍第22页
        3.1.2 Snake模型定义第22-24页
    3.2 Snake边缘检测第24-26页
        3.2.1 初始边缘的改进第24-26页
        3.2.2 Snake边缘检测的结果第26页
    3.3 Snake算法与圆拟合法的比较第26-28页
    3.4 局部二元能量拟合的隐式轮廓模型第28-31页
        3.4.1 水平集模型第28页
        3.4.2 局部二元能量拟合的活动轮廓模型第28-30页
        3.4.3 局部二元能量拟合的活动轮廓模型检测结果第30-31页
    3.5 本章小结第31-32页
第4章 基于边缘切线方向的边界跟踪算法第32-42页
    4.1 边缘切线方向的提取第32-34页
    4.2 精确切点的寻找第34-37页
    4.3 基于切线方向边缘检测算法后的边界跟踪第37-38页
    4.4 基于边界跟踪所得结果的后续处理第38-41页
        4.4.1 邻近点的连接第38-40页
        4.4.2 似圆度计算第40-41页
        4.4.3 基于似圆度计算的边缘检测结果第41页
    4.5 本章小结第41-42页
第5章 基于圆拟合的边界跟踪算法第42-53页
    5.1 图像的预处理第42-45页
        5.1.1 多阈值分割第42-43页
        5.1.2 霍夫变换第43-45页
    5.2 正圆拟合边缘检测第45-48页
        5.2.1 初步选取合适的圆心第45-46页
        5.2.2 寻找精确的圆心第46-48页
    5.3 椭圆拟合边缘检测第48-51页
        5.3.1 初步选取椭圆圆心第48-49页
        5.3.2 寻找精确的椭圆圆心第49-51页
    5.4 目标孔洞的特征参数第51-52页
    5.5 本章小结第52-53页
第6章 ACF材料图像的水线变换第53-65页
    6.1 水线变换第53-55页
    6.2 基于变换的分水岭算法第55-59页
        6.2.1 距离的定义第55页
        6.2.2 数字图像处理中常用的距离第55-56页
        6.2.3 基于距离变换的分水岭算法第56-59页
    6.3 基于图像梯度的分水岭算法第59-61页
    6.4 基于控制标记符的分水岭算法第61-63页
    6.5 本章小结第63-65页
第7章 结束语第65-67页
    7.1 全文总结第65页
    7.2 进一步的研究方向和建议第65-67页
参考文献第67-71页
致谢第71-72页
作者在攻读硕士学位期间发表的论文第72页
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