龐潤(rùn)芳+鄭坤燦+裴衣非

摘要：由于多孔介質(zhì)的應(yīng)用鄰域廣泛，而圖像分析技術(shù)是多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)特征實(shí)驗(yàn)研究的方法之一。該文以煙煤圖像作為研究對(duì)象，介紹Image-Pro Plus軟件在煙煤結(jié)構(gòu)特征圖像分析研究中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：多孔介質(zhì)；Image-Pro Plus軟件；圖像處理

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）21-0169-01

多孔介質(zhì)被廣泛用于許多應(yīng)用科學(xué)和工程領(lǐng)域：力學(xué)（聲學(xué)、地質(zhì)力學(xué)、土壤力學(xué)和巖石力學(xué)）、地球科學(xué)（水文學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)、地球物理）、生物學(xué)及生物物理、材料科學(xué)、過(guò)濾、石油工程、生物修復(fù)、建筑工程、冶金和化工等。因此，對(duì)多孔介質(zhì)的研究對(duì)于認(rèn)識(shí)宇宙和物質(zhì)的構(gòu)形及構(gòu)造具有深刻的意義。而計(jì)算機(jī)圖形和圖像分析技術(shù)是多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)特征實(shí)驗(yàn)研究方法之一。本文介紹Image-Pro Plus在多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)特征圖像分析研究中的應(yīng)用。

1 Image-Pro Plus（IPP）軟件簡(jiǎn)介

Image-Pro Plus簡(jiǎn)稱(chēng)IPP軟件，是Media Cybernetics公司研發(fā)的一款專(zhuān)業(yè)的圖像分析軟件。IPP在圖像采集和分析方面的功能先進(jìn)，致力于解決生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、工業(yè)及半導(dǎo)體檢測(cè)等領(lǐng)域的圖像處理問(wèn)題。支持圖像采集、圖像增強(qiáng)、圖像處理、圖像分析測(cè)量、宏記錄、宏編程等。IPP軟件可以對(duì)顯微鏡、照相機(jī)或是掃描儀得到的圖片中直接獲取圖像數(shù)據(jù)?？梢詫?duì)任何標(biāo)準(zhǔn)格式的圖像文件進(jìn)行處理；可處理八位、十二位、十六位灰度及三十二位浮點(diǎn)圖像文件；支持八位（調(diào)色板）和二十四位、三十六位、四十八位彩色圖像文件；還可以處理RGB、HIS 或 YIQ等彩色圖像數(shù)據(jù)。

2 多孔介質(zhì)圖像采集

本文研究的多孔介質(zhì)圖像是利用德國(guó)ZEISS Supra55熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)本校鍋爐房中不同大小、不同方位的7種煤的煙煤進(jìn)行采樣得到，如圖1所示為放大3000倍的煙煤SEM圖像。

3 IPP軟件對(duì)圖像的測(cè)量

3.1選取孔隙區(qū)域

為了分析煙煤孔隙結(jié)構(gòu)的特征，首先提取煙煤的孔隙區(qū)域，本文先對(duì)一張煙煤照片選取孔隙區(qū)域（即黑色部分），使用IPP的吸管工具完成，吸管顏色為紅色。如圖2所示為選取孔隙后的圖像；同時(shí)將處理該圖像時(shí)選擇的顏色參數(shù)保存到一個(gè)文件中，以便采用相同的標(biāo)準(zhǔn)處理其他圖像。

在選中的孔隙區(qū)域中有些面積較小的部分并不是本文要分析的區(qū)域，因此為了提高測(cè)量精度，先過(guò)濾掉圖像中面積較小的孔隙區(qū)域，即設(shè)置Area參數(shù)的默認(rèn)值為9，則小于9的區(qū)域不計(jì)算。

3.2 孔隙區(qū)域參數(shù)的測(cè)量及數(shù)據(jù)的保存

完成孔隙區(qū)域的選擇后，選擇IPP軟件的Measure菜單中的Select Measure選項(xiàng)，打開(kāi)Select Measurements窗口，該窗口的左側(cè)為全部測(cè)量參數(shù)，右側(cè)為參數(shù)的說(shuō)明。選定孔隙區(qū)域及要測(cè)量的孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)后，利用Count選項(xiàng)可以得到要測(cè)量的孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的數(shù)據(jù)。然后利用將該數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel中，方便后續(xù)的分析。

至此完成對(duì)一幅煤煙圖片的操作，得到相應(yīng)的孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)。采用相同的方法提取所有煤煙照片的主要的孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用IP軟件對(duì)煤煙圖像選取孔隙區(qū)域，然后進(jìn)行孔隙區(qū)域參數(shù)的測(cè)量，最后將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Excel文件中。IP軟件在測(cè)量時(shí)可以設(shè)置測(cè)量參數(shù)，因而去掉一些雜質(zhì)，保證了測(cè)量結(jié)果更加精確。

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3.2 建立起良好的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

在對(duì)地質(zhì)災(zāi)害復(fù)雜環(huán)境的相關(guān)情況進(jìn)行成像處理的過(guò)程中，需要對(duì)圖像的成像效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，這就需要建立起良好的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。從人眼的視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)圖像進(jìn)行感受得出的結(jié)論是主觀性的評(píng)價(jià)，主要針對(duì)的是圖像的整體清晰度、紋理呈現(xiàn)度等方面，這種根據(jù)人的主觀性進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)符合一般人的觀念，但是沒(méi)有準(zhǔn)確的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，容易給圖像質(zhì)量造成不利影響。因而采用數(shù)學(xué)模型的方式進(jìn)行圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)已經(jīng)成為當(dāng)前主要的評(píng)價(jià)范式，具有良好的現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)圖像的質(zhì)量進(jìn)行指標(biāo)的量化處理，從而對(duì)去噪后的圖像與參考圖像之間的相似度進(jìn)行評(píng)價(jià)，最終得出圖像的質(zhì)量評(píng)判結(jié)果[7]。

4 無(wú)人機(jī)影像快速處理技術(shù)中有霧影像清晰化的研究

地質(zhì)災(zāi)害通常都是伴隨著較為惡劣的天氣出現(xiàn)的，并且在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后，十分容易出現(xiàn)有霧的天氣狀況，如何在有霧的天氣保證無(wú)人機(jī)影像快速處理技術(shù)得到的影像是清晰無(wú)障礙的，是眾多科學(xué)研究者不斷探討的問(wèn)題之一。使用大氣散射模型，對(duì)天氣因素中進(jìn)行去霧清晰化的方式具有良好的實(shí)際效果，在當(dāng)前無(wú)人機(jī)影像快速處理技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中十分常見(jiàn)。大氣散射模型主要是當(dāng)成像設(shè)備在接收物體光線(xiàn)的過(guò)程中，將霧的傳播強(qiáng)度進(jìn)行了有效降低，從而使得成像傳感器收到的信號(hào)能量也有所降低。無(wú)人機(jī)影像快速處理技術(shù)進(jìn)行有霧影像清晰化的研究，主要應(yīng)用的是暗通道理論，這種理論在實(shí)際使用的時(shí)候，能夠?qū)㈧F進(jìn)行有效去除，從而進(jìn)行后續(xù)的成像工作。自適應(yīng)引導(dǎo)濾波的圖像清晰化方式，能夠通過(guò)大氣光對(duì)圖像的影響，對(duì)圖像進(jìn)行全面的恢復(fù)，從而提高無(wú)人機(jī)影像快速處理技術(shù)的效果。濾波技術(shù)在實(shí)際的使用中有兩種表現(xiàn)類(lèi)型，分別是局部濾波和全局濾波。引導(dǎo)濾波能夠控制有霧的天氣狀況，從而將有霧天氣下的影像進(jìn)行清晰化的處理，從而提高無(wú)人機(jī)影像快速處理技術(shù)的處理效果[8]。

5 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人機(jī)影像快速處理技術(shù)，綜合了多種技術(shù)，改進(jìn)和完善了遙感航空器的不足之處，成為當(dāng)前成像、信息數(shù)據(jù)處理的重要技術(shù)手段，將其應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害復(fù)雜環(huán)境的成像工作中，能夠起到良好的實(shí)際作用。無(wú)人機(jī)影像快速處理技術(shù)在實(shí)際使用的過(guò)程中，需要不斷改進(jìn)當(dāng)前的技術(shù)手段，從而增強(qiáng)該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際使用效果，保證地質(zhì)災(zāi)害復(fù)雜環(huán)境的成像效果能夠達(dá)到相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)無(wú)人機(jī)影像快速處理技術(shù)進(jìn)行研究，主要是從去噪技術(shù)和有霧清晰化處理技術(shù)兩方面進(jìn)行的，同時(shí)還需要對(duì)收集形成的圖像進(jìn)行有效拼接，增強(qiáng)無(wú)人機(jī)影像快速處理技術(shù)的實(shí)際使用效果。

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