基于HRTEM量化处理过程中阈值调节的规范处理方法

技术领域

本发明属于煤化学中高分辨率透射电子显微镜图像处理技术领域，具体涉及一种基于HRTEM量化处理过程中阈值调节的规范处理方法。

背景技术

多年来，许多研究学者使用了不同的技术深入了解煤炭的结构。所有这些研究都集中在一个共识上，即煤是由非常小的芳香层片构成的，这些芳香层片是随机定向的。通过电子显微镜晶格成像获得的关于这些芳香层片排列的直接证据显然是一种有吸引力的补充技术，因此进行了一系列分析原煤结构的测试表征，其中有：x射线衍射(XRD)、拉曼光谱和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、扫描电子显微镜和光学显微镜等。其中HRTEM是直接观测原煤和半焦最为直接的技术。HRTEM检测到的晶格条纹图像在原子水平上提供了关于原煤和焦炭结构的直接信息。

到目前为止，众多研究学者提出了多种通过HRTEM观察进行定性到定量分析的处理方法。起初，KEVINA.DAVIS等人首先采用透射电镜对原煤进行检验，对处理后的图像从非晶或半非晶相获得定量信息。之后又有众多学者对HRTEM图像量化处理步骤进行研究，现在处理的标准步骤基本为对二值化后的图像进行骨架化处理，得到样品的芳核条纹，再对芳核条纹大小进行分类。目前有众多学者在不断的完善每个步骤，消除处理过程中存在的人为因素对结果客观性的影响。对于骨架化的处理，最初采用Arcgis人工提取晶格条纹，现在可以直接采用ReindeerGrahics公司开发的QuantitativeImageAnalysis(QIA-64)量化处理软件进行定量分析，获取半焦芳核大小分布与排列有序度。对于芳核条纹的大小分类，众多学者提出不同的观点，目前主流分类方法采用Mathews等的假定晶格为平行四边形分类方法。对于阈值的调节也有多种软件可以操作如QuantitativeImageAnalysis和ImageJ，但是阈值的选择还是处于人工判断，仍不可避免地产生人为因素的误差。

发明内容

本发明为解决现有HRTEM量化处理过程中阈值调节步骤设定参数时，过多的依赖人工判断的方式，且判断一系列图像时对于标准的判断会不可避免地产生人为的误差的问题，提供一种基于HRTEM量化处理过程中阈值调节的规范处理方法。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于HRTEM量化处理过程中阈值调节的规范处理方法，包括如下步骤：

S1：对预处理后的样品进行HRTEM测试；

S2：将测试得到的格式为dm3的HRTEM图像处理得到格式为tif的图片；

S3：调整tif图片的图像模式为灰度图；

S4：识别步骤S3所得图像中空白位置各个像素点的灰度值；

S5：设定想要保留空白位置的像素点比例；

S6：将步骤S5中所保留下来的像素点最大灰度值作为灰度值判断标准；

S7：使整张图像中像素点灰度值大于步骤S6中得到的灰度值判断标准的像素点均被保留；

S8：将所有保留的像素点进行二值化，输出图像；

S9：处理下一张同系列图像时，只设定保留空白位置的像素点比例一致即可。

进一步的，在步骤S1中，样品预处理具体为将样品粉碎研磨至200目以下，测试前对样品进行预脱矿处理：取酸洗处理后的样品，加入盛有乙醇的离心管，超声震荡30min，吸取离心管内均匀的混合液，滴到铜网上，待乙醇挥发完毕后进行HRTEM测试。

进一步的，在步骤S2中，将测试得到的格式为dm3的HRTEM图像导入DigitalMicrograph软件对其进行傅里叶变换降噪处理，得到格式为tif的图片。

进一步的，在步骤S3中，将tif图片导入软件中调整图像模式为灰度图，所述软件为支持打开tif图像调整灰度值的软件，包括AdobePhotoshop。

本发明还提供上述基于HRTEM量化处理过程中阈值调节的规范处理方法在各种碳材料(包括煤焦、生物质焦)的芳核条纹提取及定量和半定量分析中的应用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明在对碳材料HRTEM图像量化处理过程中，摒弃了原有的人为判断的传统方法，本发明方法简单，每张图片处理标准一致，既可以避免人为判断每张图片适宜的阈值时所造成的人为误差，也可以避免人为的将每张图像阈值设定为固定值，但由于每张图像的光线强弱有差别而造成的像素点选取误差。对于研究碳材料芳香条纹大小分布变化起到了良好的规范作用。

附图说明

图1为实施例1所借助的淖毛湖半焦的电镜原始图像(a)、傅里叶变换后图像(b)和灰度图(c)；

图2为对淖毛湖半焦灰度图空白位置选取，识别该位置灰度值数据并排序；其中(a)淖毛湖半焦空白位置选取，(b)空白位置像素点灰度值数据，(c)空白位置像素点按灰度值大小排序结果；

图3为淖毛湖半焦HRTEM图像空白位置像素点灰度值为前0.005的像素点；

图4为淖毛湖半焦HRTEM全图像素点的灰度值；

图5为淖毛湖半焦HRTEM全图满足要求的像素点的灰度值数据；

图6为淖毛湖半焦HRTEM处理后图像(a)和二值化数据(b)；

图7为亮度不同的三张HRTEM图像处理结果。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例以淖毛湖半焦的两张高分辨率透射电子显微镜图像进行处理说明。

选取3g淖毛湖半焦，进行以下步骤：

步骤S1：将样品粉碎研磨至200目以下，测试前对样品进行预脱矿处理。

取适量(约20mg)酸洗处理后的样品，加入盛有适量乙醇的离心管，超声震荡30min，吸取离心管内均匀的混合液，滴到铜网上，待乙醇挥发完毕后进行HRTEM测试。

步骤S2：将测试得到的格式为dm3的HRTEM图像导入DigitalMicrograph软件对其进行傅里叶变换降噪处理，得到格式为tif的图片。如图1(a)，图1(b)所示。

步骤S3：将上步得到的图片导入软件AdobePhotoshop中调整图像模式为灰度图，如图1(c)所示。

步骤S4：选取步骤S3中得到的灰度图空白处区域，提取该区域像素点灰度值，共有17287个像素点，并对该处像素点灰度值进行排序，如图2所示。

步骤S5：设定想要保留空白位置的像素点比例，该实施例中设定值为0.005。

步骤S6：空白位置保留的像素点个数为17287×0.005＝86个，取步骤S4排序后灰度值最小的86个像素点如图3所示，并将该86个像素点的最大灰度值作为后续步骤灰度值判断标准，该实施例中标准值为74。

步骤S7：对整张图片像素点进行提取，数据如图4所示。整张图片中像素点灰度值小于等于步骤S6中得到的灰度值判断标准(74)的像素点都被保留，如图5所示。

步骤S8：将所有保留的像素点进行二值化，输出图像，如图6所示。

步骤S9：处理下一张同系列图像时，只需设定保留空白位置的像素点比例一致即可。

如图7所示，此实施例还选用了亮度不同的三张图像(亮度相较于上述处理图像更低的图像和亮度更高的图像)，处理后结果高度一致，能够看出本实施例方法可以保证处理程度相同。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。