[发明专利]基于显微图像分析固体材料孔隙结构的方法

说明书

技术领域

本发明基于显微图像分析固体材料孔隙结构的方法，属于分析固体材料孔隙结构的技术范畴，具体涉及一种基于显微CT图像分析固体材料孔隙结构的方法。

背景技术

在分析固体材料孔隙结构的现有技术中，主要有低温氮吸附法、压汞法和传统的密度法三种。采用现有技术所测到的固体材料孔隙孔径都有一个范围的限定，孔隙孔径的分布范围从纳米级到毫米级共6个数量级，现有的测量仪器和测量方法均不能把所有的孔隙结构都测量到，所以采用不同方法所测到的固体材料孔隙率是不同的，其大小是由测量仪器所能测到的孔径尺度范围决定的。低温氮吸附法是通过液氮吸附测量固体材料的比表面积和孔隙率，可以计算2nm～100nm的小孔和100nm～400nm的部分中孔径尺度下固体材料的孔隙率；压汞法是通过测量不同外压下进入固体材料孔隙孔径中汞的量来计算相应孔径尺度下固体材料的孔隙率，可以计算10nm～100nm的小孔和100nm～700nm的部分中孔径尺度下固体材料的孔隙率；传统的密度法是通过测量固体材料的容重和比重来计算固体材料的孔隙率，但不能确定相应的孔径尺度，更不能确定固体材料的孔隙率随孔隙孔径的变化规律。而且现有的这三种技术均是破坏性检测，测试后的固体材料只能废弃。

CT(Computed Tomography)是计算机断层扫描的简称，属于无损检测的技术范畴，显微CT主要由X射线成像系统和计算机系统两部分组成。显微CT扫描时，由X射线成像系统中的微焦点X光机产生X射线并垂直透过被测试物体，衰减后的X射线被探测器所采集，通过模数转换，在监视器上显示扫描后所获得的图像；由计算机系统对扫描得到的CT图像进行重建，生成高密度分辨率的横截面图像。根据CT扫描的不同精度，可以分辨纳米到毫米各种孔径尺度下的固体材料。

综上所述，在目前固体材料孔隙结构的现有技术中，不能分辨微米级以上大孔径尺度条件下固体材料的孔隙率；显微CT虽然可以分辨固体材料纳米到毫米各种孔径尺度下的孔径，却没有计算其孔隙孔径和孔隙率的方法。必须寻求基于显微CT各种孔径尺度下固体材料孔隙率的计算方法。

发明内容

本发明基于显微图像分析固体材料的孔隙结构，目的在于克服现有技术的不足和缺陷，解决现有技术中无法解决的问题，根据CT具有能够无损探测固体材料的内部结构和生成高密度分辨率的横截面图像的特点，提供一种基于显微CT扫描，通过对显微CT单张横截面图像和显微CT图像序列进行数字图像处理和三维重构，计算固体材料各种孔径尺度下的孔隙孔径和孔隙率。

本发明基于显微图像分析固体材料孔隙结构的方法，其特征在于是一种基于显微CT图像分析固体材料孔隙结构的方法，具体而言是一种采用显微CT扫描、数字图像处理和三维重构三者相结合的方式定量分析固体材料金属、非金属、煤和岩石孔隙结构的方法，其具体的步骤为：

I、由显微CT试验系统的X射线成像系统扫描得到固体材料的一系列冠状面图像；

II、通过显微CT计算机系统的滤波和重建，生成固体材料的数百或数千张横截面图像；

III、对显微CT扫描得到的CT单张横截面图像使用计算机语言进行数字图像处理，是对显微CT扫描得到的CT单张横截面图像进行读取、剪取、二值化和压缩处理，二值化是对显微CT图像进行阈值分割，灰度值为0时，表示该像素点为孔隙；灰度值不为0时，表示该像素点为材料中的固体成分，压缩是将一幅M×M像素的CT图像压缩成M/X×M/X像素的新图像，压缩后像素的尺寸增加X倍，以像素的大小作为材料的孔隙孔径；

IV、以图像的像素大小作为孔径尺度，计算基于显微CT单张图像的固体材料孔隙孔径、孔隙率及其二者之间的变化规律，固体材料孔隙率Φ是根据显微CT图像中固体材料部分灰度值为0的像素点个数N₀和所有像素点个数N来计算的，即φ=N0N×100%;]]>