[发明专利]一种碳氢燃料同轴扩散火焰碳烟微纳结构的分析方法

权利要求书

1.一种碳氢燃料同轴扩散火焰碳烟微纳结构的分析方法，利用Matlab软件处理HRTEM图像，提取碳烟颗粒的微晶长度L、微晶曲率T和碳层间距D这3个微纳结构特性参数，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、用高分辨透射电镜获取碳氢燃料同轴扩散火焰碳烟颗粒的原始HRTEM图像；

步骤二、使用Matlab软件对步骤一中的图像进行处理，具体包括以下步骤：

(1)选取研究区域；

(2)直方图均衡化；

(3)高斯低通滤波，滤波函数如下：

其中H(u,v)为滤波函数，D(u,v)为点(u,v)到矩形原点的距离，D₀为非负常数；

(4)底帽变换，其定义形式为：

其中f是输入图像，b是结构元素，B_hat(f)是底帽变换后的输出图像；

(5)二值化：采用最大类间方差法，按照图像的灰度特性将图像分成背景和目标两个部分；

(6)骨架化：对二值化后的图像进行骨架化处理，得到碳层的骨架图；

步骤三、获得步骤二中的碳层骨架图后，进一步计算得到相关参数，具体步骤如下：

(1)计算微晶长度L，其计算公式为：

L＝∫dx (3)

式中dx为相邻像素点的距离，为一倍或者倍像素大小，通过积分求和计算得到碳层的微晶长度；

(2)计算微晶曲率T，其计算公式为：

式中L为碳层的微晶长度，A为碳层微晶片段上两个端点间的直线距离；

(3)计算碳层内部间距D，使用Matlab的成像工具箱计算每条微晶的方向，将两条在相似方向的微晶内部各像素点间平均最小距离记为碳层间距D。

2.根据权利要求1所述的一种碳氢燃料同轴扩散火焰碳烟微纳结构的分析方法，其特征在于：利用热泳探针对碳烟进行颗粒样本的采集。

3.根据权利要求1所述的一种碳氢燃料同轴扩散火焰碳烟微纳结构的分析方法，其特征在于：对步骤二中得到的骨架图进行额外的形态学操作。

4.根据权利要求3所述的一种碳氢燃料同轴扩散火焰碳烟微纳结构的分析方法，其特征在于：所述额外的形态学操作包括清除单个孤立的像素或打破多重连接的碳层条纹。

5.根据权利要求1所述的一种碳氢燃料同轴扩散火焰碳烟微纳结构的分析方法，其特征在于：采用经典的Zhang并行快速算法对碳烟颗粒图像进行骨架化处理，不断删除图像边缘处满足单像素连接的二值图像，直到图形不再变化。

6.根据权利要求5所述的一种碳氢燃料同轴扩散火焰碳烟微纳结构的分析方法，其特征在于：根据前次迭代后得到碳烟颗粒的骨架结构删除像素点。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种碳氢燃料同轴扩散火焰碳烟微纳结构的分析方法，其特征在于：步骤三中成像工具箱取到从-90°到+90°的所有值，在此定义了两个方向：垂直方向的微晶方向从+45°到+90°或者从-90°到-45°；水平方向的微晶方向从-45°到+45°。

8.根据权利要求7所述的一种碳氢燃料同轴扩散火焰碳烟微纳结构的分析方法，其特征在于：所述相似方向的微晶像素间平均最小距离范围为0.3354nm～0.6nm。