图像解析装置、图像解析方法以及程序制造方法及图纸

提出一种从CMC的三维图像能够容易地解析纤维束取向的图像解析装置、图像解析方法以及程序。图像解析装置从由X纱线、Y纱线以及Z纱线的纤维束构成的编织物的三维图像解析X纱线和Y纱线的纤维束的取向，其特征为具备：二值化部，其对三维图像进行二值化；重叠区域提取部，其从二值化后的图像提取X纱线和Y纱线垂直地立体交叉的重叠区域；参考方向决定部，其使重叠区域中包含的各体素的重叠方向平均化，将平均化后的方向决定为参考方向；Z纱线去除部，其在相对于参考方向垂直的参考平面上应用方向性距离法，从二值化后的图像中去除Z纱线；以及纤维束取向推定部，其针对去除了Z纱线的图像在参考平面上再次应用方向性距离法，根据应用时计算的方向性距离，推定X纱线和Y纱线的纤维束取向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】图像解析装置、图像解析方法以及程序
本专利技术涉及图像解析装置、图像解析方法以及程序，特别是适用于对纤维增强复合材料中包含的纤维束取向进行解析的图像解析装置、图像解析方法以及程序。
技术介绍
近年来，正在进行纤维增强复合材料的一种即陶瓷基复合材料(CMC：CeramicMatrixComposites)的开发。CMC是通过母材(基质)将陶瓷纤维增强而得到的复合材料，具有轻质且耐热性优良这种的特征。正在研究利用该特征例如将CMC用于飞机发动机部件，当前正在进行实用化。通过将CMC用作飞机发动机部件，能够期待大幅提高燃料经济性。以下是CMC的一般的形成工艺。首先，捆扎几百根左右的陶瓷纤维来制作纤维束，编织该纤维束来制作编织物。关于纤维束的编织方法，例如具有三维编织或平纹编织。三维编织是在XYZ方向这三个方向上编织纤维束来制作编织物的方法，平纹编织为在XY方向这两个方向上编织纤维束来制作编织物的方法。在制作编织物之后，通过CVI(ChemicalVaporInfiltration：化学气相渗透法)和PIP(PolymerImpregnationandPyrolysis：浸渍裂解工艺)来形成基质，最后进行机械加工和表面涂层等，由此形成CMC。在此，此时形成的CMC中的纤维束取向对CMC的强度影响大。即，当纤维束在本来应该为直线的地方蜿蜒，或者整体偏离本来应该配置的基准轴从而发生偏向，或者在途中断裂的情况下，CMC的强度降低。与此相对，在纤维束不发生蜿蜒、偏向或断裂而在固定方向上使朝向一致地来恰当地进行排列时，强度高且耐热性优良。因此为了确认所形成的CMC的强度是否足够，重要的是评价纤维束取向。在专利文献1中公开了以下取向解析方法：对树脂成型品的切片图像进行二值化来获取二值图像，对该二值图像进行傅里叶变换来获取能谱图像，将与根据该能谱图像描绘的椭圆正交的椭圆的主轴方向设为树脂成型品中包含的填充剂(纤维)的取向方向。另外，在非专利文献1中公开了以下技术：通过X射线CT装置对编织纤维束而得到的编织物进行拍摄来获取X射线CT图像，使用特殊的滤波函数对该X射线CT图像进行计算，由此对构成纤维束的一根一根纤维的取向进行解析。在先技术文献专利文献1：日本特开2012-2547号公报非专利文献1：T.Shinohara,J.Takayama,S.Ohyama,andA.Kobayashi,“ExtractionofYarnPositionalInformationfromaThree‐dimensionalCTImageofTextileFabricusingYarnTracingwithaFilamentModelforStructureAnalysis”,TextileResearchJournal,Vol.80,No.7,pp.623-630(2010)
技术实现思路
但是，在专利文献1所记载的技术中，关于切片图像内包含的填充剂(纤维)的取向，作为解析结果只能得到一个方向。因而，例如在如三维编织、平纹编织那样纤维束在多个方向上排列的情况下，无法得到各个纤维束取向来作为解析结果。另外，无法解析纤维束是否不会蜿蜒、偏向或断裂而在固定方向上使朝向一致地来适当地排列。另外，在非专利文献1所记载的技术中，需要获取能够一根一根地识别构成纤维束的纤维的程度的高分辨率的X射线CT图像。在该情况下，用于得到X射线CT图像的拍摄时间变长，无法用于产品检查，因此并不实用。另外，是针对截面为圆形的纤维有效的技术，无法作为对截面为扁平的纤维束取向进行解析的技术而直接使用。并且存在需要输入X射线CT图像中的各纤维的开始点从而操作变得繁杂这种问题。本专利技术是考虑上述问题点而做出的，提出一种从CMC的三维图像能够容易地解析纤维束取向的图像解析装置、图像解析方法以及程序。为了解决该课题，本专利技术公开一种图像解析装置，其从由X纱线、Y纱线以及Z纱线的纤维束构成的编织物的三维图像解析X纱线和Y纱线的纤维束的取向，其特征在于，具备：二值化部，其对三维图像进行二值化；重叠区域提取部，其从二值化后的图像提取X纱线和Y纱线垂直地立体交叉的重叠区域；参考方向决定部，其使重叠区域中包含的各体素的重叠方向平均化，将平均化后的方向决定为参考方向；Z纱线去除部，其在相对于参考方向垂直的参考平面上应用方向性距离法，从二值化后的图像中去除Z纱线；以及纤维束取向推定部，其针对去除了Z纱线的图像在参考平面上再次应用方向性距离法，根据应用时计算的方向性距离，推定X纱线和Y纱线的纤维束取向。另外，为了解决该课题，本专利技术公开了一种图像解析方法，其从由X纱线、Y纱线以及Z纱线的纤维束构成的编织物的三维图像解析X纱线和Y纱线的纤维束取向，其特征在于，计算机具有以下步骤：第一步骤，对三维图像进行二值化；第二步骤，从二值化后的图像中提取X纱线和Y纱线垂直地立体交叉的重叠区域；第三步骤，使重叠区域内包含的各体素的重叠方向平均化，将平均化后的方向决定为参考方向；第四步骤，在相对于参考方向垂直的参考平面上应用方向性距离法，从二值化后的图像中去除Z纱线；以及第五步骤，针对去除了Z纱线的图像在参考平面上再次应用方向性距离法，根据应用时计算的方向性距离，推定X纱线和Y纱线的纤维束取向。另外，为了解决该课题，本专利技术公开一种程序，其从由X纱线、Y纱线以及Z纱线的纤维束构成的编织物的三维图像解析X纱线和Y纱线的纤维束取向，其特征在于，程序使计算机执行以下步骤：第一步骤，对三维图像进行二值化；第二步骤，从二值化后的图像中提取X纱线和Y纱线垂直地立体交叉的重叠区域；第三步骤，使重叠区域内包含的各体素的重叠方向平均化，将平均化后的方向决定为参考方向；第四步骤，在相对于参考方向垂直的参考平面上应用方向性距离法，从二值化后的图像中去除Z纱线；以及第五步骤，针对去除了Z纱线的图像在参考平面上再次应用方向性距离法，根据应用时计算的方向性距离，推定X纱线和Y纱线的纤维束取向。另外，为了解决该课题，公开的图像解析装置的特征在于，具备：二值化部，其对由X纱线、Y纱线以及Z纱线的纤维束构成的编织物的三维图像进行二值化；重叠区域提取部，其从上述二值化后的图像中提取上述X纱线和上述Y纱线立体交叉的重叠区域；以及重叠区域形态解析部，其解析上述提取的重叠区域的形态。另外，为了解决该课题，公开的图像解析方法的特征在于，具备以下步骤：对由X纱线、Y纱线以及Z纱线的纤维束构成的编织物的三维图像进行二值化的步骤；从上述二值化后的图像中提取上述X纱线和上述Y纱线立体交叉的重叠区域的步骤；以及解析上述提取的重叠区域的形态的步骤。另外，为了解决该课题，公开的程序使计算机执行以下步骤：对由X纱线、Y纱线以及Z纱线的纤维束构成的编织物的三维图像进行二值化的步骤；从上述二值化后的图像中提取上述X纱线和上述Y纱线立体交叉的重叠区域的步骤；以及解析上述提取的重叠区域的形态的步骤。根据公开的本专利技术，能够从CMC的三维图像容易地解析纤维束取向。附图说明图1是图像解析装置的整体结构图。图2是三维编织的编织物的概念图。图3是图像解析处理的整体流程图。图4是二值化处理的详细流程图。图5是通过二值化处理生成的处理图像。图6是重叠区域提取处理的详细流程图。图7是通过重叠区域提取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像解析装置，其从由X纱线、Y纱线以及Z纱线的纤维束构成的编织物的三维图像解析上述X纱线和上述Y纱线的纤维束的取向，其特征在于，具备：二值化部，其对上述三维图像进行二值化；重叠区域提取部，其从上述二值化后的图像提取上述X纱线和上述Y纱线垂直地立体交叉的重叠区域；参考方向决定部，其使上述重叠区域中包含的各体素的重叠方向平均化，将平均化后的方向决定为参考方向；Z纱线去除部，其在相对于上述参考方向垂直的参考平面上应用方向性距离法，从上述二值化后的图像中去除上述Z纱线；以及纤维束取向推定部，其针对去除了上述Z纱线的图像在上述参考平面上再次应用方向性距离法，根据应用时计算的方向性距离，推定上述X纱线和上述Y纱线的纤维束取向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.29 JP 2014-1994061.一种图像解析装置，其从由X纱线、Y纱线以及Z纱线的纤维束构成的编织物的三维图像解析上述X纱线和上述Y纱线的纤维束的取向，其特征在于，具备：二值化部，其对上述三维图像进行二值化；重叠区域提取部，其从上述二值化后的图像提取上述X纱线和上述Y纱线垂直地立体交叉的重叠区域；参考方向决定部，其使上述重叠区域中包含的各体素的重叠方向平均化，将平均化后的方向决定为参考方向；Z纱线去除部，其在相对于上述参考方向垂直的参考平面上应用方向性距离法，从上述二值化后的图像中去除上述Z纱线；以及纤维束取向推定部，其针对去除了上述Z纱线的图像在上述参考平面上再次应用方向性距离法，根据应用时计算的方向性距离，推定上述X纱线和上述Y纱线的纤维束取向。2.根据权利要求1所述的图像解析装置，其特征在于，上述二值化部根据规定的阈值对上述三维图像进行二值化，对上述二值化后的图像执行闭合处理。3.根据权利要求2所述的图像解析装置，其特征在于，上述重叠区域提取部对上述闭合处理后的图像执行开放处理，对上述开放处理后的图像执行膨胀处理，计算上述膨胀处理后的图像与上述闭合处理后的图像的交集来提取上述重叠区域。4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的图像解析装置，其特征在于，上述参考方向决定部对上述重叠区域应用方向性距离法，根据应用时计算的各体素的方向性距离，推定上述重叠区域中包含的各体素的重叠方向，针对上述重叠区域执行收缩处理来提取中心区域，使上述中心区域中包含的各体素的上述重叠方向平均化，将平均化后的方向决定为上述参考方向。5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的图像解析装置，其特征在于，上述Z纱线去除部在上述参考平面上应用方向性距离法，根据应用时计算的各体素的方向性距离，计算针对方向张量第二大的固有值的固有向量，根据上述固有向量，将上述二值化后的图像分离为上述X纱线或上述Y纱线的区域以及上述Z纱线的区域，通过去除上述Z纱线的区域中包含的体素来从上述二值化后的图像中去除上述Z纱线。6.根据权利要求5所述的图像解析装置，其特征在于，上述Z纱线去除部在计算关注体素的方向性距离时，使体素向上述关注体素的固有向量所示的方向以及与上述固有向量所示的方向相反的方向行进，在到达背景时或者在与下一个行进的体素的固有向量所示的方向所形成的角大于规定的阈值时停止行进，计算最后到达的体素间的距离来作为附带条件的方向性距离，根据上述附带条件的方向性距离，将上述二值化后的图像分离为上述X纱线或上述Y纱线的区域以及上述Z纱线的区域。7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的图像解析装置，其特征在于，上述Z纱线去除部在从上述二值化后的图像中去除上述Z纱线后执行膨胀处理，计算上述膨胀处理后的图像与上述膨胀处理前的图像的交集。8.根据权利要求1～7中的任意一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：菱田宽之，稻垣宏一，中村武志，长谷川悠，铃木宏正，道川隆士，大竹丰，近藤俊，
申请(专利权)人：株式会社IHI，国立大学法人东京大学，
类型：发明
国别省市：日本,JP