一种基于特征融合的复杂烧结矿三维显微矿相的分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于特征融合的复杂烧结矿三维显微矿相的分析方法，通过采用光学显微分析和电子显微分析融合的方式，将光学显微镜下难以区分的矿相用电子显微镜加以区分，得到复杂烧结矿的二维矿相完全区分图，再进行三维重建得到复杂烧结矿的三维显微矿相图，并通过设置不透明度和进一步剖切得到复杂烧结矿的各矿相透视图和三维显微剖视图；通过上述方式，本发明专利技术能够准确区分复杂烧结矿的每种矿相，较准确地得到任一矿相或气孔的体积占比，并能够表征各矿相在不同截面上的分布特征，直观地观察各矿相和气孔在复杂烧结矿内部的整体结构和结合状态。

An Analysis Method of Three-Dimensional Microstructure of Complex Sinter Based on Feature Fusion

【技术实现步骤摘要】
一种基于特征融合的复杂烧结矿三维显微矿相的分析方法
本专利技术涉及复杂烧结矿矿相分析领域，特别是涉及一种基于特征融合的复杂烧结矿三维显微矿相的分析方法。
技术介绍
烧结矿是由多种物料混合经高温部分熔融的人造富矿，内部矿相组织结构十分复杂，是高炉炼铁的主要原料之一，其性能，如还原性、低温还原粉化率、转鼓强度、耐磨指数和熔滴性能等，将直接影响高炉生产；而烧结矿性能的好坏又与其内部矿相的种类和含量密切相关。同时，随着我国钢铁企业的快速发展，高品位铁矿石资源短缺的问题日益突出，为了降低生产成本，提升企业竞争力，大量低品位的铁矿石原料被用于烧结矿的生产。基于铁矿石品位的下降可能会导致烧结矿质量下降的原因，为确保烧结矿的质量，对复杂烧结矿显微矿相的表征和分析对于控制工业中批量生产的烧结矿质量具有重要意义。目前，通常采用单一方式获得的图像对烧结矿矿相进行分析，根据图像对应组织的灰度、形状及与周边组织的结合状态进行区分识别，主要方法有两种：一种是直接通过光学显微镜进行测试分析，借助网格尺，采取人工数点法进行统计，该方法较为简单，但存在工作量大，效率低下、精确度低等问题；另一种是借助图像分析仪或计算机数字图像处理技术等工具对光学显微镜或电子显微镜所得图片进行统计分析，该方法分析效率较高，但对于灰度相近的矿相仍无法准确区分，例如碱性钒钛烧结矿中的钙钛矿与铁酸钙在光学显微镜下无法区分，而磁铁矿和赤铁矿在电子显微镜下无法区分。同时，当前对于图像分析的研究主要是针对二维图像进行的，而烧结矿是由多种矿物和气孔通过不同类型的界面连接在一起的三维实体，二维平面图形不能充分显示其复杂的三维细节，难以直观、准确地表达烧结矿内部各矿相的分布和变化特征。
技术实现思路
基于现有技术中单独使用光学显微镜或单独使用电子显微镜获得二维图像对烧结矿矿相进行分析时存在的无法准确区分灰度相近的矿相和不能直观表达烧结矿内部结构等问题，本专利技术提供一种基于特征融合的复杂烧结矿三维显微矿相的分析方法，通过采用光学显微分析和电子显微分析融合的方式，将光学显微镜下不能区分的矿相用电子显微镜加以区分，得到复杂烧结矿的二维矿相完全区分图，再进行三维重建得到复杂烧结矿的三维显微矿相图，并通过设置不透明度和进一步剖切得到复杂烧结矿的各矿相透视图和三维显微剖视图，从而准确区分复杂烧结矿的每种矿相，较准确地得到任一矿相或气孔的体积占比，并能够表征各矿相在不同截面上的分布特征，直观地观察各矿相和气孔在复杂烧结矿内部的整体结构和结合状态。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于特征融合的复杂烧结矿三维显微矿相的分析方法，包括如下步骤：(1)在复杂烧结矿样品表面随机选取一个区域，分别采用光学显微镜和电子显微镜对该区域进行拍摄，对所得光学显微图片和电子显微图片采用多尺度滤波和多阈值分割的方法进行处理，分别得到光学显微镜和电子显微镜的矿相不完全分割图，并将其进行配准融合处理得到二维矿相完全分割图；(2)确定三维重建的固定层间距和抛磨参数，按照步骤(1)的方式得到每层的矿相完全分割图，并进行三维重建得到三维显微矿相图；(3)对步骤(2)所得的三维矿相图进行透视处理和剖切处理，得到复杂烧结矿三维显微矿相透视图和剖视图；(4)对步骤(2)所得的三维矿相图中各矿相的像素点进行统计，得到复杂烧结矿三维矿相或气孔的体积占比。进一步地，步骤(1)中采用光学显微镜和电子显微镜对复杂烧结矿样品表面同一区域进行拍摄时，要基于待分析区域矿相结构特征和显微镜分辨率，根据人眼能区分最小的光点距离和矿相尺寸，选择合适的的放大倍数，所选放大倍数应不小于最小放大倍数。根据人眼能区分最小的光点距离和矿相尺寸，并利用公式可以计算最小放大倍数，其中：若μ显>0.2mm，μ1指的是单个像素点的尺寸长度；若μ显<0.2mm，μ1指的是人眼极限识别光点点距；μ2为拟观察矿相最小尺寸或最大尺寸，k1为协调常数。进一步地，步骤(1)中所述对所得光学显微图片和电子显微图片采用多尺度滤波和多阈值分割的方法进行处理，具体步骤是：a、采用二维离散小波分解去除噪声及高频杂波；b、利用小波逆变换重塑图像，加强图像的边缘信息；c、根据灰度差异确定最佳阈值门限进行多阈值分割区别复杂矿相。进一步地，步骤(1)中所述的融合处理具体步骤是：对所得光学显微镜的矿相不完全分割图中无法区分的矿相，采用改进的边缘检测算法将光学显微镜不完全分割图和电子显微镜不完全分割图进行配准融合，利用电子显微镜的分割图加以补充区分，得到二维矿相完全分割图。进一步地，所述改进的边缘检测算法是指根据光学显微镜和电子显微镜图像的小波变换域，得到图像边缘离散的局部极大值点，将其作为图像配准的特征点，连成极大值曲线，得到光镜和电镜图像的边缘轮廓，并利用边缘轮廓特征点进行光电镜图像的配准。进一步地，步骤(2)所述三维重建矿相图的层间距的确定是指利用人眼可识别的最小矿相或最小气孔的尺寸长度的1/2作为三维重建的固定层间距，利用压痕法不断测量来调整抛磨参数，直至得到与最小矿相或最小气孔尺寸长度的1/2符合的层间距Δh。由压痕法测量确认层间距Δh的公式如下：其中：x1为测得的初始压痕的宽度；x2为测得的烧结矿样品抛光一定厚度后压痕的宽度；α为压痕法所用菱形压头角度。进一步地，步骤(3)所述的透视处理是指将所要分析的矿物组织不透明度设为1，其余矿物组织不透明度设为0，得到复杂烧结矿中某一矿物或气孔的三维透视图；若分析两种或多种交织矿物，则将待分析的矿物分别设置不同的不透明度进行区分，且待分析矿物的不透明度均不为0，其余不分析的矿物不透明度设为0，得到复杂烧结矿中交织矿物的三维透视图。进一步地，步骤(3)所述的剖切处理是指将三维显微矿相图分别从X轴、Y轴和Z轴进行剖切，剖切单位长度根据所需观察的矿相自由确定，得到三维显微矿相剖视图；也可结合透视图对矿物进行剖切，得到矿物的剖切透视图。进一步地，步骤(4)所述对所得的三维矿相图中各矿相的像素点进行统计，得到复杂烧结矿三维矿相或气孔的体积占比的具体方法为：假设一种复杂烧结矿的第i层的矿相完全分割图得到A1,A2,A3……An种矿相，基于像素统计得i层矿相总量为Ti(i＝1,2……m)，设第i层矿相中的A1矿相含量为Xi1，则i层A1矿相的面积分数为可得烧结矿区域内A1矿相的体积分数：利用上述公式可将二维矿相面积分数转化为三维矿相体积分数，得到复杂烧结矿中任一矿相或气孔的体积占比。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过采用光学显微分析和电子显微分析融合的方式，将灰度差异小而在光学显微镜下难以区分的矿相用电子显微镜加以识别区分，从而准确区分复杂烧结矿的每种矿相；2、本专利技术通过三维重建的方法获得复杂烧结矿的三维显微矿相图，直观地展示了复杂烧结矿的整体结构；3、本专利技术通过对三维显微矿相图进行透视和剖切加工，能够表征各矿相在不同截面上的分布特征，直观地观察各矿相和气孔在复杂烧结矿内部的整体结构和结合状态，并通过统计像素点个数，可以较准确地得到任一矿相或气孔的体积占比。附图说明图1是本专利技术实施例中的碱性钒钛烧结矿光学显微镜图(左)和电子显微镜图(右)；图2是本专利技术实施例中的光学(左)和电子(右)显微矿相不完全分割图；图3是本专利技术实施例中铁酸钙和钙钛矿的矿相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于特征融合的复杂烧结矿三维显微矿相的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在复杂烧结矿样品表面随机选取一个区域，分别采用光学显微镜和电子显微镜对该区域进行拍摄，对所得光学显微图片和电子显微图片采用多尺度滤波和多阈值分割的方法进行处理，分别得到光学显微镜和电子显微镜的矿相不完全分割图，并将其进行配准融合处理得到二维矿相完全分割图；(2)确定三维重建的固定层间距和抛磨参数，按照步骤(1)的方式得到每层的矿相完全分割图，并进行三维重建得到三维显微矿相图；(3)对步骤(2)所得的三维矿相图进行透视处理和剖切处理，得到复杂烧结矿三维显微矿相透视图和剖视图；(4)对步骤(2)所得的三维矿相图中各矿相的像素点进行统计，得到复杂烧结矿三维矿相或气孔的体积占比。

【技术特征摘要】
1.一种基于特征融合的复杂烧结矿三维显微矿相的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在复杂烧结矿样品表面随机选取一个区域，分别采用光学显微镜和电子显微镜对该区域进行拍摄，对所得光学显微图片和电子显微图片采用多尺度滤波和多阈值分割的方法进行处理，分别得到光学显微镜和电子显微镜的矿相不完全分割图，并将其进行配准融合处理得到二维矿相完全分割图；(2)确定三维重建的固定层间距和抛磨参数，按照步骤(1)的方式得到每层的矿相完全分割图，并进行三维重建得到三维显微矿相图；(3)对步骤(2)所得的三维矿相图进行透视处理和剖切处理，得到复杂烧结矿三维显微矿相透视图和剖视图；(4)对步骤(2)所得的三维矿相图中各矿相的像素点进行统计，得到复杂烧结矿三维矿相或气孔的体积占比。2.根据权利要求1所述的一种基于特征融合的复杂烧结矿三维显微矿相的分析方法，其特征在于：步骤(1)中采用光学显微镜和电子显微镜对复杂烧结矿样品表面同一区域进行拍摄时，要基于待分析区域矿相结构特征和显微镜分辨率，选择合适的的放大倍数，所选放大倍数应不小于最小放大倍数。根据人眼能区分最小的光点距离和矿相尺寸，并利用公式可以计算最小放大倍数，其中：若μ显>0.2mm，μ1指的是单个像素点的尺寸长度；若μ显<0.2mm，μ1指的是人眼极限识别光点点距；μ2为拟观察最小矿相尺寸，k1为协调常数。3.根据权利要求1所述的一种基于特征融合的复杂烧结矿三维显微矿相的分析方法，其特征在于：步骤(1)中所述对所得光学显微图片和电子显微图片采用多尺度滤波和多阈值分割的方法进行处理，具体步骤是：a、采用二维离散小波分解去除噪声及高频杂波；b、利用小波逆变换重塑图像，加强图像的边缘信息；c、根据灰度差异确定最佳阈值门限进行多阈值分割区别复杂矿相。4.根据权利要求1所述的一种基于特征融合的复杂烧结矿三维显微矿相的分析方法，其特征在于：步骤(1)中所述的融合处理具体步骤是：对所得光学显微镜的矿相不完全分割图中无法区分的矿相，采用改进的边缘检测算法将光学显微镜不完全分割图和电子显微镜不完全分割图进行配准融合，利用电子显微镜的分割图加以补充区分，得到二维矿相完全分割图。5.根据权利要求4所述的一种基于特征融合的复杂烧结矿三维显微矿相的分...

【专利技术属性】
技术研发人员：王炜，王宪珍，徐润生，陈绪亨，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42