顆粒圖像分析儀將是一種將現(xiàn)代電子技術(shù)與光學(xué)顯微鏡相結(jié)合而成的一種粉體顆粒物性檢測(cè)儀器。用電子攝像機(jī)拍攝經(jīng)顯微鏡放大的顆粒圖像。圖像信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)后，計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行對(duì)顆粒進(jìn)行形貌特征和粒度進(jìn)行分析，最后給出測(cè)試報(bào)告。

顆粒圖像分析儀圖示

      它的基本原理是：光學(xué)顯微鏡首先將待測(cè)的微小顆粒放大，并成像在CCD攝像機(jī)的光敏面上；攝像機(jī)將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖片信息，然后傳輸并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)里。計(jì)算機(jī)對(duì)接收到的數(shù)字化了的顯微圖像信息進(jìn)行二值化處理，識(shí)別顆粒的輪廓。然后按照一定的等效模式，計(jì)算各個(gè)顆粒的粒徑、圓度等物理參數(shù)。一般而言，一幅圖像（即圖像儀的一個(gè)視場(chǎng)）包含幾個(gè)到上百個(gè)不等的顆粒。圖像儀能自動(dòng)計(jì)算視場(chǎng)內(nèi)所有的顆粒的粒徑，并統(tǒng)計(jì)，形成粒度報(bào)告、圓度報(bào)告等。當(dāng)已經(jīng)測(cè)到的顆粒數(shù)不夠多時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整顯微鏡的載物臺(tái)，換到下一個(gè)視場(chǎng)，繼續(xù)測(cè)試并累計(jì)。

      顆粒圖像分析儀最主要的核心技術(shù)之一是顆粒圖像的二值化處理。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)拍攝的顆粒圖像是由不同灰度的像素點(diǎn)陣構(gòu)成的。為獲得真實(shí)準(zhǔn)確的顆粒輪廓圖像，需要對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理。將原始圖像轉(zhuǎn)化為顆粒輪廓邊緣閉合且不改變大小的黑白圖像。圖像的二值化處理就是將圖像上的點(diǎn)的灰度置為0或255，也就是將整個(gè)圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果。即將256個(gè)亮度等級(jí)的灰度圖像通過(guò)適當(dāng)?shù)拈撝颠x取而獲得仍然可以反映圖像整體和局部特征的二值化圖像。在數(shù)字圖像處理中，二值圖像占有非常重要的地位，特別是在實(shí)用的圖像處理中，以二值圖像處理實(shí)現(xiàn)而構(gòu)成的系統(tǒng)是很多的，要進(jìn)行二值圖像的處理與分析，首先要把灰度圖像二值化，得到二值化圖像，這樣子有利于在對(duì)圖像做進(jìn)一步處理時(shí)，圖像的集合性質(zhì)只與像素值為0或255的點(diǎn)的位置有關(guān)，不再涉及像素的多級(jí)值，使處理變得簡(jiǎn)單，而且數(shù)據(jù)的處理和壓縮量小。為了得到理想的二值圖像，一般采用封閉、連通的邊界定義不交疊的區(qū)域。所有灰度大于或等于閾值的像素被判定為屬于特定物體，其灰度值為255表示，否則這些像素點(diǎn)被排除在物體區(qū)域以外，灰度值為0，表示背景或者例外的物體區(qū)域。如果某特定物體在內(nèi)部有均勻一致的灰度值，并且其處在一個(gè)具有其他等級(jí)灰度值的均勻背景下，使用閾值法就可以得到比較的分割效果。如果物體同背景的差別表現(xiàn)不在灰度值上（比如紋理不同），可以將這個(gè)差別特征轉(zhuǎn)換為灰度的差別，然后利用閾值選取技術(shù)來(lái)分割該圖像。動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)閾值實(shí)現(xiàn)圖像的二值化可動(dòng)態(tài)觀察其分割圖像的具體結(jié)果。

      閾值選取不恰當(dāng)會(huì)直接影響二值化圖像的質(zhì)量。例如二值化顆粒輪廓線不閉合、變形、擴(kuò)大或縮小等。很顯然上述任何錯(cuò)誤都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失真甚至是錯(cuò)誤。為了避免這種問(wèn)題發(fā)生，業(yè)內(nèi)專家研發(fā)了多種圖形自動(dòng)識(shí)別算法，包括全局閾值方法和局部閾值方法。然而，無(wú)論是全局閾值法還是局部閾值法，無(wú)論閾值如何選取；由于要將256個(gè)灰度級(jí)組成的圖像轉(zhuǎn)化為只有0和255的兩個(gè)灰度，必然會(huì)造成圖像信息損失；因此二值化圖像與原圖的差異是不可避免的。

      既然圖像的二值化存在原理性的根本缺陷，那么有什么辦法來(lái)減少顆粒圖像分析儀的誤差呢？首先，從硬件上可以找到突破口。當(dāng)前光學(xué)顯微鏡的成像清晰度基本已無(wú)太大潛力可挖掘，但是數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)卻日新月異，大幅提高儀器選用的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)分辨率和清晰度是改進(jìn)儀器性能的有效途徑。其次，提高軟件系統(tǒng)的智能識(shí)別技術(shù)，在進(jìn)行圖像二值化處理時(shí)能根據(jù)圖像特點(diǎn)智能化的選擇動(dòng)態(tài)閾值。得益于現(xiàn)代電子信息化產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，這種圖像智能技術(shù)的發(fā)展也非常迅速。以上兩種軟硬件技術(shù)在各自獨(dú)立的領(lǐng)域可以說(shuō)是成熟技術(shù)。我國(guó)的多數(shù)顆粒圖像分析儀生產(chǎn)企業(yè)并未充分利用好高清數(shù)字?jǐn)z像和人工智能圖像識(shí)別技術(shù)。攝像部件的分辨率多數(shù)還停留在300-500萬(wàn)像素水平，智能二值化技術(shù)水平也相對(duì)落后。因此，如何將兩種成熟技術(shù)結(jié)合起來(lái)運(yùn)用到顆粒圖像分析儀中，依然是值得深入研究的課題。

（粉體圈 作者：敬之）