一种烧结矿显微结构图的三维重建方法
【专利摘要】本发明涉及一种烧结矿显微结构图的三维重建方法。其技术方案是：利用金相显微镜得到烧结矿显微图片集，通过滤波法经平滑处理后进行拼接融合，得到烧结矿断层序列二维显微结构图。利用3D Slicer软件对烧结矿断层序列二维显微结构图进行三维重建，得到体绘制烧结矿显微结构三维重建图。通过分割、剖切和透视，依次得到分割后的体绘制烧结矿显微结构三维重建图、烧结矿显微结构三维剖视图和烧结矿显微结构三维透视图。对烧结矿断层序列二维显微结构图的矿物组织进行三维重建，得到面绘制烧结矿显微结构三维重建图。本发明具有操作简单、实用、灵活性高和成本低的特点，所得到的烧结矿显微结构图能直观、准确地反映烧结矿内部的显微结构。
【专利说明】
一种烧结矿显微结构图的三维重建方法
技术领域
[0001]本发明属于烧结矿显微图像处理技术领域。具体涉及一种烧结矿显微结构图的三维重建方法。
【背景技术】
[0002]烧结矿是高炉炼铁的主要原料之一，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。由于烧结矿是不透明的，其结构特征不能直接从样品中获得。传统方法是通过显微镜获取烧结矿样品的二维截面图像，然后对其显微结构进行研究，但是由于烧结矿的结构复杂，二维平面图形不能充分显示其复杂的三维细节，难以直观、准确地反映烧结矿真实的矿相组织结构。因此，深入了解烧结矿内部显微结构成为了当前技术人员研究的热点和难点之一。
[0003]断层序列是物体在不同位置上的截面信息的一系列二维图像，这些图像在大小、分辨率及色彩信息上都相同，不能充分显示其复杂的三维细节，而且各相邻二维图像在空间上相邻且保持一定距离，所以断层序列在空间上具备三维特征。
[0004]随着计算机科学技术的进步，基于三维重建的可视化技术得到了很大的发展，广泛运用于各个领域。Kasai等人利用X-ray CT获取了烧结饼气孔的三维结构图，并结合图像分析软件对气孔率进行了定量分析。Kasama利用X-ray CT获取了烧结饼的三维结构图，并对其透气性能进行了分析。Nakano等人也利用X-ray CT获取了烧结饼的三维结构图，并分析了Al2O3对烧结饼空隙形貌的影响。然而，通过X-ray CT对物体进行内部扫描时，图像的分辨率不高，操作复杂，且设备昂贵等缺陷。
【发明内容】
[0005]本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供了一种操作简单、实用、灵活性高和成本低的烧结矿显微结构图的三维重建方法，用该方法得到的烧结矿显微结构图能直观、准确地反映烧结矿显微结构。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是:
步骤一、先在烧结矿表面选取一个区域作为待重建面，用金相显微镜拍摄所述待重建面，得到烧结矿显微图片集;再用滤波法对烧结矿显微图片集进行平滑处理，然后拼接融合，得到烧结矿断层序列二维显微结构图。
[0007]步骤二、利用3DSlicer软件，对步骤一所述烧结矿断层序列二维显微结构图采用体绘制技术进行三维重建，得到体绘制烧结矿显微结构三维重建图。
[0008]步骤三、对步骤二所述体绘制烧结矿显微结构三维重建图的烧结矿气孔和矿物组织进行人工识别，再对人工识别后的烧结矿气孔和矿物组织涂以不同颜色，然后基于不同颜色的边缘轮廓线进行分割，得到分割后的体绘制烧结矿显微结构三维重建图。
[0009 ]步骤四、对步骤三所述分割后的体绘制烧结矿显微结构三维重建图从X轴、Y轴、Z轴进行1/2、或1/4、或1/8剖切处理，得到相应的烧结矿显微结构三维剖视图。
[0010]步骤五、对步骤三所述分割后的体绘制烧结矿显微结构三维重建图中每一种矿物组织的透明度逐一设为0，对应的其它矿物组织的透明度设为0.5，气孔的透明度设为I，得到相应的烧结矿显微结构三维透视图。
[0011]步骤六、对步骤三所述分割后的体绘制烧结矿显微结构三维重建图用3DSlicer软件统计烧结矿气孔所占像素点和每一种矿物组织所占像素点，按长度/像素的换算关系，得到气孔的体积比和每一种矿物组织的体积比。
[0012]步骤七、对步骤一所述烧结矿断层序列二维显微结构图的矿物组织进行人工识另IJ，对人工识别后的矿物组织涂以不同颜色，再基于不同颜色的边缘轮廓线进行分割，然后对分割后的矿物组织采用面绘制技术进行三维重建，得到面绘制烧结矿显微结构三维重建图。
[0013]所述平滑处理是在烧结矿显微图片集中的任一副烧结矿显微图片上取一个方形区域，该方形区域称为平滑窗口；用所述平滑窗口在所述烧结矿显微图片上滑动，用平滑窗口所覆盖像素中的中间灰度值代替平滑窗口所对应像素的灰度值，每个像素都被扫描一次后则为平滑处理。
[0014]所述拼接融合是将烧结矿显微图片集中的所有烧结矿显微图片按相邻位置拼接为一幅，拼接时先去掉相邻的烧结矿显微图片的重叠部分。
[0015]所述三维重建是基于相邻层配准的插值方法对烧结矿断层序列二维显微结构图进行插值处理。
[0016]所述分割过程是米用自动分割与手工分割相结合的人机交互处理方法。
[0017]采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点:
(I)本发明提供的烧结矿显微结构图的三维重建方法，利用金相显微镜能得到不同倍数的烧结矿显微图片集，通过滤波法经平滑处理后进行拼接融合，得到烧结矿断层序列二维显微结构图，获得了较广的矿相组织分布图，从而全面得到烧结矿显微结构信息。
[0018](2)本发明利用3D Slicer软件对烧结矿断层序列二维显微结构图进行三维重建，得到体绘制烧结矿显微结构三维重建图，克服了传统二维分析方法的缺陷。通过旋转可从各个角度更全面、直观的观察烧结矿内部的三维形貌特征。
[0019](3)本发明通过分割、剖切和透视，依次得到分割后的体绘制烧结矿显微结构三维重建图、烧结矿显微结构三维剖视图和烧结矿显微结构三维透视图，能更加准确和直观地观察到矿物组织在烧结矿内部的结构及形态，亦能看到各矿相组织与气孔相互交织以及各矿相组织与气孔在三维空间的分布与毗邻关系。
[0020](4)本发明基于相邻层配准的插值方法对烧结矿断层序列二维显微结构图进行插值处理，可提高重建的精度;在分割过程中采用自动分割与手工分割相结合的人机交互处理方法，提高了重建准确度。
[0021](5)本发明只需要金相显微镜和计算机及其相应软件，便可实现烧结矿显微结构图的三维重建，操作简单、实用、灵活性高和成本低。
[0022]因此，本发明具有操作简单、实用、灵活性高和成本低的特点，所得到的烧结矿显微结构图能直观、准确地反映烧结矿内部的显微结构，适用于烧结矿显微结构的研究。
【附图说明】
[0023]图1是本发明的一种烧结矿显微图片集；
图2是对图1拼接融合后的烧结矿断层序列二维显微结构图；
图3是对图2进行三维重建后的体绘制烧结矿显微结构三维重建图；
图4是对图3分割后的体绘制烧结矿显微结构三维重建图；
图5是由图4得到的烧结矿显微结构三维重建透视图；
图6是由图2得到的面绘制烧结矿显微结构三维重建图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的描述，并非对本发明保护范围的限定。
[0025]实施例1
一种烧结矿显微结构图的三维重建方法。所述三维重建方法的具体步骤是:
步骤一、先在烧结矿表面选取一个区域作为待重建面，用金相显微镜拍摄所述待重建面，得到如图1所示的烧结矿显微图片集。再用滤波法对烧结矿显微图片集进行平滑处理，然后拼接融合，得到如图2所示的烧结矿断层序列二维显微结构图。
[0026]所述金相显微镜的放大倍数为η倍，η为40。
[0027]步骤二、利用3DSlicer软件，对步骤一所述烧结矿断层序列二维显微结构图采用体绘制技术进行三维重建，得到如图3所示的体绘制烧结矿显微结构三维重建图。
[0028]步骤三、对步骤二所述体绘制烧结矿显微结构三维重建图的烧结矿气孔和矿物组织进行人工识别，再对人工识别后的烧结矿气孔和矿物组织涂以不同颜色，然后基于不同颜色的边缘轮廓线进行分割，得到如图4所示的分割后的体绘制烧结矿显微结构三维重建图。
[0029 ]步骤四、对步骤三所述分割后的体绘制烧结矿显微结构三维重建图从X轴、Y轴、Z轴进行1/2、或1/4、或1/8剖切处理，得到相应的烧结矿显微结构三维剖视图。
[0030]步骤五、对步骤三所述分割后的体绘制烧结矿显微结构三维重建图中每一种矿物组织的透明度逐一设为0，对应的其它矿物组织的透明度设为0.5，气孔的透明度设为I，得到相应的烧结矿显微结构三维透视图，图5是其中一种矿物组织的烧结矿显微结构三维透视图。
[0031]步骤六、对步骤三所述分割后的体绘制烧结矿显微结构三维重建图用3DSlicer软件统计烧结矿气孔所占像素点和每一种矿物组织所占像素点，按长度/像素的换算关系，得到气孔的体积比和每一种矿物组织的体积比。
[0032]步骤七、对步骤一所述烧结矿断层序列二维显微结构图的矿物组织进行人工识另IJ，对人工识别后的矿物组织涂以不同颜色，再基于不同颜色的边缘轮廓线进行分割，然后对分割后的矿物组织采用面绘制技术进行三维重建，得到如图6所示的面绘制烧结矿显微结构三维重建图。
[0033]所述平滑处理是在烧结矿显微图片集中的任一副烧结矿显微图片上取一个方形区域，该方形区域称为平滑窗口；用所述平滑窗口在所述烧结矿显微图片上滑动，用平滑窗口所覆盖像素中的中间灰度值代替平滑窗口所对应像素的灰度值，每个像素都被扫描一次后则为平滑处理。
[0034]所述拼接融合是将烧结矿显微图片集中的所有烧结矿显微图片按相邻位置拼接为一幅，拼接时先去掉相邻的烧结矿显微图片的重叠部分。
[0035]所述三维重建是基于相邻层配准的插值方法对烧结矿断层序列二维显微结构图进行插值处理。
[0036]所述分割过程是米用自动分割与手工分割相结合的人机交互处理方法。
[0037]
本【具体实施方式】与现有技术相比具有以下优点:
(I)本【具体实施方式】提供的烧结矿显微结构图的三维重建方法，利用金相显微镜能得到不同倍数的烧结矿显微图片集，通过滤波法经平滑处理后进行拼接融合，得到烧结矿断层序列二维显微结构图，获得了较广的矿相组织分布图，从而全面得到烧结矿显微结构信息。
[0038](2)本【具体实施方式】利用3D Slicer软件对烧结矿断层序列二维显微结构图进行三维重建，得到体绘制烧结矿显微结构三维重建图，克服了传统二维分析方法的缺陷。通过旋转可从各个角度更全面、直观的观察烧结矿内部的三维形貌特征。
[0039](3)本【具体实施方式】通过分割、剖切和透视，依次得到分割后的体绘制烧结矿显微结构三维重建图、烧结矿显微结构三维剖视图和烧结矿显微结构三维透视图，能更加准确和直观地观察到矿物组织在烧结矿内部的结构及形态，亦能看到各矿相组织与气孔相互交织以及各矿相组织与气孔在三维空间的分布与毗邻关系。
[0040](4)本【具体实施方式】基于相邻层配准的插值方法对烧结矿断层序列二维显微结构图进行插值处理，可提高重建的精度;在分割过程中采用自动分割与手工分割相结合的人机交互处理方法，提高了重建准确度。
[0041](5)本【具体实施方式】只需要金相显微镜和计算机及其相应软件，便可实现烧结矿显微结构图的三维重建，操作简单、实用、灵活性高和成本低。
[0042]因此，本【具体实施方式】具有操作简单、实用、灵活性高和成本低的特点，所得到的烧结矿显微结构图能直观、准确地反映烧结矿内部的显微结构，适用于烧结矿显微结构的研究。
【主权项】
1.一种烧结矿显微结构图的三维重建方法，其特征在于所述三维重建方法是: 步骤一、先在烧结矿表面选取一个区域作为待重建面，用金相显微镜拍摄所述待重建面，得到烧结矿显微图片集;再用滤波法对烧结矿显微图片集进行平滑处理，然后拼接融合，得到烧结矿断层序列二维显微结构图； 步骤二、利用3D Slicer软件，对步骤一所述烧结矿断层序列二维显微结构图采用体绘制技术进行三维重建，得到体绘制烧结矿显微结构三维重建图； 步骤三、对步骤二所述体绘制烧结矿显微结构三维重建图的烧结矿气孔和矿物组织进行人工识别，再对人工识别后的烧结矿气孔和矿物组织涂以不同颜色，然后基于不同颜色的边缘轮廓线进行分割，得到分割后的体绘制烧结矿显微结构三维重建图； 步骤四、对步骤三所述分割后的体绘制烧结矿显微结构三维重建图从X轴、Y轴、Z轴进行1/2、或1/4、或1/8剖切处理，得到相应的烧结矿显微结构三维剖视图； 步骤五、对步骤三所述分割后的体绘制烧结矿显微结构三维重建图中每一种矿物组织的透明度逐一设为O，对应的其它矿物组织的透明度设为0.5，气孔的透明度设为I，得到相应的烧结矿显微结构三维透视图； 步骤六、对步骤三所述分割后的体绘制烧结矿显微结构三维重建图用3D Slicer软件统计烧结矿气孔所占像素点和每一种矿物组织所占像素点，按长度/像素的换算关系，得到气孔的体积比和每一种矿物组织的体积比； 步骤七、对步骤一所述烧结矿断层序列二维显微结构图的矿物组织进行人工识别，对人工识别后的矿物组织涂以不同颜色，再基于不同颜色的边缘轮廓线进行分割，然后对分割后的矿物组织采用面绘制技术进行三维重建，得到面绘制烧结矿显微结构三维重建图。2.根据权利要求1所述的烧结矿显微结构图的三维重建方法，其特征在于所述平滑处理是在烧结矿显微图片集中的任一副烧结矿显微图片上取一个方形区域，该方形区域称为平滑窗口 ；用所述平滑窗口在所述烧结矿显微图片上滑动，用平滑窗口所覆盖像素中的中间灰度值代替平滑窗口所对应像素的灰度值，每个像素都被扫描一次后则为平滑处理。3.根据权利要求1所述的烧结矿显微结构图的三维重建方法，其特征在于所述拼接融合是将烧结矿显微图片集中的所有烧结矿显微图片按相邻位置拼接为一幅，拼接时先去掉相邻的烧结矿显微图片的重叠部分。4.根据权利要求1所述的烧结矿显微结构图的三维重建方法，其特征在于所述三维重建是基于相邻层配准的插值方法对烧结矿断层序列二维显微结构图进行插值处理。5.根据权利要求1所述的烧结矿显微结构图的三维重建方法，其特征在于所述分割过程是采用自动分割与手工分割相结合的人机交互处理方法。
【文档编号】G06T17/00GK106056668SQ201610553498
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月14日
【发明人】王炜, 邓明, 徐维波, 戴柏文, 薛正良, 欧阳泽林, 朱航宇, 王杰, 徐润生
【申请人】武汉科技大学