一种液晶织构条纹间距的图像识别方法及系统

本申请涉及液晶织构实验数据处理，具体涉及一种液晶织构条纹间距的图像识别方法及系统。

背景技术：

1、某些物质在熔融状态或被溶剂溶解之后，尽管失去固态物质的刚性，却获得了液体的易流动性，并保留着部分晶态物质分子的各向异性有序排列，形成一种兼有晶体和液体的部分性质的中间态，这种由固态向液态转化过程中存在的取向有序流体称为液晶。

2、液晶大体可分为向列相、近晶相、胆甾相三种，部分液晶分子具备手性，在表面锚定条件合适时可呈现出层线结构，如近晶c相和胆甾相，其在偏光显微镜(polarizingmicroscope，pom)下显示出条纹结构，这些条纹的周期反映了对应液晶相的精细结构，如胆甾相的螺距信息。早期方法是直接从图像中人工手动读取，实践中这种方法误差大不精确，且测量困难工作量大。后来有人提出读取图像亮度信息，避开缺陷分别测量亮暗带的方法，但这种方法在条纹不够清晰，液晶缺陷较多，以及对高分子高黏度的情况下误差很大。

3、因此需要一种快速简便，能够在照片质量较差，条纹走向不规则，织构存在较多缺陷时仍能获得较高精度结果的图像识别方法。

技术实现思路

1、本申请提供一种液晶织构条纹间距的图像识别方法，可以解决现有技术中存在的液晶织构条纹间距无法高效识别的技术问题。

2、第一方面，本申请实施例提供一种液晶织构条纹间距的图像识别方法，所述方法包括：

3、获取液晶织构图像，对其进行图像分割和灰度化处理得到多个子图像；

4、针对每个子图像，均对其求梯度得到图像梯度信息，所述图像梯度信息包括梯度方向矩阵g1和梯度大小矩阵g2，将相差180°的梯度方向作为同一方向对所述梯度方向矩阵g1进行转换，得到转换后方向矩阵g1′；统计梯度大小矩阵g2中大于最大梯度值的第一倍数t1的梯度在转换后方向矩阵g1′中对应的梯度方向，根据所有所述梯度方向得到子图像对应的方向梯度直方图；

5、在根据方向梯度直方图判断子图像中的条纹存在主方向时，将子图像旋转至条纹主方向竖直，并在子图像上划分多条水平取样线，提取所有取样线的灰度数据信号，并计算得到相应的条纹间距；统计所有子图像的条纹间距得到液晶织构图像的条纹间距分布。

6、结合第一方面，在一种实施方式中，所述液晶织构图像为通过偏光显微镜拍摄的图像。

7、结合第一方面，在一种实施方式中，在进行所述图像分割和所述灰度化处理前，根据预设的比例尺，对液晶织构图像进行调节；

8、在计算得到所述取样线的条纹间距后，根据预设的比例尺，对条纹间距进行调节。

9、结合第一方面，在一种实施方式中，所述将相差180°的梯度方向作为同一方向对所述梯度方向矩阵g1进行转换，得到转换后方向矩阵g1′，具体包括如下步骤：

10、将相差180°的梯度方向作为同一方向对所述梯度方向矩阵g1进行转换，以将梯度方向矩阵g1中所有梯度方向映射到-90°-90°范围内。

11、结合第一方面，在一种实施方式中，所述根据方向梯度直方图判断子图像中的条纹是否存在主方向，具体包括如下步骤：

12、提取方向梯度直方图中的最高频次和平均频次，在最高频次大于平均频次的第二倍数t2时，判断子图像中存在主方向，且主方向为最高频次对应的梯度方向。

13、结合第一方面，在一种实施方式中，所述提取子图像中所有取样线的灰度数据信号，并计算得到相应的条纹间距，具体包括如下步骤：

14、针对每条取样线，均利用自适应分解算法对灰度数据信号进行分解，得到多个固有模态函数；

15、去除最高频率的固有模态函数后，对剩余的所有固有模态函数取和，得到条纹间距信号；

16、对条纹间距信号进行傅里叶变化，得到条纹间距频谱；

17、提取条纹间距频谱中的最高分量对应的第一频率f1和次高分量对应的第二频率f2，在第一频率f1与第二频率f2的比值大于第三倍数t3时，判断该条取样线具有集中的条纹分布，且条纹间距为第一频率f1的倒数。

18、结合第一方面，在一种实施方式中，所述统计所有子图像的条纹间距，具体包括如下步骤：

19、统计所有子图像中具有集中的条纹分布的取样线的条纹间距，得到子图像的条纹间距。

20、结合第一方面，在一种实施方式中，所述自适应分解算法包括经验模态分解，奇异谱分析，固有时间尺度分解及其变体。

21、结合第一方面，在一种实施方式中，所述方法还包括：

22、根据取样线的条纹间距得到螺距；统计所有子图像的螺距得到液晶织构图像的螺距分布。

23、第二方面，本申请实施例提供了一种液晶织构条纹间距的图像识别系统，所述图像识别系统包括：

24、图像获取模块，其用于对液晶织构图像其进行图像分割和灰度化处理得到多个子图像；

25、图像处理模块，其用于针对每个子图像，均对其求梯度得到图像梯度信息，所述图像梯度信息包括梯度方向矩阵g1和梯度大小矩阵g2，将相差180°的梯度方向作为同一方向对所述梯度方向矩阵g1进行转换，得到转换后方向矩阵g1′；统计梯度大小矩阵g2中大于最大梯度值的第一倍数t1的梯度在转换后方向矩阵g1′中对应的梯度方向，根据所有所述梯度方向得到子图像对应的方向梯度直方图；还用于在根据方向梯度直方图判断子图像中的条纹存在主方向时，将子图像旋转至条纹主方向竖直，并在子图像上划分多条水平取样线，提取所有取样线的灰度数据信号，并计算得到相应的条纹间距；统计所有子图像的条纹间距得到液晶织构图像的条纹间距分布。

26、本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

27、通过只统计梯度大小矩阵中大于最大梯度值的第一倍数的梯度在转换后方向矩阵中对应的梯度方向得到方向梯度直方图，解决了相关技术中存在的液晶织构条纹间距无法高效识别的技术问题，能够在照片质量较差，条纹走向不规则，织构存在较多缺陷时，过滤噪点，消除亮度不均，提高图像识别结果精度。

技术特征：

1.一种液晶织构条纹间距的图像识别方法，其特征在于，所述图像识别方法包括：

2.如权利要求1所述的液晶织构条纹间距的图像识别方法，其特征在于，所述液晶织构图像为通过偏光显微镜拍摄的图像。

3.如权利要求1所述的液晶织构条纹间距的图像识别方法，其特征在于，在进行所述图像分割和所述灰度化处理前，根据预设的比例尺，对液晶织构图像进行调节；

4.如权利要求1所述的液晶织构条纹间距的图像识别方法，其特征在于，所述将相差180°的梯度方向作为同一方向对所述梯度方向矩阵g1进行转换，得到转换后方向矩阵g1′，具体包括如下步骤：

5.如权利要求1所述的液晶织构条纹间距的图像识别方法，其特征在于，所述根据方向梯度直方图判断子图像中的条纹是否存在主方向，具体包括如下步骤：

6.如权利要求1所述的液晶织构条纹间距的图像识别方法，其特征在于，所述提取子图像中所有取样线的灰度数据信号，并计算得到相应的条纹间距，具体包括如下步骤：

7.如权利要求6所述的液晶织构条纹间距的图像识别方法，其特征在于，所述统计所有子图像的条纹间距，具体包括如下步骤：

8.如权利要求6所述的液晶织构条纹间距的图像识别方法，其特征在于，所述自适应分解算法包括经验模态分解，奇异谱分析，固有时间尺度分解及其变体。

9.如权利要求1所述的液晶织构条纹间距的图像识别方法，其特征在于，所述方法还包括：

10.一种液晶织构条纹间距的图像识别系统，其特征在于，所述图像识别系统包括：

技术总结
一种液晶织构条纹间距的图像识别方法及系统，涉及液晶织构实验数据处理技术领域，包括对液晶织构图像进行图像分割和灰度化处理得到多个子图像；求取子图像梯度得到图像梯度信息，将相差180°的梯度方向作为同一方向对梯度方向矩阵进行转换得到转换后方向矩阵；统计梯度大小矩阵中大于最大梯度值的第一倍数的梯度在转换后方向矩阵中对应的梯度方向，得到方向梯度直方图；在判断子图像中的条纹存在主方向时，划分多条水平取样线并提取其灰度数据信号，计算得到相应的条纹间距。本申请只统计梯度大小矩阵中大于最大梯度值第一倍数的梯度在转换后方向矩阵中对应的梯度方向得到方向梯度直方图，能够过滤噪点，消除亮度不均，提高图像识别结果精度。

技术研发人员：周金平,乔振宇,武昊
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15