图像处理方法在粉体粒度分布测量中的应用

　　粉体在人们日常生活和工农业生产中的应用非常广泛。在工农业生产和科学研究中用到的很多固体原料和制品都是以粉体形态存在的,而且在不同的应用领域中,对粉体特性的要求各不相同,从而形成了表征粉体特性的不同参数,如粒度、粒度分布、粗糙度、流动性等。由于粒度分布对粉体产品的质量和性能起着重要的作用,如保水材料的粒度分布对其保水性能有重要影响、水泥的粒度分布影响其堆积密度和孔隙率并且对其凝结时间及最终强度亦有影响、各种矿物填料的粒度影响制品的质量与性能、土壤的粒度及其分布影响其保水性能等,因此粉体的粒度分布在其加工与应用领域中常作为检测和控制参数。

　　现有的粒度及其分布测试仪器主要有激光粒度仪、成像颗粒分析仪、机械振动筛和手工筛等;主要方法有筛分法[1-3]、数字成像颗粒分析法[4]、激光粒度测量法[2,5-7]、沉降法[8]等。不同的方法具有不同的检测原理,且其适用的检测范围也有所不同。本研究基于光学显微镜和数码相机拍摄粉体中颗粒的二维形貌,利用图像处理方法测试粉体的粒度分布。

　　1　实验

　　1.1　原料与仪器

　　二氧化硅粉,清华大学材料科学与工程系粉体工程研究室自制;粉煤灰,取自江西萍乡火电厂。

　　数字显微系统为德国莱卡集团生产的Leica DMR研究级透射和反射偏光数字显微系统。该系统用可见光作用微观物体,并捕获其几何特征,通过显微成像系统再经CCD图像采集系统输入电脑并储存。

　　1.2　样品处理

　　取0.5g左右颗粒试样放在一块玻璃板上,借助多次四分法达到约0.01g为止。用数码相机拍摄粉体样品中颗粒形貌照片时,尽量将样品平铺在一张平整的板上,并使样品分散。用显微镜法测量样品时样品需求量极少,因此,取样和制样时为保证测试样品有充分的代表性和良好的分散性,本研究用精确度为0.001g的电子天平称准确称取样品质量,将已称重的试样倒入装有已知体积的分散液中,用滴管吸取已充分分散的试样,并滴加2~3滴至经1%~2%盐酸溶液浸泡、蒸馏水洗净、干燥的玻璃载片(约75mm×25mm)上,盖上盖玻片后备用[9,10]。

　　1.2　图像处理软件

　　图像分析软件IPP(全称Image-Pro Plus),4.5版本,开发商为美国Media Cybernetics公司。

　　1.3　图像处理方法

　　主要检测是将数码拍摄照片或显微镜图片导入计算机分析。采用手动测量颗粒粒径时,先进行标尺校准,即按照图像上标尺确定单位长度所占像素的个数,并设置输出单位;然后运用图像的手动测量工具,人工分辨颗粒的轮廓和边界,判定边界上距离最远的两点并标记,软件内嵌程序计算两点之间的距离;逐一标记不同颗粒的直径,再将粒径数据导入excel;人工划分统计不同粒径范围内颗粒的个数,即得所选样品的粒度分布。采用自动测量颗粒粒径时,校准标尺,设置输出单位后运用图像处理中的二值化工具将数码相机拍摄照片和显微照片等彩色图像、灰度图像转化为黑白图像;选择自动测算工具,输出所测算粒径数据,并自动统计计算结果,记录样品粒度分布。