基于显微图像的PTA粒径分布估计方法研究

摘要

在医药、化工等许多工业领域中，晶体产品的粒径分布是一个十分重要的质量参数。现有测定晶体粒径分布的方法主要有激光粒度仪法、筛分法和沉降法等。激光粒度仪法测量结果比较准确，但价格昂贵；筛分法原理简单，但测量结果不够准确；沉降法测量周期较长。针对现有测定方法的不足，本文以工业用精对苯二甲酸(PTA)为对象，研究了基于数字显微成像系统获取晶体显微图像的粒径分布估计方法。
　　 本文采用光学显微镜结合数码相机获取晶体的显微图像，利用测微尺对成像系统的放大倍数进行标定，再通过图像分割、特征信息提取、分布估计及假设检验估计出晶体的粒径分布和体积分布。针对其中的关键问题，提出了相应的解决方案：
　　 (1)针对重叠图像的分割问题提出了一种改进的凹点匹配分割方法，实现重叠颗粒的有效分离。
　　 (2)提出了一种整体搜索比较算法，结合深度优先和广度优先遍历算法，由分割后的图像中获取晶体颗粒的像素数，进而转换为晶体的直径和体积信息。
　　 (3)基于几种常见的分布假设对粒径分布和体积分布进行估计并利用X2检验对得到的结果进行检验，确定可接受的分布估计。
　　 本文方法对PTA粒径分布和体积分布的估计结果与激光粒度仪的结果一致，验证了方法的有效性。针对PTA的估计方法可以推广到其他类似晶体产品的质量估计。

目录

文摘

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致谢

第1章 绪论

1.1研究背景

1.1.1激光粒度仪法

1.1.2筛分法

1.1.3沉降法

1.2图像处理与粒径分布测量

1.2.1图像处理在过程检测中的应用现状

1.2.2图像处理的一般方法

1.2.3图像处理方法在测量粒径分布中的应用

1.3本文主要研究内容

1.4论文结构

第2章 重叠图像的分割算法

2.1图像分割的原理

2.2现有的重叠图像分割方法

2.2.1基于分水岭的重叠图像分割方法

2.2.2基于形态学方法的重叠图像分割方法

2.2.3基于凹点匹配的重叠图像分割方法

2.3现有的凹点匹配算法

2.4改进的基于凹点匹配的重叠图像分割方法

2.4.1获取图像的边界轮廓

2.4.2搜寻边界凹点

2.4.3搜寻分割点

2.4.4模拟图像的实验结果

2.4.5 PTA显微图像的实验结果

2.5本章小结

第3章 PTA图像中面积的提取

3.1现有提取面积算法概述

3.1.1递归搜索法

3.1.2扫描标号法

3.2改进的提取像素面积算法

3.2.1深度优先遍历算法

3.2.2广度优先搜索算法

3.2.3整体搜索比较算法

3.3特殊颗粒的处理

3.4本章小结

第4章 PTA粒径分布和体积分布的拟合

4.1统计学基本知识

4.1.1频数分布和频率分布

4.1.2频率直方图

4.2参数估计

4.2.1极大似然估计法

4.2.2基于最小二乘法对参数的估计

4.3 PTA的粒径分布和体积分布参数估计

4.3.1 PTA的频数直方图和频率直方图

4.3.2对PTA的粒径分布和体积分布进行极大似然估计

4.3.3利用最小二乘估计对PTA粒径分布结果进行拟合

4.4对拟合结果进行x2检验

4.4.1 x2检验法的基本原理和步骤

4.4.2总体含未知参数的情形

4.4.3 PTA粒径分布的假设检验

4.5本章小结

第5章 实验结果分析

5.1实验设备及显微成像系统的标定

5.1.1获取测微尺图像

5.1.2测微尺图像的预处理

5.1.3测微尺图像的处理结果

5.2 PTA图像的处理

5.2.1图像的预处理

5.2.2提取PTA图像中PTA颗粒的像素面积

5.2.3几幅代表PTA图像的处理结果

5.3可重复性和可再现性验证

5.3.1原始结果的对比

5.3.2体积分布和粒径分布拟合

5.3.3图像法和激光粒度仪法结果的对比

5.4本章小结

第6章 结论及展望

6.1本文总结

6.2展望

参考文献

作者攻读硕士学位期间完成的论文及其他科研成果