Windows平台下描绘式显微颗粒测量系统开发及颗粒边缘自动检测研究

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本文论述的对象是图形描绘(TD)式显微颗粒计算机测量系统。主要分析软件的需求,论述Windows平台下测量系统软件测试与调试、面向对象、设备驱动、管理与通信(进程、线程)等技术和原理,并据此制作完成高分辨率、低误差值、高可靠性、高实用性的颗粒测量软件。同时对摄像(TV/DC)式显微颗粒计算机测量中的关键技术——边缘检测(图像分割)进行了新的探索。 颗粒是构成天然物质和工业材料(岩石、矿石、沙子、泥土、尘埃、钢铁、陶瓷、水泥、墨粉、磁粉、光纤和料封装材用高纯硅微粉、细胞等)的基本单元,颗粒尺寸(粒度)是颗粒的首要特征和粉体材料的第一指标。随着颗粒的细化(粒度变小),颗粒和材料(在某些粒度段位)性能会发生突变,即颗粒尺寸效应。毫米颗粒仅具常规性能和常规用途,微米(10—0.1微米)颗粒具增强功能(力学增强、流态化能力增强、磁力增强等),纳米(100—0.1纳米)颗粒具超常功能(韧性陶瓷——摔不碎,超硬铜材——硬度提高500%,750度低熔铜、黑色白金、隐形材料等)。显微颗粒测量是对显微镜下微观颗粒(微米—纳米)几何、堆积、组构、组份、物相、孔隙等特征测量与统计分析的总称。 本文及软件以颗粒尺寸(长度、粒度)和方位测量为基本内容。颗粒尺寸测量包括粒度和粒度分布参数及图形;长径比及长径分布,径厚比及直径分布;方位测量包括方位分布及制图等。 消息、对象、方法、类和继承是构成面向对象方法与技术的柱石。Windows是抢先式多任务、多线程操作系统;为管理临界资源,使用特权级的概念;为保证多任务正常运行,应用程序(进程)运行在保护模式上,靠消息来驱动;进程可以创建多个并发线程(操作系统分配CPU运行时间的基本实体),同时也以主线程的形式被系统调度;进程间的通信及线程管理是实现复杂应用的重要技术;设备驱动程序运行在内核状态,是系统用于对各种硬件资源识别、管理、维护运作的扩展,与虚拟机管理器一起合作,维持系统的运作。软件可靠性由测试与调试来保证,通过测试-分析-修改的过程而发生变化。 本文的重点在于深入阐述了Windows操作系统并行(进程与线程)处理技术的原理、实现及其设备驱动的程序的原理、开发方法及实现;并结合目前流行软件的面向对象的开发方法,介绍了测量系统软件的实现的过程。 本文及软件取得重要的突破就是在光学显微镜下测量数据处理精度(分辨率)可达到0.08微米,操作方便而且稳定可靠;配合电子显微镜,完全可以在纳米级水平上进行样品测量、数据处理与分析。文章提供典型样品的图片及相应的实验分析结果;同时也对其它的测量的方法进行了集中论述,为从事这方面工作的人们提供借鉴。 在Windows平台下,成功地与显微镜相结合进行颗粒形貌与尺寸的直接测量目前在国内处于领先水平。 随着人工智能、神经网络、计算机视觉、数学形态学的发展,他们也渗透到显微镜颗粒图像测量。本文最后对颗粒的显微图像边缘检测进行了有益的尝试,并给出了实验结果。
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