利用物质显微组织图型分析及标准化，实现有效火调的方法。本发明专利技术特征在于：（１）提出了一种物质介观结构数字图像处理方法。包括图像自动分割模型建立、二值化模型建立以及三原色ＲＧＢ图转化为二值图方法、“斑点”去除模型建立及算法设计、细化和毛刺去除模型建立及算法设计、多余区域去除模型建立及算法设计，以获得高质量的介观组织结构图像数据；（２）提出了一种适于火查的物质介观结构形状定义法。选取周长、面积、等效直径、致密度、离心率、降维的联合参数作为形状描绘子，特别地，引入分形维作附加的形状描绘子，大大提高判别准确性。在理论上解决了火查信息提取与重构的难题；在技术上发展了一种不依赖经验、自动化程度高的火调方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及利用物质显微组织图型分析及其标准化，实现一种有效的火灾调查的方法。
技术介绍
火灾是一种灾害性的燃烧过程，在诸多灾害中发生频率最高，给社会造成了巨大 损失，特别是造成了人员的重大伤亡。由于火灾的随机性特征、以及各种因素的作用，使得 火灾仍将长期存在于人类社会的发展中，可以预计，随着国家经济的发展和科技的进步，火 灾将呈现更加复杂和多元化趋势。无疑，火灾事故原因确定对于国家安全、社会稳定、相关 政策的制定、同类灾害的防治、以及事故责任者的认定等无疑具有十分重要的意义。美国国 家标准和技术协会NIST曾指出火灾灾后调查是社会发展的迫切问题，建立严格的科学体 系已经成为迫切需求。但是，火灾涉及异常复杂的反应流动、热传递、以及材料的热行为等， 因此，火灾调查也是相关研究者们目前面临的重大难题之一。目前，火灾调查仍停留在经验、半经验的水平上，火灾调查的一些方法尚缺乏基础 理论、以及相应技术手段的支撑。物证鉴定技术的范围和手段尚不能满足原因认定的需要， 多种分析检测等软硬件设置也亟需改善。值得注意的是，火灾调查在经验方面也存在误区。 总之，火灾调查的效率和技术手段亟需大幅度提高。火灾物证的实验室分析鉴定是火查中 的一个重要组成部分，是根据火灾特点和规律，采用各种分析方法和技术手段，对火灾物证 进行理化、光学、机械、结构、形态等方面的检测，根据对检验结果的分析和判断，得到证明 火灾原因、引火物种类、起火方式、火灾温度等有关信息的直接或间接证据。火灾物证分析 鉴定目前主要方法有化学分析鉴定，金相法，热分析，剩磁检测，炭化导电测量，法医检测， 力学性能测定等方法。据国际消防技术委员会统计资料显示，21世纪前5年全世界平均每年发生火灾 约820万起，死亡约8万人，电气火灾比例约24% ；我国平均每年发生火灾21万起，死亡约 2000人，经济损失12亿元人民币，电气火灾比例高达22%。由此可见，电气火灾已成为对 人类社会造成危害程度最深的灾种之一。20世纪90年代以来，电气火灾事故在全国火灾 事故总数中所占的比例逐年上升。90年代，我国电气火灾约占火灾总数的16%，在全世界 占第三位。近几年，电气火灾猛增，占火灾总数的22%以上，已上升为世界第一位。2001 2005年电气火灾年均数较1991 1995年增长了 35%，每年达3万起。2001 2005年，违 反电气使用规定和电气操作规程引起的火灾，所占比例由20世纪90年代初的16%上升到 2005年的近22%;在北京、上海、天津、广州等主要城市中，1995年，电气火灾比例仅8. 7%， 到2005年，达到了 26.3%，10年间，翻了 2倍之多。据第八届国际火灾科学大会公布资料 显示，20世纪90年代中国的火灾直接损失平均每年为7亿元，因电气引发火灾损失1. 7亿 元；21世纪前5年间中国的年均火灾损失为10亿元，因电气引发火灾损失2. 6亿元。2000 年，电气火灾损失2. 3亿元，2005年达到2. 9亿元。在电气类火灾原因认定中，目前国内外采用的对电气火灾的鉴定技术方法主要有6种，即宏观鉴定法、微观形貌鉴别法、成分分析法、剩磁法、模拟实验法、金相分析法。其 中金相分析法因其设备简易、成本低，已得到普遍应用。在火灾调查中火烧熔痕、一次短路 熔痕、二次短路熔痕、导线过载熔痕、接触不良熔痕等是最常见的痕迹物证，对这些痕迹物 证进行金相分析，从而做出火灾原因判定。一般来说，一次短路熔痕的金相组织呈细小的胞状晶或柱状晶，二次短路熔痕的 金相组织被很多气孔分割，出现较多粗大的柱状晶或粗大晶届。由于火烧熔痕是在火灾气 氛中形成，冷却速度比较缓慢，熔痕形成时，从液态到固态的转变，晶核有一个形成与长大 的阶段，因此它的显微组织是由粗大的等轴晶组成。一次短路熔珠金相磨面内部气孔小而 较少，并较整齐。二次短路熔珠金相磨面内部气孔多而大，且不规整。一次短路熔珠与导线 衔接处的过渡区界限明显，二次短路熔珠与导线衔接处的过渡区界限不太明显。一次短路 熔珠晶界较细，空洞周围的铜和氧化亚铜共晶体较少、不太明显。二次短路熔珠晶界较粗 大，空洞周围的铜和氧化亚铜共晶体较多。综上所述，当前所普遍采用的金相分析方法主要采用描述性语句，对不同类型金 相图进行描述，需要结合工作人员的经验进行判断。也就是说，没有一个量化和统一的标 准，对于同一幅金相图，不同的火调或相关人员可能得出不同的结论，甚至，同一幅金相图， 同一个人在不同的时间段会做出不同的判断，因此，对当前金相分析方法做出改进是非常 必要的。不仅金属材料的金相组织结构与热环境等有关，可以断定，非金属材料的显微组 织结构也一定与热关联。本专利技术中所说的介观尺度，是指采用金相显微镜或类似设备，所观 察到的尺度。这是考虑到这些设备价格适度、使用方便、宜于推广。而更为微观的显微镜或 类似设备价格高、使用复杂、不利于推广。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于物质介观结构定量和统一化的火灾调查方法，其特征在于(一 )提出一种物质介观结构数字图像处理的方法和技术。为了能够进行计算机 处理，图像采用离散数据结构来表达。在获取图像时，传感器获得的图像是平面上两个坐标 的连续函数f(x，y)。将f(x，y)采样为一个M行N列的矩阵。给每个连续的样本数值一个 整数数字，图像函数f(x，y)的连续范围被划分为K个区间。采样和量化越精细，即M，N和 K越大，对连续函数f(x，y)的近似就越好。Live-Wire算法是一种典型的交互式分割算法， Live-Wire的核心思想是求取最短路径。它将整个图像看作一个有向图，根据图像中的梯度 等信息，为图中每一有向边赋予一权值，使得目标边界上的权值最小，从而就将寻找边界问 题转化为从选择点到图像上其他各点的最短路径问题。我们发现，原方法中采用的拉式零 点穿越函数将会增强图像中的高频部分，同时可能增加噪点，引入冗余信息，影响后期的处 理和判断，我们将其改为carmy算子。Carmy算子采用Gasussian算法进行平滑处理，能在 有效控制噪声的前提同时保留重要的边缘信息，更适用于物质介观提取要求。图1是应用 本方法对某火烧金相图处理的结果。从图中我们可以看出，经过交互式操作，已经将图中的 晶格边界轮廓标示出来，绿色的不规则曲线更加清晰直观的展示了火烧金相图主要以粗大 的胞状晶为主，同时，金相显微组织内有少量的孔洞结构存在，而一次短路的晶格主要是细 小的胞状晶和细小的柱状晶。可以发现，在以橙色为主要背景色的处理结果中，采用绿色线4条标示的晶格结构已非常明显。但是，为了做进一步的分析，仍然需要过滤掉图像中的多余 信息。通过过滤冗余信息，可以更准确地抓住主要的晶格特征。RGB图像是由红、绿和蓝三 色通过改变不同分色权值而在不同像素点呈现出不同颜色。将RGB转化为数字矩阵，即为 MXNX3结构。各分色值大小的变化范围为W，255]，采取去除重要特征色方法，进行冗余 信息过滤。为得出准确的过滤临界值，可采用统计计算，得到三原色直方图。横坐标表示像 素值，纵坐标表示对应像素值出现的次数。为获取晶格轮廓，将三个原色中的绿分色剥离， 然后进行二值化处理，结果如图2所示。可以看出，已经将晶格结构的内部信息去除，只留 下晶格轮廓信息，晶格本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于物质介观尺度分析的火灾调查方法。目前的火灾调查仍停留在经验、半经验的水平上，火灾调查的一些方法尚缺乏基础理论、以及相应技术手段的支撑。由于金属或非金属材料在不同的热环境下会发生不同的显微组织变化，材料的显微组织包含了该材料的热经历信息，基于此，我们提出了采用数字图像处理的方法和技术，对受热材料的显微组织形态进行分析，通过与标准数据的比对，从而揭示该材料的热经历信息。本专利技术所指的介观尺度，是金相显微镜或类似设备所能表达的物质微观尺度，由于金相显微镜或类似设备价格适度，因此，本专利技术内容便于推广使用。本专利技术提出的数字图像处理步骤和方法，我们已实现，并经过我们的大量验证，证明了其可靠性。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋勇，邱榕，张和平，姜蓬，廖光煊，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：34
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