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鄂西宜昌地区下寒武统水井沱组草莓状黄铁矿sem图像特征及古环境指示意义:以鄂阳页1井为例

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地学前缘 2023年第3期30卷 195-207页

作者：宋辉邵德勇罗欢孟康张瑜唐玄张同伟西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室陕西西安710069 兰州大学地质科学与矿产资源学院甘肃兰州730000 中国地质大学(北京)能源学院北京100083 Bureau of Economic Geology The University of Texas at AustinAustin TX 78713USA

草莓状黄铁矿在页岩中广泛分布,其形态特征及粒径大小等可作为指示氧化还原状态的环境指标。本文以鄂西宜昌地区鄂阳页1井水井沱组富有机质层段及岩家河组样品为研究对象,利用氩离子抛光场发射扫描电镜技术,结合图像处理软件ImageJ,快... 详细信息

草莓状黄铁矿在页岩中广泛分布,其形态特征及粒径大小等可作为指示氧化还原状态的环境指标。本文以鄂西宜昌地区鄂阳页1井水井沱组富有机质层段及岩家河组样品为研究对象,利用氩离子抛光场发射扫描电镜技术,结合图像处理软件ImageJ,快速获取sem图像中草莓状黄铁矿相关参数,并探讨其环境指示意义。结果表明,鄂阳页1井下寒武统剖面样品中黄铁矿赋存形式多样,包括草莓状黄铁矿集合体、团块状黄铁矿、黄铁矿自形晶及有机质中星点状分散的黄铁矿等。其中,草莓状黄铁矿作为最主要的赋存形式,其粒径(D)、微晶粒径(d)、D/d值以及微晶晶型等相关参数在垂向上呈现明显变化。岩家河组草莓状黄铁矿微晶晶型以八面体为主,水井沱组富有机质层段底部以五角十二面体及近球形为主,中部以八面体、立方体为主,上部以立方体、四面体为主,自下而上微晶圆度呈逐渐减小趋势,反映了还原性减弱的过程。水井沱组富有机质页岩中草莓状黄铁矿平均粒径为4.43μm,中下部偏大,上部粒径偏小。草莓状黄铁矿微晶平均粒径为0.338μm,剖面上自下而上呈现由大到小的变化趋势。D/d值在岩家河组样品中偏小,在水井沱组富有机质层段下部最大,上部逐渐减小。综合相关参数在剖面上的变化,在岩家河组与水井沱组底部环境突变的位置,草莓状黄铁矿更多反映突变前的环境状态,水井沱组富有机质层段上部偏氧化状态下草莓状黄铁矿粒径偏小,可能当时氧化还原界面仍位于水体中,且指示物源供给中含铁矿物丰度减小。

关键词：草莓状黄铁矿 sem图像氧化还原环境水井沱组宜昌地区

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碳纤维sem图像分割算法的研究

碳纤维SEM图像分割算法的研究

作者：张娟娟陕西科技大学

学位级别：硕士

图像分割已经应用于各个领域,在材料学中扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,sem）图像对于研究材料形态、分布和性能具有重要作用。材料的sem图像是材料与背景分离的边缘分量由具有高灰度值的像素组成,这些边缘分量像素的... 详细信息

图像分割已经应用于各个领域,在材料学中扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,sem）图像对于研究材料形态、分布和性能具有重要作用。材料的sem图像是材料与背景分离的边缘分量由具有高灰度值的像素组成,这些边缘分量像素的灰度值并不均匀和清晰,不足以将其对象与背景分离开来。特别是碳纤维材料的sem图像形状多样,有直线、矩形、圆、椭圆等各种形状不同的“岛”,无法使用预定义的图案形状进行分割,这给碳纤维材料性能研究带来了困难。为此,本文提出sem图像的分割技术,自动识别碳纤维形状和分布,用于检测碳纤维材料的电性能。主要研究工作如下:（1）针对碳纤维复合材料在sem图像下形态多样、前景与背景融合度高、碳纤维信息提取难度大的问题,设计了密集连接结构和群组归一化结合的特征提取网络（DenseNet-50）,代替了传统的Mask R-CNN的特征提取网络。通过引入密集连接结构,在ResNet的基础上重新设计了网络结构,解决了传统Mask R-CNN网络各层特征利用率低的问题,并引入群组归一化减少了小批量网络造成的误差,提升了小批量网络的性能,从而提高了特征提取的效果和分割精度。将该网络结构应用于碳纤维sem图像的分割。对比实验结果表明,DenseNet-50替换Mask R-CNN中的特征提取网络,图像分割的平均精确度、交并比分别为81.5%、87.2%,比原Mask R-CNN网络在碳纤维sem数据集上拥有更好的分割准确性。（2）为了改善粘连碳纤维漏检问题,进一步提升分割效果,研究了一种改进的Mask R-CNN网络（Soft-Mask R-CNN）。将压缩和激励网络与残差网络相结合获得一种改进的残差网络SE-ResNet（Squeeze and Excitation Residua Network）,使通道特征进行融合,提高了碳纤维sem图像边缘特征提取效果;采用群组归一化替代批量归一化,提升小批量网络的性能;利用改进的软化非极大抑制（Soft Non-Maximum Suppression,Soft-NMS）进行筛选,提高对粘连目标的检测效果。实验表明,Soft-Mask R-CNN与Mask R-CNN相比,能有效提高对碳纤维sem图像的分割准确率和碳纤维区域边界的分割精度,图像分割的平均精确度、交并比分别为87.2%、90.6%,具有较好的泛化能力和较高的精确度,可为碳纤维复合材料的性能参数研究提供可靠指导。（3）为了评估碳纤维复合材料的电性能,通过sem图像研究碳纤维复合材料中碳纤维的形态和分布,采用Soft-Mask R-CNN对碳纤维复合材料的sem图像自动分割。通过对已有图像的预处理,生成3246张训练数据集;使用SE-ResNet-50进行碳纤维图像的特征图像提取,采用改进的Soft-NMS.方法来实现碳纤维图像重叠区域的筛选,从而实现整个碳纤维复合材料sem图像的自动分割,得到碳纤维的分布情况,并将结果用于电性能的评估。实验结果表明,对不同倍数的sem图像均有稳定的分割结果,碳纤维分布图像边缘清晰。评估方法能够满足碳纤维复合材料电性能研究的需要,可为碳纤维复合材料性能预测提供指导。通过与其他算法的性能评估和分析,证明本文改进的Mask R-CNN可以有效提高碳纤维sem图像分割精度,将所得到的分割图像进行碳纤维分布评估,评估结果与实际分布相符。评估结果显示单个碳纤维占比越高,碳纤维复合材料的导电性越好,可作为研究碳纤维复合材料性能提供理论指导。

关键词：图像分割碳纤维复合材料 Mask R-CNN sem图像电性能

基于sem图像的软土三维孔隙率计算及影响因素分析

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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岩石力学与工程学报 2015年第7期34卷 1497-1502页

作者：徐日庆邓祎文徐波来剑平詹学贵徐丽阳陆建阳浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058 杭州武林广场地下商城建设有限公司浙江杭州310058 云南交通职业技术学院云南昆明650000

为获取丰富的sem图像信息用于土体微观结构研究,对杭州紫金港软土进行大量的sem图像扫描。通过分析软土sem图像的特点,建立三维空间计算模型,首次提出利用Image-Pro Plus(IPP)软件计算软土三维孔隙率的方法,并分析计算步距、放大倍数、... 详细信息

为获取丰富的sem图像信息用于土体微观结构研究,对杭州紫金港软土进行大量的sem图像扫描。通过分析软土sem图像的特点,建立三维空间计算模型,首次提出利用Image-Pro Plus(IPP)软件计算软土三维孔隙率的方法,并分析计算步距、放大倍数、阈值大小、分析区域大小等对软土三维孔隙率计算结果的影响。研究结果表明:计算精度跟步距大小有关,步距越小精度越高,采用步距2有利于兼顾计算容量和精度要求;对软土三维孔隙率放大倍数宜采用1 200±300倍;阈值取值跟放大倍数有关,放大倍数越大阈值也应相应增加;分析区域面积不宜太小,能有效反映整张图像信息的区域面积应占图像总面积的70%以上。

关键词：土力学微观结构 sem图像阈值三维孔隙率

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基于sem图像的软土接触面积定量研究

应用基础与工程科学学报 2016年第2期24卷 295-303页

为了获取软土接触面积大小,对杭州紫金港软土进行了大量的sem图像扫描,通过分析软土sem图像的特点,建立三维空间计算模型,利用Image-ProPlus(IPP)软件统计软土的微观孔隙率,通过对比宏观孔隙率与微观孔隙率之间的关系,定量获取土体接触... 详细信息

为了获取软土接触面积大小,对杭州紫金港软土进行了大量的sem图像扫描,通过分析软土sem图像的特点,建立三维空间计算模型,利用Image-ProPlus(IPP)软件统计软土的微观孔隙率,通过对比宏观孔隙率与微观孔隙率之间的关系,定量获取土体接触面积的百分比,首次提出了软土平均接触面积率的概念,分析了孔隙率获取中可能存在的误差.结果表明,土体接触面积并非很小,其值跟孔隙率有关,孔隙率越小接触面积率越大,本文试样中,当软土孔隙率为0.371时,接触面积率约10%,且采用宏微观孔隙率相等获取的接触面积率比采用阈值获取的要稳定,该方法提供了一条获取软土接触面积率的有效路径.

关键词： sem图像接触面积率三维孔隙率微观结构定量分析

一种用于光刻sem图像轮廓提取的Canny优化算法

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中国集成电路 2022年第7期31卷 31-36页

作者：李琛周涛上海集成电路研发中心有限公司

根据摩尔定律,半导体芯片单位面积上的晶体管数量每18个月翻一番,当前量产先工艺节点已经演进到3nm,特征尺寸不断缩小,图案越发复杂,芯片制造过程中出现缺陷的概率升高,对检测技术及其关联设备提出了极高的要求。光刻作为半导体制造中... 详细信息

根据摩尔定律,半导体芯片单位面积上的晶体管数量每18个月翻一番,当前量产先工艺节点已经演进到3nm,特征尺寸不断缩小,图案越发复杂,芯片制造过程中出现缺陷的概率升高,对检测技术及其关联设备提出了极高的要求。光刻作为半导体制造中的核心模块,其工艺质量直接决定了后续工艺准确度,由于图案尺寸小于光源波长,衍射效应显著,导致曝光图案的高频信息丢失,光刻扫描电子显微镜(scanning electron microscope,sem)图像作为曝光图案的直接表示,基于sem图像的测量在半导体制造中对于图案化工艺质量的评估和监控显得至关重要。sem图像不仅能够提供图像的特征宽度和特征-特征间距尺寸测量,同时还提供了其它有关图案质量的丰富信息,然而通过视觉检测在sem图案质量检测方面留下了相当大的模糊空间。为了缩小模糊范围并获得更多关于图案质量的统计定量信息,通常会提取sem图像轮廓来进一步计量分析。基于轮廓信息,我们能够估计出曝光图案任何位置的尺度信息,例如侧壁角度,临界尺寸等,这些尺度信息可用于光刻热点检测和光刻OPC模型验证等。基于局部信息的经典轮廓提取算法在处理存在噪声的低对比度光刻sem图像方面尚有不足,如传统的prewit、log、sobel等算子,利用模板匹配无法获得令人满意的轮廓结果;轮廓提取领域的canny算法因其适用性广和效果较好,被广泛应用,但其梯度图像及阈值先验设置往往具有较大主观性,且没有充分利用待处理场景信息,对于较为复杂场景效果仍有待提升。本文通过结合通过结合光刻sem图像的灰度、拓扑和轮廓长度先验信息,对canny算法进行优化,利用先验信息获得合适的阈值,完成对伪边缘(轮廓)的有效过滤,最终得到了与光刻sem图像高度吻合的轮廓结果。

关键词：光刻 sem图像轮廓提取非极大值抑制阈值法

基于sem图像的细颗粒泥沙絮体3维分形研究及其应用

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四川大学学报（工程科学版） 2012年第1期44卷 88-92页

作者：柴朝晖杨国录陈萌武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室污淤泥研究中心湖北武汉430072

具有分形特征是细颗粒泥沙絮体的重要特性,为了解决目前主要是通过絮体sem图像研究其2维分形特性的问题,利用sem图像灰度值重建细颗粒泥沙絮体3维图像,通过MATLAB编程用盒计数法计算絮体3维分形维数;然后基于絮体3维分形维数,推导出细... 详细信息

具有分形特征是细颗粒泥沙絮体的重要特性,为了解决目前主要是通过絮体sem图像研究其2维分形特性的问题,利用sem图像灰度值重建细颗粒泥沙絮体3维图像,通过MATLAB编程用盒计数法计算絮体3维分形维数;然后基于絮体3维分形维数,推导出细颗粒泥沙静水沉降时清浑交界面的沉降公式,并将其应用在滇池底泥清混交界面的沉降计算中,其计算误差在5%以内。结果表明,直接利用絮体sem图像计算絮体3维分形维数是可行的,避免了图像处理中人为误差的引入,且通过其推导的沉降公式可用于计算清混交界面的沉速。

关键词：细颗粒泥沙 sem图像 3维分形维数清浑交界面

基于sem图像的既有地基红黏土颗粒微观结构及分形特征研究

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中国岩溶 2019年第4期38卷 635-642页

作者：陈泰徐陈筠沙运斌白文胜邬忠虎王婷婷贵州大学资源与环境工程学院贵阳550025 贵州理工学院贵阳550003 贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司贵阳550081 贵州省建筑设计研究院有限责任公司贵阳550003 贵州大学土木工程学院贵阳550025

采用IPP(Image-ProPlus)图像分析软件对贵州省贵阳市某工厂三种既有地基红黏土sem图像的信息进行提取和处理,定性描述和定量分析土体的微观结构,并引入分形理论分析sem图像,提出在IPP软件中获取颗粒三维分形维数的计算方法。结果表明:(1... 详细信息

采用IPP(Image-ProPlus)图像分析软件对贵州省贵阳市某工厂三种既有地基红黏土sem图像的信息进行提取和处理,定性描述和定量分析土体的微观结构,并引入分形理论分析sem图像,提出在IPP软件中获取颗粒三维分形维数的计算方法。结果表明:(1)抗剪强度参数随微观颗粒数、颗粒形态比的增大而增大,随颗粒平均面积的增大而减小;(2)颗粒分布及形态均具有明显的分形特征,分形维数介于2~3之间,抗剪强度参数均随颗粒分布及形态分维值的增大而增大;(3)与构建三维模型的方法相比,利用IPP软件计算土颗粒三维分形维数的方法具有可行性,简单易操作,结果可靠。

关键词：红黏土微观结构 sem图像分形理论

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sem图像处理与微观信息提取技术研究

煤炭技术 2015年第10期34卷 119-122页

作者：连会青冉伟夏向学中国矿业大学(北京) 北京100083 华北科技学院河北三河065201

为了精确提取扫描电镜图像微观渗透信息,以开滦林南仓矿和内蒙古酸刺沟矿岩芯制作的sem照片为研究对象,针对每个样品拍摄了放大1 000倍的sem照片,重点研究利用图像处理软件实现对同一尺度sem图像信息的提取。最后建立微观参数与渗透率... 详细信息

为了精确提取扫描电镜图像微观渗透信息,以开滦林南仓矿和内蒙古酸刺沟矿岩芯制作的sem照片为研究对象,针对每个样品拍摄了放大1 000倍的sem照片,重点研究利用图像处理软件实现对同一尺度sem图像信息的提取。最后建立微观参数与渗透率之间的数学模型,得出孔隙大小的划分标准,并经过实验验证。

关键词： sem图像微观信息参数阈值渗透系数孔隙度

基于sem图像处理的天然硅藻土分形特征分析

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水利水运工程学报 2017年第5期 96-102页

作者：王月香石修松吉锋顾欢达丁建文苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215011 南京工业大学江苏南京211816 香港理工大学土木与环境工程学院东南大学交通学院江苏南京210018

为探讨天然沉积硅藻土的微观结构及变形机制,对硅藻土样进行了sem电镜扫描、压汞试验和高压三轴试验。采用图像分割原理及最佳阈值法分析了天然沉积硅藻土在不同固结压力下的分形特征和孔隙结构特征参数,探讨了硅藻土分形维数和各向等... 详细信息

为探讨天然沉积硅藻土的微观结构及变形机制,对硅藻土样进行了sem电镜扫描、压汞试验和高压三轴试验。采用图像分割原理及最佳阈值法分析了天然沉积硅藻土在不同固结压力下的分形特征和孔隙结构特征参数,探讨了硅藻土分形维数和各向等压固结压力之间的关系。结果表明,硅藻土体多孔隙,具有很强的结构性。土中孔隙孔径大多在0.1~1.0μm之间。在固结压力达到屈服压力后,孔径大于1μm的较大孔隙随固结压力的增加而减少,硅藻颗粒破坏,孔隙结构坍塌。获取了灰度阈值及二值化后的sem图像。得到天然沉积硅藻土在不同固结压力下的分形盒子数和盒维数。结果还表明分形盒维数随固结压力增加而增加,天然沉积硅藻土在固结压力下的微观结构性及孔隙分布可通过分形盒维数来反映。

关键词： sem图像二值化硅藻土固结压力分形特征