生物材料表面性能定量評價(jià)數(shù)字圖像分析系統(tǒng).pdf

1、生物材料的表面形貌對它的性質(zhì)起著重要的作用，許多物理、化學(xué)過程都在物質(zhì)表面進(jìn)行或與表面有著密切的關(guān)系。生物相容性作為評價(jià)生物材料的重要指標(biāo)，除了與材料表面化學(xué)狀態(tài)有關(guān)外，也與材料表面形貌密切相關(guān)。材料表面的粗糙程度、孔隙率、粒度大小、表面積等都直接影響其在物理、化學(xué)反應(yīng)過程中的屬性，因此生物材料表面形貌的研究對于了解這些過程及其作用機(jī)制非常重要。對于其他金屬材料和無機(jī)材料，同樣可以通過研究其表面特征，指導(dǎo)材料的制備、級配等。 目

2、前，有很多傳統(tǒng)的方法和儀器測定材料表面特性參數(shù)，但測試過程復(fù)雜、精確度不高、效率低，對于材料的選擇有一定的局限性，用于測量的儀器也都比較昂貴。數(shù)字圖像處理方法具有測量范圍廣、精確度高、局限性小，測量速度快等特點(diǎn)。本研究旨在建立一套對生物材料表面性能進(jìn)行定量評價(jià)的軟件系統(tǒng)，將數(shù)字圖像處理技術(shù)引入生物材料的評價(jià)和分析，提供一種計(jì)算機(jī)分析的客觀手段，軟件系統(tǒng)也可用于其他材料的分析研究。 基于Visual C++6.0環(huán)境進(jìn)行軟件系統(tǒng)設(shè)

3、計(jì)與開發(fā)，將數(shù)字圖像處理方法運(yùn)用于生物材料性能定量評價(jià)，建立了生物材料表面圖像分析系統(tǒng)的主體框架：在圖像預(yù)處理模塊中，運(yùn)用直方圖均衡、灰度線性變換、中值濾波、均值濾波等經(jīng)典算法來進(jìn)行生物材料表面圖像的優(yōu)化，改善圖像質(zhì)量，突出有用信息，使圖像更適于觀察和處理；運(yùn)用相應(yīng)的轉(zhuǎn)換公式對彩色圖像進(jìn)行灰度化處理、實(shí)現(xiàn)RGB空間到HSI空間的轉(zhuǎn)換，把圖像轉(zhuǎn)換到適于分析處理的彩色空間；在圖像分割模塊，主要運(yùn)用閾值分割對圖像進(jìn)行二值化，實(shí)現(xiàn)經(jīng)典的閾值分割

4、算法如迭代閾值、大津閾值、直方圖雙峰法，并引入一種新的基于頻率域選擇最優(yōu)閾值的方法，這種方法對于生物材料等具有較暗背景和對比度不強(qiáng)的圖像能夠取得較好的效果，實(shí)際應(yīng)用中也可以針對不同性質(zhì)的圖像選擇適當(dāng)?shù)拈y值分割方法對圖像進(jìn)行二值化；采用微分算子如Robert算子、Sobel算子、Prewitt算子、Laplace算子等對邊緣模糊的圖像進(jìn)行增強(qiáng)，用形態(tài)學(xué)的方法對二值化圖像進(jìn)行后期的改進(jìn)處理。在分析模塊，綜合各種知識，基于區(qū)域標(biāo)記理論對材料表

5、面各連通區(qū)域進(jìn)行識別和統(tǒng)計(jì)，并獲得材料表面圖像的孔隙率、平均面積、平均周長、粒徑、粒度大小、分布、數(shù)量等參數(shù)。實(shí)驗(yàn)中利用彩色圖像分割對骨修復(fù)材料植入后新生骨的生長率進(jìn)行分析測定，利用分形維數(shù)對陶瓷材料的表面形貌和電阻率之間的關(guān)系進(jìn)行初步分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了方法的有效性。 軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了生物材料顆粒的分割、邊緣檢測、自動(dòng)識別和統(tǒng)計(jì)分析等功能，具有高效、準(zhǔn)確和使用方便等特點(diǎn)，可以大大提高生物材料表面各項(xiàng)指標(biāo)檢測的速度和準(zhǔn)確性。與傳