ICS 19.120 A 28
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T38879—2020
颗粒 粒度分析 彩色图像分析法
ParticleSize analysisColor image analysis methods
2020-08-01实施
2020-06-02发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T38879—2020
目 次
前言引言 1 范围
III
IV
规范性引用文件 3 术语和定义样品准备
2
4
图像采集 5.1 总则 5.2 采集图像处理与分析
5
6
6.1 总则 6.2 图像预处理 6.3 颗粒图像分割 6.4 粒度测量与计算 6.5 颗粒的分类 7 校准和溯源 8 测试报告附录A（资料性附录） 基于彩色图像进行颗粒粒度分析的典型步骤流程图附录B（资料性附录） 图像处理常用的颜色空间以及之间的转换关系附录C（资料性附录） 基于模糊C均值聚类的彩色图像分割算法基本原理和步骤· 附录D（资料性附录） 在CIELAB颜色空间下进行颗粒彩色图像分割过程及结果示例参考文献
12 1.4 17 GB/T 38879—2020
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准由全国颗粒表征与分检及筛网标准化技术委员会（SAC/TC168)提出并归口。 本标准起草单位：上海理工大学、中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院、丹东百特仪器
有限公司、北京海岸鸿蒙标准物质技术有限责任公司、深圳市德方纳米科技股份有限公司、中科院过程工程研究所、中机生产力促进中心、北京市理化分析测试中心、仪思奇（北京）科技发展有限公司。
本标准主要起草人：周鹭、邓文晶、徐喜庆、蔡小舒、董青云、李兆军、苏明旭、李力、王远航、高原、 余方、杨正红。 GB/T 38879—2020
引言
图像法已成为颗粒分析的主要方法之一，静态和动态图像法一般基于颗粒的灰度图像进行阈值分割，从二值化的颗粒图像中提取粒度等信息。相比于颗粒的灰度图像，彩色图像蕴含更丰富的颜色和纹理等信息，有助于颗粒的分割与识别，因此本标准针对颗粒彩色图像进行颗粒粒度分析，旨在对颗粒彩色图像的获取、处理及其适用范围提供指导。
V GB/T38879—2020
颗粒 粒度分析 彩色图像分析法
1范围
本标准规定了颗粒彩色图像的采集、处理以及颗粒粒度分析的方法。 本标准适用于图像法粒度粒形分析仪、显微镜、扫描仪或相机等彩色图像采集设备对颗粒粒度的
测定。
规范性引用文件
2
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T15445.1粒度分析结果的表述 第1部分：图形表征 GB/T21649.1一2008粒度分析图像分析法 第1部分：静态图像分析法
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
颜色空间 color space 表示颜色的三维空间。 注1：即每个颜色都表示为三维坐标系中的一个点。颜色空间也称为彩色模型，常用的颜色空间有RGB、CIELAB、
HSV和HSI等。
注2：改写GB/T5698—2001，定义4.57。
3.2
色调 hue 表示红、黄、绿、蓝、紫等颜色特性。 颜色的三属性之一。 注：颜色的重要属性，决定颜色的本质，是人们对物体表面呈现出的某种颜色的感觉。 GB/T5698—2001，定义5.7
3.3
明度 lightness 在同样的照明条件下，以白板作为基准，对物体表面的视知觉特性给予的分度。 颜色三属性之一。 注：改写GB/T5698—2001，定义5.8。
3.4
饱和度 saturation 用以估价纯彩色在整个视觉中的成分的视觉属性 [GB/T5698—2001,定义5.10］
1 GB/T 38879—2020
3.5
对比度 contrast 在视场上同时或相继出现两个部分时的外观上差别的估计。对比包括亮度对比、明度对比和色对
比等。
注：在粒度分析中为组成颗粒对象的前景像素与颗粒邻近区域的背景像素之间、或不同颗粒对象像素之间的明度
或色彩差异。 ［GB/T5698—2001，定义5.33]
3.6
颜色直方图 colorhistogram 描述不同色彩分量在图像中所占比例的图。
3.7
颜色矩 colormoment 对彩色图像各分量图的基于矩的颜色特征表示注：颜色矩可以用于任何颜色空间，有一阶矩、二阶矩、三阶矩等
3.8
空间关系 spatial relation 图像中像素之间或分割出来的多个目标之间的相互空间位置或相对方向关系。
3.9
纹理 texture 基于包含多像素点的区域进行统计计算获得的特征信息。
3.10
图像分割 imagesegmentation 把图像中具有某种特定意义的区域划分开来，彼此互不相交，每个区域满足灰度，纹理，颜色等相似
性准则。 3.11
阅值 threshold 将物像从背景中区分出来设置的灰度等级 [GB/T21649.1—2008,定义3.1.13］
3.12
聚类 cluster 将物理或抽象对象的集合分成由类似的对象组成的多个类的过程。 注：在颗粒彩色图像粒度分析中一般基于色彩特征进行聚类。
3.13
边缘检测 edge detection 根据目标对象边缘像素点灰度阶跃变化来确定轮廓的过程。
3.14
5Z1C
测试框 measurement frame 视场内的一个区域，在此区域中对颗粒进行统计和图像分析。 注：一系列的测试框构成总的测试区域 [GB/T21649.1—2008,定义3.1.2]
3.15
相似度 similarity 度量图像中像素点在某种特征信息上的近似程度
2 GB/T38879—2020
3.16
畸变distortion 物体所成的像相对于物体本身而言的失真现象
3.17
噪声 noise 图像数据中的不必要的或多余的干扰信息
3.18
鲁棒性 robustness 系统在不确定性的扰动下仍能维持其性能的能力
3.19
费雷特直径 Feret diameter 与颗粒图像轮廓两边相切的平行线之间的距离。 [GB/T21649.1—2008,定义3.1.6］
3.20
勒让德惯性椭圆 Legendre ellipse of inertia 中心位于颗粒质心，且与原始颗粒面积有相同的一阶和二阶几何惯性矩的圆。 注1：椭圆可以用长轴和短轴、重心位置和方向来表征。 注2：改写GB/T15445.6—2014，定义8.1.2
3.21
椭圆率 ellipseratio 勒让德惯性椭圆的短轴长度与长轴长度之比。 注：改写GB/T15445.6—2014，定义8.1.3。
3.22
长宽比 aspectratio 费雷特最短直径和费雷特最长直径之比。 [GB/T15445.6—2014，定义8.1.3]
4 样品准备
不同的彩色颗粒样品有不同的制备方法或行业要求，应遵照相关标准进行样品制备，保证从原始样品上选择的测试或分析样品具有代表性。
样品制备应将颗粒物充分分散，尽量避免轮廓的重叠，选择适当的光源强弱使颗粒物界限足够清晰。
5 图像采集
5.1总则
使用彩色图像采集设备来获取颗粒彩色图像并测量颗粒粒度时，在遵循仪器设备相关操作规范的前提下，应保证颗粒与背景的颜色或灰度具有较大差异。 5.2采集
图像采集的要求如下： a) 根据待测颗粒的粒度范围和测量所需精度，选择合适的光学倍率
3 GB/T38879—2020
b）采集设备安装完成后，对不同光学倍率下计量标尺和像素之间进行换算，得出相关系数并保
存。在正式测量时，根据实际测量倍数完成相应设置
c） 获取图像时，调整光圈以避免过度曝光或曝光不足，选择合适的滤波片和偏振角度，得到满意
的对比度和饱和度，进而得到清晰的图像。
d)不 在图像中选择可识别的颗粒，尽可能提取测试框中的全部颗粒 e）在每幅图像中选择相当数量且不重复的测试框，测试过程中，操作条件不能更改
6图像处理与分析
6.1总则
基于彩色图像分析方法进行粒度分析的先决条件是充分理解和利用图像的信息，应考虑到图像处
理过程每一步骤的可靠性，颗粒彩色图像处理与分析主要包括颗粒彩色图像预处理、图像分割以及颗粒图像粒径测量等。基于彩色图像进行颗粒粒度分析的典型步骤流程图参见附录A。
6.2图像预处理 6.2.1彩色图像预处理包括几何校正、滤波去噪、对比度增强等过程。只要测量结果符合要求，可根据需要选用具体的图像预处理操作。 6.2.2原始图像存在局部畸变时需要进行图像几何校正，使原始图像上颗粒的几何位置、形状和尺寸等特征与其对应的样品参照物相一致。如果仪器设备出厂时已经过几何校正，使用中与出厂设置一致时则不需要再进行几何校正，厂家提供相应校正方法的，采用仪器设备厂家提供的校正方法。
其他情况建议采用“张正友标定法”进行几何校正。 注：“张正友标定法”相关文献参见参考文献[5]，
6.2.3图集采集过程中应根据噪声来源和性质，采取不同的对策来抑制噪声的强度，同时选择合适的滤波算法来提取更为真实的轮廓边缘信息，尽量避免滤波带来的失真。 6.2.4为了将颗粒对象与其背景区域分割开来，充分的对比度对于颗粒目标识别和尺寸测量都是至关重要的。允许采用图像增强算法在分割前增强图像对比度。 6.3颗粒图像分割 6.3.1总则
SAG
在图像分割中，原始颗粒图像像素点根据相应特征被分为背景像素和隶属于彩色颗粒的目标像素集。颗粒彩色图像的分割应考虑但不限于色彩特征，其他如空间关系特征、纹理特征和形状特征等也可同时作为分割的依据。颗粒彩色图像孔洞的填充、小区域的去除可以看作图像分割的附加过程。
彩色图像分割、分析方法往往依赖于一个或多个参数，需要预先对颗粒彩色图像分析方法的鲁棒性进行验证。如果这些参数是由用户设置的，则应基于待分析颗粒彩色图像进行多次验证性试验，检查参数设置的准确性和稳定性，以确保参数的微小变化不会影响最终的粒度分析结果。 6.3.2图像特征提取
色彩特征是在彩色图像处理中应用最广泛的视觉特征，也是颗粒彩色图像首要考虑的图像特征。 色彩特征对图像本身的尺寸、方向和视角的依赖性较小，具有较高的鲁棒性。提取图像的色彩特征时，应选择合适的颜色空间，以利于颗粒彩色图像的分割。图像处理常用的颜色空间以及之间的转换关系参见附录B
如有需要，在色彩特征的基础上，可结合像素点的空间关系特征或多像素点区域的纹理特征，采用
4