碳纤维表面物理特征图像处理方法
郑斌黄娜陈聪慧
胡胜泊
冯志海
（航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术国防科技重点实验室，北京100076）
文摘利用ImageProPlus和Photoshop等图像处理软件对三种典型碳纤维样品断面的扫描电镜照片进行了图像分析及处理，使用Matlab对图像进行了数字化处理，计算得到国产1"及2"碳纤维样品的圆度分别是 0.980和0.809,与T300碳纤维的圆度0.846有一定差异。通过该方法可以定量化地表征碳纤维表面的物理特征。
关键词碳纤维，扫描电镜，图像处理，度
QuantitativeImageProcessingMethodforSEMMicrographsofCarbonFiber
ZhengBin
Huang Na
Chen Conghui
HuShengbo
Feng Zhihai
( National Key Laboratory of Advanced Functional Composite Materials Technology,Aerospace Research Institute of
Materials & Processing Technology,Beijing 100076)
AbstractA study of image processing and data analysis of SEM micrographs of three kinds of carbon fiber sam-ples was described in this paper.Image processing software including Image Pro Plus,Matlab and Photoshop was em-ployed to study the section patterns of carbon fibers as well as quantitatively analyze and contrast their roundness (α) and diameter. The roundnesses of GCF 1,GCF 2 and T300 are 0. 980,0. 809 and 0. 846 respectively. By using this method,the physical properties of carbon fiber's surface can be quantitatively characterized.
Key wordsCarbon fiber,SEM(Scanning Electron Microscope),Imageprocessing,Roundness
1引言
碳纤维的表面特性主要包括表面沟槽、表面孔、表面凸起、表面微结构等表面物理特征和表面非碳杂质、表面官能团等表面化学特征。在碳纤维复合材料中，碳纤维的表面物理特征对碳纤维与基体之间的物理结合力起着关键的作用，直接影响复合材料的力学及烧蚀防热性能[1~5]。因此，研究碳纤维表面物理特性有重要意义。
扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、比表面积及孔隙分析仪、Raman光谱、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）等分析手段都可以用来表征碳纤维表面的沟槽、孔隙、凸起、微结构等物理特征。其中，SEM比较常用，可以获得包含碳纤维表面沟槽、凸起等物理特征的显微图像[6-汀，目前的研究往往都局限在定性的水平上，不能定量表征碳纤维表面的物理特征。
由于碳纤维表面沟槽、凸起的存在，使其边缘为收稿日期：2009-09-20：修回日期：201001-11
近似于圆的不规则的封闭曲线。不同的碳纤维，其表面沟槽及凸起的数量及尺度存在差异。对于碳纤维的断面来说，沟槽及凸起多，意味着它的断面接近于圆的程度就小；反之，沟槽及凸起少，它的断面就更加接近于圆。因此可以通过研究碳纤维的断面接近于圆的程度来反映碳纤维表面的物理特征。
圆度值α用来表征一个封闭图形接近于圆的程度，可以通过该图形的面积及周长计算得出。设平面上一个封闭图形（内部无空洞）的面积为S，周长为 C,则定义该图形的圆度α为：
a4as
c2
(1)
圆的α为1;正n边形的圆度为（/n）×ctg（/ n），当n趋向于无穷大时就是圆的α值为1。通过Im ageProPlus和Photoshop等图像处理软件对三种典型碳纤维样品断面的扫描电镜照片进行了图像分析及处理，使用Matlab对图像进行了数字化处理，在定量化表
作者简介：郑试，1970年出生，高级工程师，主要从事材料微观结构表征工作。E-mail；zhengbin98①hotmail.com
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万方数据
http://www.yhclgy.com宇航材料工艺2010年第2期