阈值选择对黏土微结构参数的SEM图像分析

该文研究了阈值选取对黏土微结构参数的影响，采用Leica QWin系统分析了扫描电子显微镜（SEM）图片中阈值变化对黏土微结构参数如分形维数、各向异性、颗粒长宽比、颗粒圆度、颗粒面积及颗粒平均灰度的影响。 在黏土研究中，微结构参数是理解其物理特性和工程行为的关键因素。阈值选取是图像处理中的一个重要步骤，用于将图像二值化，区分背景与目标物体。本文以天津黏土为研究对象，通过SEM图像分析，探讨了不同阈值设定如何影响这些参数的计算结果。 首先，文章指出阈值选择对分形维数的影响较小。分形维数是一种描述复杂形状和结构的空间填充程度的参数，对于黏土微结构的复杂性具有重要意义。即使阈值改变，分形维数的计算结果通常保持稳定，这意味着黏土微结构的基本复杂性不会因阈值选取而显著改变。 然而，阈值选取对其他微结构参数产生了显著影响。例如，各向异性反映了颗粒排列的方向性，颗粒长宽比体现了颗粒形状的异形性，颗粒圆度则衡量颗粒形状接近圆形的程度。这些参数随着阈值的变化而变化，表明不同的阈值设定可以影响我们对颗粒形态的理解。阈值过高或过低可能会导致颗粒边缘识别不准确，进而影响到各向异性、长宽比和圆度的计算。 此外，颗粒面积和颗粒平均灰度也是受到阈值影响的重要参数。颗粒面积反映了颗粒的大小，而平均灰度可以反映颗粒的相对亮度或密度。阈值的改变会影响图像中颗粒的识别，进而影响这两个参数的测量。适当的阈值能更准确地反映颗粒的真实状态，而过于严格的阈值可能导致小颗粒或低灰度区域被忽视，反之，过于宽松的阈值可能导致背景噪声被误识别为颗粒。 阈值选取在黏土微结构参数分析中扮演着至关重要的角色，它不仅影响到对微结构特征的直观展示，还直接影响到参数计算的准确性。因此，在进行SEM图像分析时，选择合适的阈值是确保结果可靠性的关键步骤。这一研究对于黏土工程应用，如土工构筑物设计、土壤改良以及地质灾害预测等领域具有重要的理论指导意义。