基于序列深度显微图像的非织造滤材三维结构重建

基本信息
批准号:61771123
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:王荣武
学科分类:
依托单位:东华大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:徐步高,侯珏,周金凤,余灵婕,洪津津,韩子叶,叶文丽
关键词:
非织造滤材三维重建OnetoMany投影三维孔隙结构序列深度显微图像
结项摘要

Nonwoven is a filtering material essential for many industrial and medical applications. The filtering performance of nonwoven is mainly dictated by its structure. However, fibers in a nonwoven structure are spatially entangled, twisted and overlapped, forming an extremely complex porous assembly which makes it difficult to express and measure three-dimensional (3D) porosity. This project will utilize the sequential microscopic nonwoven images captured at the same (x, y) position but varying depth positions to detect well-focused surface pixels at all registered depths, and then to reconstruct the 3D model of the nonwoven revealing its “antpile” like porous structure for porosity analysis. We will propose a new “fiber-slicing” algorithm for 3D reconstruction, which takes four major steps: (1) image fusion to generate a fully focused image from the microscopic image sequence; (2) image segmentation to separate fibers in the fused image; (3) One-to-Many projection to generate data clouds by recovering pixels’ depth information; and (4) fiber particles to reconstruct a 3D surface image (model) of all data clouds. The 3D model will precisely represent the complete structure—both fibers and holes—of a nonwoven, and enable the comprehensive analysis of nonwoven’s porosity and filtering performance. The expected outcomes of this research will lay a theoretical foundation for high-fidelity reconstruction of 3D nonwoven structures, and provide a new approach for structural analysis of complex porous materials, and supply data support for better understanding of how a new air-filtering nonwoven captures and retains harmful particles.

非织造过滤材料的结构决定其性能,然而材料中纤维相互缠绕、层叠形成的三维孔隙非常复杂,难以准确表征。本项目利用同视野序列深度光学显微图像,采用表层可探测区真实三维重建与内部模型重建相结合的方法,探索非织造过滤材料完整“蚁穴”孔隙三维重建解决方案。项目提出了纤维“切片”再重组的构思:将多层序列图像融合成二维,对纤维目标进行切片后再投影回各自的深度,得到纤维中轴线完成纤维三维重建。研究将从融合图像纤维分割、One-to-Many投影、纤维重建模型、过滤性能分析等方面展开,重点解决细长弯曲纤维不同位置在空间的唯一深度测算,以及纤维质点生长模型的数值解等问题,拟形成直接可用的非织造过滤材料三维孔隙完整结构进行滤材过滤性能分析。预期研究成果将为非织造材料三维结构真实重建奠定理论基础,为多孔隙复杂材料的结构分析提供新思路,为有害颗粒物精确拦截,空气过滤材料设计、生产、使用等应用领域提供数据支持。

项目摘要

本项目利用全自动光学显微镜获取的多聚焦序列图像为基础对非织造过滤材料进行三维重建。采用全自动显微镜、工业相机与多焦面序列图像采集软件,建立了一套显微序列图像采集系统。在此基础上通过清晰度判定与聚焦测距技术(DFF),获取序列图像上相应的清晰聚焦纤维,并提取其对应深度信息。随着项目研究的深入,将这一思路进一步优化,引入了卷积神经网络来进行对序列图像上清晰纤维进行提取。由于纤维材料与卷积神经网络常见的识别场景大有不同,为了获得对于非织造纤维更好的适应能力,制作了由非织造纤维构成的训练集来对网络进行训练,并不断改进网络架构,由此实现了更为精准的三位重建模型。.本研究对非织造材料的三维重建进行了研究,并且结合卷积神经网络技术与聚集测距技术(DFF)得到了较为不错的结果,且最终测得的纤网结构信息准确,为有害物的拦截、滤材的制备以及对过滤机理的研究都有非常重要的意义。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

针对弱边缘信息的左心室图像分割算法

针对弱边缘信息的左心室图像分割算法

DOI:10.3778/j.issn.1002-8331.1911-0012
发表时间:2020
2

基于改进LinkNet的寒旱区遥感图像河流识别方法

基于改进LinkNet的寒旱区遥感图像河流识别方法

DOI:10.6041/j.issn.1000-1298.2022.07.022
发表时间:2022
3

Variation inequalities for one-sided singular integrals and related commutators

Variation inequalities for one-sided singular integrals and related commutators

DOI:10.3390/math7100876
发表时间:2019
4

信息熵-保真度联合度量函数的单幅图像去雾方法

信息熵-保真度联合度量函数的单幅图像去雾方法

DOI:10.3724/SP.J.1089.2019.17435
发表时间:2019
5

WMTL-代数中的蕴涵滤子及其应用

WMTL-代数中的蕴涵滤子及其应用

DOI:10.11897/SP.J.1016.2018.00886
发表时间:2018

王荣武的其他基金

相似国自然基金

1

基于深度学习的航空序列遥感影像快速三维重建方法研究

批准号:41801388
批准年份:2018
负责人:余岸竹
学科分类:D0115
资助金额:19.20
项目类别:青年科学基金项目
2

手持消费级深度相机稀疏序列融合三维扫描重建

批准号:61702422
批准年份:2017
负责人:杨龙
学科分类:F0209
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
3

由二维图像序列重建三维图像中的融合与拼接方法研究

批准号:61272216
批准年份:2012
负责人:江泽涛
学科分类:F0210
资助金额:78.00
项目类别:面上项目
4

纳米结构扫描电子显微俯视图像的三维重建基本模型及算法研究

批准号:61604172
批准年份:2016
负责人:张利斌
学科分类:F0406
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目