圖像分析裝置和程序的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像分析裝置和程序，特別是，適合應(yīng)用于對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中所 含有的纖維束的取向進(jìn)行分析的圖像分析裝置和程序中。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，正在推進(jìn)作為一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的陶瓷基復(fù)合材料(CMC: Ceramic Matrix Composites)的開發(fā)。CMC是將陶瓷的纖維用母材(基質(zhì)）增強(qiáng)的復(fù)合材料，具有重量 輕且耐熱性優(yōu)異這樣的特征。正在探討利用該特征，例如將CMC用于飛機(jī)用引擎構(gòu)件的方 案，目前正在嘗試實(shí)用化。另外，通過(guò)將CMC用作飛機(jī)用引擎構(gòu)件，可期待大幅度地改善油 耗。
[0003] CMC的一般的形成工藝如下。首先，將幾百根左右的陶瓷纖維集束，制作纖維束，將 該纖維束編織來(lái)制作織物。纖維束的編織方法中，有例如被稱為三維編織或平織的方法。三 維編織是將纖維束從XYZ方向這三個(gè)方向編織來(lái)制作織物的方法，平織是將纖維束從XY方 向這兩個(gè)方向編織來(lái)制作織物的方法。
[0004] 制作織物后，通過(guò)化學(xué)氣相滲透(CVI(Chemical Vapor Infiltration))和聚合物 浸漬熱解(PIP(P〇lymer Impregnation and Pyrolysis))來(lái)形成基質(zhì)，最后通過(guò)進(jìn)行機(jī)械 加工和表面涂覆等來(lái)形成CMC。在此，此時(shí)形成的CMC中的纖維束取向大幅度地影響CMC的強(qiáng) 度。
[0005] 即，當(dāng)纖維束在原本應(yīng)呈直線的部位蜿蜒、或整體上從原本應(yīng)配置的基準(zhǔn)軸位移 而偏向、或在中途斷裂時(shí)，CMC的強(qiáng)度顯著降低。相對(duì)于此，纖維束沒(méi)有蜿蜒、偏向或斷裂并 向著特定的方向齊整地且恰當(dāng)?shù)嘏帕械那闆r下，強(qiáng)度高且耐熱性優(yōu)異。因而為了確認(rèn)所形 成的CMC的強(qiáng)度是否充分，重要的是評(píng)價(jià)纖維束的取向。
[0006] 專利文獻(xiàn)1中，公開了下述取向分析方法:將樹脂成型品的切片圖像二值化，取得 二值圖像，對(duì)該二值圖像進(jìn)行傅里葉變換，取得功率譜圖，將與該功率譜圖所描繪的橢圓正 交的橢圓的主軸方向視為樹脂成型品所含有的填充劑(纖維）的取向方向。
[0007] 此外，非專利文獻(xiàn)1中公開了下述技術(shù):利用X射線CT裝置拍攝將纖維束編織而成 的織物，取得X射線CT圖像，使用特殊的濾波函數(shù)對(duì)該X射線CT圖像進(jìn)行計(jì)算，從而分析構(gòu)成 纖維束的每一根纖維的取向。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2012-2547號(hào)公報(bào)
[0011] 非專利文獻(xiàn)
[0012] 非專利文獻(xiàn)1: T. Shinohara，J.Takayama，S.Ohyama，and A.Kobayashi，"使用結(jié)構(gòu) 分析用長(zhǎng)絲模型的紗線跟蹤來(lái)進(jìn)行的由紡織面料的三維DT圖像的紗線位置信息的提取 (Extraction of Yarn Positional Information from a Three-dimensional CT Image of Textile Fabric using Yarn Tracing with a Filament Model for Structure Analysis )"，紡織研究雜志（Text i le Research Journal)，V〇1.80, No .7, pp.623-630 (2010)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明所要解決的課題
[0014] 然而，就專利文獻(xiàn)1中所述的技術(shù)而言，對(duì)于切片圖像所含有的填充劑(纖維）的取 向，作為分析結(jié)果，只能得到一個(gè)方向的取向方向。因此，例如三維編織、平織那樣在纖維束 在多個(gè)方向上取向的情況下，作為分析結(jié)果無(wú)法得到各自的纖維束的取向。此外，無(wú)法分析 纖維束是否沒(méi)有蜿蜒、偏向或斷裂并向著特定的方向齊整地且恰當(dāng)?shù)嘏帕小?br>[0015] 此外，就非專利文獻(xiàn)1中所述的技術(shù)而言，需要取得能夠識(shí)別構(gòu)成纖維束的每根纖 維的程度的高解像度的X射線CT圖像。此時(shí)，為取得X射線CT圖像的拍攝時(shí)間變長(zhǎng)，無(wú)法在產(chǎn) 品檢查中利用，因而不實(shí)用。此外，這是對(duì)截面呈圓形的纖維有效的技術(shù)，無(wú)法直接作為對(duì) 截面呈扁平的纖維束的取向進(jìn)行分析的技術(shù)來(lái)使用。進(jìn)而存在需要輸入X射線CT圖像內(nèi)的 各纖維的起始點(diǎn)而操作變得繁瑣這樣的問(wèn)題。
[0016] 本發(fā)明考慮以上方面而完成，提出能夠由CMC的三維圖像容易地分析纖維束的取 向的圖像分析裝置和程序。
[0017] 用于解決課題的方法
[0018] 為了解決這樣的課題，本發(fā)明的特征在于，是根據(jù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的三維圖像 來(lái)分析纖維束的取向的圖像分析裝置，具備:輸入部，輸入三維圖像;二值化處理部，將輸入 的三維圖像二值化并取得二值圖像;取向推定處理部，基于具有對(duì)檢測(cè)截面的形狀賦予各 向異性的參數(shù)的取向檢測(cè)濾波器，推定二值圖像中各前景像素的取向；中心提取處理部，基 于取向檢測(cè)濾波器從推定出取向的前景像素群提取表示纖維束中心的中心像素;纖維束連 接處理部，對(duì)所提取的中心像素群，將表示相同或類似的取向的中心像素視為相同的纖維 束，將表示相同的纖維束的中心像素彼此連接;蜿蜒判斷處理部，計(jì)算所連接的表示相同的 纖維束的中心像素群的蜿蜒量。
[0019] 此外，為了解決這樣的課題，本發(fā)明的特征在于，是根據(jù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的三維 圖像來(lái)分析纖維束的取向的程序，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行下述步驟:第一步驟，輸入三維圖像;第二 步驟，將所輸入的三維圖像二值化并取得二值圖像;第三步驟，基于具有對(duì)檢測(cè)截面的形狀 賦予各向異性的參數(shù)的取向檢測(cè)濾波器，推定二值圖像中各前景像素的取向；第四步驟，基 于取向檢測(cè)濾波器從推定出取向的前景像素群提取表示纖維束中心的中心像素；第五步 驟，對(duì)所提取的中心像素群，將表示相同或類似的取向的中心像素視為相同的纖維束，將表 示相同的纖維束的中心像素彼此連接;第六步驟，計(jì)算所連接的表示相同的纖維束的中心 像素群的蜿蜒量。
[0020] 發(fā)明的效果
[0021 ]通過(guò)本發(fā)明，能夠容易地根據(jù)CMC的三維圖像來(lái)分析纖維束的取向。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本實(shí)施方式中的圖像分析裝置的整體構(gòu)成圖。
[0023]圖2為表示圖像分析處理的流程圖。
[0024]圖3A為取向檢測(cè)濾波器的概念構(gòu)成圖。
[0025]圖3B為姿態(tài)控制角的概念構(gòu)成圖。
[0026]圖4A為檢測(cè)纖維束的方向的操作的概念圖。
[0027]圖4B為檢測(cè)纖維束的中心位置的操作的概念圖。
[0028]圖5為取向推定處理的詳細(xì)的流程圖。
[0029]圖6為中心提取處理的詳細(xì)的流程圖。
[0030]圖7為纖維束連接處理的詳細(xì)的流程圖。
[0031 ]圖8為纖維束提取圖像制作處理的詳細(xì)的流程圖。
[0032]圖9為表示其他圖像分析處理的流程圖。
[0033]圖10為輸入三維編織織物的X射線CT圖像時(shí)的分析結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下對(duì)于附圖，詳述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。
[0035] (1)整體構(gòu)成
[0036]圖1表示本實(shí)施方式中的圖像分析裝置1的整體構(gòu)成。圖像分析裝置1是具備中央 處理器(CPU(Central Processing Unit)) 11、輸入部12、記錄部13、顯示部14和存儲(chǔ)器15而 構(gòu)成的計(jì)算機(jī)。
[0037] CPU11是與容納于存儲(chǔ)器15中的各種程序協(xié)同性地作用，并綜合性地控制圖像分 析裝置1的動(dòng)作的處理器。輸入部12是接受來(lái)自用戶的輸入的界面，例如為鍵盤、鼠標(biāo)。此 外，本實(shí)施方式中的輸入部12也是輸入構(gòu)成陶瓷基復(fù)合材料（CMC(Ceramic Matrix Composites))的織物的X射線CT圖像G10的界面。
[0038] 在此，CMC是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其通過(guò)將幾百根左右的陶瓷的纖維集束，制作纖 維束，編織該纖維束而制作織物后，用碳等被覆纖維表面