(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211082786.7 (22)申请日 2022.09.06 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 张超　任万滨　何育斌　韩乙铖　 古知昊　 (74)专利代理 机构 常州市科佑新创专利代理有 限公司 32672 专利代理师 汤勇 (51)Int.Cl. G06V 10/44(2022.01) G06V 10/50(2022.01) G06V 20/69(2022.01) G06T 7/62(2017.01)G06T 5/00(2006.01) G06T 5/40(2006.01) (54)发明名称 一种电极材 料接触界面斑点特 征提取方法 (57)摘要 本发明涉及一种电极材料接触界面斑点特 征提取方法。 实验系统可原位实时拍照捕捉电极 材料与蓝宝石平板的接触界面中接触斑点随着 接触压力的形成与演化的图像。 开发的接触斑点 特征提取方法包括原始图像采集、 图像预处理和 特征提取三个步骤。 首先， 裁剪采集的原始图像 以保留有效接触区域； 然后， 进行图像滤波和图 像增强等预处理操作达到减少噪声信号干扰的 作用， 并突出接触斑点轮廓； 最后， 通过图像分割 处理环节区分接触斑点和非接触区域， 进一步统 计接触斑点总数、 各接触斑点的像素点数和最小 外接矩形的长宽比以量化斑点的形状特征并实 现真实接触面积的累积计算。 本发 明适用于粗糙 表面电极材料接触界面的斑点特征提取及演化 分析。 权利要求书3页 说明书6页 附图2页 CN 115439658 A 2022.12.06 CN 115439658 A 1.本发明的一种电极材料接触界面原位观测系统， 其特征在于， 包括隔振底板1、 两个 三维调整机构2 ‑1和2‑2、 工业相机及显微镜头模组3、 电动滑台4、 力传感器5、 试样 夹持机构 6、 蓝宝石平板及其支 架7、 黑色亚克力罩8。 2.根据权利要求1的一种电极材料接触界面原位观测系统， 其特征在于， 两个三维调整 机构2‑1和2‑2均由XYZ三轴正交的手动组合滑 台构成， 分别用于调整工业相机和电动滑 台 在空间中的相对位置以实现物 距调节和图像显示 位置调整等功能。 3.根据权利要求1的一种电极材料接触界面原位观测系统， 其特征在于， 试样夹具末端 连接力传感器并固定在电动滑台前端， 夹具内部的螺旋弹簧可实现触点试样与蓝宝石平板 的柔性接触。 4.根据权利要求1的一种电极材料接触界面原位观测系统， 其特征在于， 高分辨率工业 相机通过高倍显微镜头透过蓝宝石平板可实现接触界面中接触斑点的实时观察。 由于 真正 发生接触的区域已被压平， 同轴光源发出的垂直于接触面的光线将会原路返回进入镜头 中， 此时明亮的区域是接触 斑点。 5.一种利用权利要求1～4所述的电极材料接触界面原位观测系统进行的接触斑点特 征提取方法， 其特征在于， 所述一种电极材料接触界面斑点特征提取方法是按照以下步骤 实现的： 步骤一、 弧面触点与蓝宝石平板受压接触过程中， 接触区域中离散的接触斑点会向四 周扩展， 可通过微调工业相机和镜头位置使初始接触区域位于采集图像中心， 同时， 为减少 非接触区域对图像处 理的干扰并缩短后续处 理所需时间， 需对原 始图像进行裁 剪处理。 步骤二、 获取的接触界面图像包含散粒噪声、 热噪声、 暗噪声、 光量子噪声和量化噪声 等。 以上噪声均具有随机性、 叠加性、 高频性和分布无规则的特点。 因此， 需对图像进 行图像 滤波处理。 在滤除噪声的过程中， 为了既保证图像质量不模糊， 还可保留较多图像细节， 每 个像素点的灰度值都由其本身和邻域内的原灰度值经过加权平均获得， 设计的滤波器函数 为 式中(x,y)— —待处理像素的横纵坐标； σ ——标准方差， 决定 了滤波器函数窗口大小。 可引入均方差MSE和峰值信噪比PSNR两个指标对滤波效果定量评估， MSE和PSNR的定义 如下： 式中MAX——图像灰度最大值， 通常取25 5； p、 q——图像中横向和纵向像素 数。 步骤三、 由于电极材料受压在接触界面产生的接触斑点的尺寸极小， 通常为微米甚至 纳米量级， 为了便于后 期对接触斑点的分割识别， 需对图像进 行图像增强处理。 设计的图像权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115439658 A 2增强算法流程如下： 通过将接触界面图像分为多个大小相等且不重叠的连续小区域， 依 次 计算每个小区域的直方图并记录其灰度级和数量， 根据小区域的面积和灰度级计算剪切上 限灰度阈值， 统计所有超过上限阈值的像素点并将其重新分布给对应小区域的直方图， 并 对每个小区域进 行直方图均衡化处理并求取小区域的灰度映射函数， 采用双线性插值算法 重新计算每个小区域像素点的灰度值， 完成接触界面图像的增强。 引入图像对比度， 定量评 价图像增强效果和清晰程度 式中δ(i,j)＝|i ‑j|——相邻像素的灰度差； Pδ(i,j)——相邻像素 灰度差为 δ 的概 率分布。 通过计算中心像素点与周围八个像素点的局部对比度， 并累加可得全局对比度。 对比 度越大表明图像由黑到白的渐 变层次越多， 色彩表现越丰富。 步骤四、 接触界面图像分割可进一步将接触斑点从图像中分离。 为了实现接触斑点的 提取， 且保证图像分割结果 不受亮度的影响， 确定最佳全局阈值的计算过程如下： 设图像中灰度级为 i的像素数为ni， 其概率分布pi为 式中N——总像素点数； 假设图像被阈值k分为C1和C2两部分， 每部分发生的概率P1(k)、 P2(k)及其平均灰度值m1 (k)、 m2(k)和整个图像的平均灰度mG分别为 C1和C2两部分的类间方差σ2可写为 当类间方差σ2取得最大值时， 对应的k*为最佳阈值， 且图像可被分割为 步骤五、 由于二值化图像确定的接触斑点形状各异， 可通过最小外接矩形的长宽比量权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115439658 A 3