基于3D图像重现的熔融二氧化硅的形态研究

祝子为 滕世宇 赵浩天

摘 要：本文基于SFS模型和边缘检测技术对二氧化硅的实际熔化速率进行定量分析，并得出二氧化硅在1 500 ℃条件下的熔化速率，然后推知其晶体构成等理化性质。希望本文能为学者研究二氧化硅晶体变化提供借鉴。

关键词：边缘检测;图像处理;卷积;SFS

Abstract： In this paper， based on SFS model and edge detection technology， the actual melting rate of silicon dioxide was quantitatively analyzed， and the melting rate of silicon dioxide at 1 500 ℃ was obtained， and then the physical and chemical properties such as crystal composition were deduced. It is hoped that this paper can provide reference for scholars to study the change of silica crystal.

Keywords： edge detection;image processing;convolution;SFS

本文的研究目标是描述1 500 ℃条件下二氧化硅的形态变化。通过分析二氧化硅晶体在高温下变化的一系列彩色图像，从不同角度来描述即将熔融的二氧化硅晶体的物理性质。根据从平面图像中提取的一系列数据构建其3D模型，从而计算出熔化速率，然后推知其晶体构成等理化性质。可以说，这项实验对研究二氧化硅晶体的变化来说意义重大。

1 二氧化硅图像的预处理

通过设置在坩埚上方的摄像头拍摄二氧化硅的彩色图像，完成图像大小的规格化操作后进行灰度处理，可以得到灰度图像（见图1）。将得到的灰度图像通过Sobel算子进行边缘提取，再利用图像像素调整法调整图像，以获得比较清晰的边缘。上述过程循环多次后，可以获得清晰的边缘。循环的次数和像素调整的参数根据图像的不同而进行修改。最后将所得图像进行二值化处理，为后续SFS模型处理做好准备。

1.1 灰度处理

图1为将拍摄的照片进行灰度处理后的图片。整个数据集共有101幅图像，研究者展示了其中4幅进行说明。

1.2 边缘检测与提取

边缘是图像中点与线的集合，亦是一组像素点的集合。在灰度图像中，这些点具有一个共同特性，即像素值在该点处出现了突变。……