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单图像方法可准确评估纤维材料的孔隙率
来自 Skoltech 工程中心分层结构材料实验室的研究人员开发了一种新方法，利用标准光学显微镜拍摄的单张图像来确定纤维材料的孔隙率。
来源:英国物理学家网首页来自 Skoltech 工程中心分层结构材料实验室的研究人员开发了一种新方法，利用标准光学显微镜拍摄的单张图像来确定纤维材料的孔隙率。
该算法分析了材料各层纤维厚度的透视效应和统计变化，从而能够计算出真实的体积孔隙率，平均误差仅为 3.5%。这种方法大大优于传统的二维图像分析技术，制造商可以使用它来实时控制材料质量。
该研究发表在《测量》杂志上。
纤维材料广泛应用于许多行业，包括生物医学、能源生产、隔音和复合材料。它们的机械强度、渗透性和效率取决于一个关键特征——孔隙率或纤维之间的自由空间。然而，传统方法需要复杂的设备（例如显微断层扫描仪）或复杂的物理测量来准确评估孔隙率。
现有的基于数字孔隙率或 2D 图像中开放区域百分比的图像分析方法通常会产生 50% 或更高的误差，因为它们未能考虑材料的 3D 结构和纤维深度分布。
为了解决这个问题，Skoltech 团队提出了一种利用单个图像的透视效果分析的新颖方法。在光学显微镜中，由于透视效应，材料下层的纤维看起来更薄。新算法统计分析了纤维厚度随亮度的变化情况，而亮度随深度的变化而减小。该方法利用这些数据计算材料的深度和真实体积孔隙率。
该方法可快速、精确地评估各种纤维材料的孔隙率，包括用于过滤器或医疗产品的静电纺纳米纤维，以及航空航天复合材料。