izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2020-2-50-54izmertech-1729Research ArticleОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯOPTICOPHYSICAL MEASUREMENTSВейвлет-анализ изображений поверхности керамических материалов как метод измерения размеров её структурных элементовWavelet analysis of ceramic surface images as a method for measuring the size of structural elementsФилякМ. М.FilyakM. M.

Оренбург

Marina M. Filyak

Orenburg

KR-727@mail.ruЧетвериковаА. Г.ChetverikovaA. G.

Оренбург

Anna G. Chetverikova

Orenburg

КаныгинаО. Н.KanyginaO. N.

Оренбург

Olga N. Kanygina

Orenburg

АнисинаИ. Н.AnisinaI. N.

Оренбург

Inga N. Anisina

Orenburg

Оренбургский государственный университетРоссияOrenburg State UniversityRussian Federation202014062023025054Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1729

Для современного материаловедения актуален вопрос о возможности визуализации многомасштабных явлений, развивающихся на поверхности  ерамического материала, который характеризуется высокой дисперсностью структурных элементов. Показана целесообразность применения вейвлет-анализа для визуализации и измерения структурных элементов поверхности керамических образцов. Приведены экспериментальные результаты обработки изображений поверхности образцов с использованием вейвлет-анализа. Рассмотрены примеры применения вейвлет-преобразования для исследования модельных изображений типа «шахматная доска» с простой геометрией и точно известными размерами структурных элементов. Выведено соотношение, связывающее размер частиц с параметром масштаба вейвлет-спектра. Предложен простой метод для регистрации и количественной оценки структурных изменений, происходящих в высокодисперсных керамических образцах под воздействием сверхвысокочастотного поля. Получен эффект уменьшения в среднем на 20 % размеров структурных элементов (частиц) поверхности таких керамических образцов, обработанных микроволновым излучением. Поверхность обработанных образцов становится более однородной, что чрезвычайно перспективно для разработки технологии получения мелкодисперсных керамических материалов.

The expediency of applying the wavelet analysis method to visualize and measure structural elements on the surface of ceramic samples is shown. The experimental results of image processing of the surface of samples made of kaolin clay using wavelet analysis are presented. Examples of applying the wavelet transform to the study of model images with simple geometry and precisely known sizes of structural elements of the “checkerboard” type are considered. A relation is proposed that relates the particle size to the scale parameter of the wavelet spectrum. A simple and modern method makes it possible to record and quantify the structural changes occurring in highly dispersed ceramic samples under the influence of a microwave field. It was found that on the surface of ceramic samples processed in a microwave field, the sizes of structural elements (particles) are reduced by an average of 20%; the surface itself becomes more uniform. This effect is extremely promising for the development of technology for producing finely dispersed ceramic materials.

вейвлет-спектрпараметр масштабамодельоптическое изображениевизуализацияструктурный элементкерамическая поверхность.wavelet spectrumscale parametermodeloptical imagevisualizationstructural elementceramic surface.ReferencesКолмаков А. Г., Солнцев К. А., Витязь П. А и др. Системное описание структуры наноматериалов // Материаловедение. 2012. № 9. С. 37–45.Kolmakov A. G., Solncev K. A., Vityaz’ P. A. et. al., Inorganic Materials: Applied Research, 2012, no. 9, pp. 37–45.Добротворский С. С., Басова Е. В., Репета А. А. Перспективы применения вейвлет-анализа для обеспечения качества обрабатываемых поверхностей // Вестник национального технического университета Харьковский политехнический институт. Серия: информатика и моделирование. 2011. № 13. С. 75–82.Dobrotvorskiy S. S., Basova Ye. V., Repeta A. A., Vestnik natsional’nogo tekhnicheskogo universiteta Khar’kovskiy politekhnicheskiy institut. Seriya: informatika i modelirovaniye, 2011, no. 13, pp. 75–82 (in Russian).Ахметханов Р. С. Применение вейвлет-анализа и теории фракталов в исследовании изображений микрошлифов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 3. С. 31–37.Akhmetkhanov R. S., Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov, 2015, vol. 81, no. 3, pp. 31–37 (in Russian).Махов В. Е. Использование алгоритмов вейвлет-анализа в исследовании кинетики формирования порошковообжиговых покрытий // Конструкции из композиционных материалов. 2010. № 3. С. 28–36.Makhov V. Ye., Konstruktsii iz kompozitsionnykh materialov, 2010, no. 3, pp. 28–36 (in Russian).Четверикова А. Г., Каныгина О. Н., Филяк М. М., Савинкова Е. С. Оптико-физические методы регистрации слабых структурных откликов дисперсных глинистых систем на воздействие микроволнового излучения // Измерительная техника. 2017. № 11. С. 27–31.Chetverikova A. G., Kanygina O. N., Filyak M. M., Savinkova E. S., Measurement Techniques, 2018, vol. 60, no. 11, рр. 1109–1115. DOI:10.1007/s11018-018-1326-4Филяк М. М., Четверикова А. Г., Каныгина О. Н. Определение размеров структурных элементов на поверхности конденсированных сред путем вейвлет-преобразования сгенерированных оптических изображений // Конденсированные среды и межфазные границы. 2018. Т. 20. № 1. С. 156–164. DOI:10.17308/kcmf.2018.20/487Filyak M. M., Chetverikova A. G., Kanygina O. N., Condensed Matter and Interphases, 2018, vol. 20, no. 1, pp. 156–164. DOI:https://doi.org/https://doi.org/10.17308/kcmf.2018.20/487 (in Russian).Колмаков А. Г., Зверев А. А. Применение современных математических методов для системного описания структур материалов // Институту металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН 70 лет: [сборник статей] / Под ред. акад. К. А. Солнцева. М.: Интерконтакт Наука, 2008. С. 660–675.Kolmakov A. G., Zverev A. A., Institut metallurgii i materialovedeniya im. A. A. Baykova RAN. 70 let, Collection of articles, Moscow, Russia, 2008, Moscow, Interkontakt Nauka Publ., 2008, pp. 660–675 (in Russian).Астафьева Н. М. Вейвлет-анализ: Основы теории и примеры применения // Успехи физических наук. 1996. Т. 166. № 11. С. 1145–1150.Astaf’eva N. M., Physics-Uspekhi, 1996, vol. 39, no. 11, pp. 1085–1108.Колмаков А. Г., Зверев А. А., Хейфец М. Л., Кухта С. В. Информационная интерпретация физико-химического, мультифрактального и вейвлет-анализа строения структур и рельефа поверхностей трения // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия C. Фундаментальные науки. Информатика. 2011. № 12. С. 20–29.Kolmakov A. G., Zverev A. A., Kheyfets M. L., Kukhta S. V., Vestnik Polotskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya C. Fundamental’nyye nauki. Informatika, 2011, no. 12, pp. 20–29 (in Russian).Arn´eodo A., Decoster N., Roux S. G., The European Physical Journal B, 2000, vol. 15, pp. 567–600. DOI:10.1007/s100510051161Arn´eodo A., Decoster N., Roux S. G., The European Physical Journal B, 2000, vol. 15, pp. 567–600. DOI:10.1007/s100510051161Машкина Е. С., Гречкина М. В. Анализ устойчивости и адаптивности структуированных переходных фаз при появлении германия // Конденсированные среды и межфазные границы. 2013. Т. 15. № 1. С. 28–33.Mashkina Ye. S., Grechkina M. V., Kondensirovannyye sredy i mezhfaznyye granitsy, 2013, vol. 15, no. 1, pp. 28–33 (in Russian).Chetverikova A. G., Filyak M. M., Kanygina O. N., Ceramica, 2018, vol. 64, no. 371, рр. 367–372. DOI:10.1590/0366-69132018643712354Chetverikova A. G., Filyak M. M., Kanygina O. N., Ceramica, 2018, vol. 64, no. 371, рр. 367–372. DOI:10.1590/0366-69132018643712354

The authors declare that there are no conflicts of interest present.