摘 要

社会的发展伴随着各种环境污染，降噪材料的研发对噪声污染的治理效果显著，材料的吸声性能与其均匀性有着密切联系。目前，国内外的许多研究都在尝试对降噪材料的均匀性进行定量表征，以求能有方向、有目的地研发降噪材料。

本文针对列车车轮与轨道之间的专用摩擦剂材料的降噪性能展开研究，在获取该材料的SEM截面图像后，利用相关的图像处理技术对图片进行处理，根据得到的图像获取材料的内部结构参数，定量表征该材料的均匀性。

本文的所做的工作主要有：

（1）介绍图像处理技术的相关知识，并分析选取的材料的截面图的特点，根据特点选用合适的图像处理方法对截面图进行预处理，将低质量的图像转变为高质量图像。

（2）将局部阈值算法的思想引入全局阈值的OTSU算法中，构建了一种全局阈值与局部阈值相结合的OTSU算法，对分割后的局部图像进行二值化操作。

（3）基于处理后的二值化的图像，获取材料中孔隙的结构特征，例如孔径大小、孔隙数量、孔隙面积等等。

（4）根据吸声模型，选取需要的材料参数，建立了定量表征均匀性的模型，并计算结果。

（5）最终的计算的结果与肉眼观察出的结果基本一致，这也验证了本文的方法的可行性和合理性。

关键词：摩擦剂材料，降噪材料，图像处理，OTSU算法，均匀性定量表征

Abstract

The development of society is accompanied by various kinds of environmental pollution. What has a significant impact on noise pollution control is sound reduction materials. Much research has devoted to developing such materials. The sound absorption performance of materials is closely related to its uniformity. At present, many researches at home and abroad are trying to quantitatively characterize the uniformity of noise reduction materials, in order to develop noise reduction materials with direction and purpose.

In this paper, the noise reduction performance of the special friction material between the train wheel and the track is studied. After obtaining the SEM cross-section image of the material, the relevant image processing technology is used to process the image. According to the obtained image, the internal structure parameters of the material are obtained to quantitatively characterize the homogeneity of the material.

The main work of this paper is as follows:

1.This paper introduces the related knowledge of image processing technology, analyzes the characteristics of the cross-section of the selected materials, selects appropriate image processing methods to pre process the cross-section according to the characteristics, and transforms the low-quality image into the high-quality image

2. The idea of local threshold algorithm is introduced into the OTSU algorithm of global threshold, and an Otsu algorithm combining global threshold and local threshold is constructed to binarize the segmented local image.

3. According to the binary image, obtain the structural characteristics of the pores in the material, such as pore size, pore number, pore area and so on.

4. Based on the processed binary image, the structural characteristics of pores in materials, such as pore size, pore number, pore area and so on, are obtained..

5. The results of the final calculation are basically consistent with the results observed by the naked eye, which also verifies the feasibility and rationality of the method in this paper.

Key Words： friction material，Noise reduction materials，Image processing，OTSU algorithm，Evaluation of homogeneity quantitively

目录

中文摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 降噪材料分类 2

1.2.1 共振降噪材料 2

1.2.2 多孔降噪材料 2

1.3 国内外研究现状 2

1.3.1 国外研究现状 2

1.3.2 国内研究现状 3

1.4 本文的工作 4

第2章 图像处理技术基本知识 5

2.1 数字图像 5

2.2 图像增强 5

2.2.1 灰度变换 6

2.2.2 直方图变换 6

2.3 图像去噪 7

2.3.1 均值滤波 7

2.3.2 中值滤波 8

第3章 轨顶材料的截面图处理 9

3.1 材料介绍 9

3.2 二值化算法 10

3.2.1 OTSU算法 10

3.2.2 Bersen算法 11

3.2.3 Niblack算法 12

3.3 轨顶摩擦剂图像的二值化处理 12

3.3.1 图像预处理 12

3.3.2 图像的二值化 14

3.4 对二值化图像的形态学处理 15

3.4.1 腐蚀运算 15

3.4.2 膨胀运算 16

3.4.3 开运算和闭运算 16

3.4.4 形态学处理结果 16

3.5 目标识别与标记 17

第4章 均匀性定量表征指标的建立 19

4.1 理论吸声模型 19

4.2 孔隙的孔径大小 19

4.3 孔隙的孔隙率 19

第5章 总结与展望 21

5.1 工作总结 21

5.2 未来展望 21

参考文献 22

致谢 24

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.1.1 研究背景

社会在发展中伴随着诸多环境污染问题，其中一类环境污染就是噪声污染^[1]。噪声给社会生活带来了诸多不利影响，过高、长期的噪声会干扰精密仪器正常工作，会加速建筑物的老化，也会致使动物听觉器官受到不可逆的损害^[2]。为了能有效控制噪声的负面影响，降噪材料的研究与开发必不可少。诸多研究对于降噪材料的内部细节、结构参数的信息是通过观察与实验获取的^[3]，不仅耗费材料，还存在着较大的误差，而图像处理技术可以有效解决这个问题。

目前，图像处理技术正被广泛地运用于各个领域，材料的均匀性研究领域中也引入了图像处理技术，以期突破传统研究方法的局限性，为更加精确的掌握材料的各项性能提供了技术支持。图像处理技术的基本思想将在实验中采集的材料图像离散化为计算机可以识别、处理的数字信息，并运用各种处理方法对这些数字信息进行处理，便于研究者定量获取材料的内部细节、结构信息等。

本文拟对列车车轮与轨道间的轨顶摩擦剂专用材料的降噪性能进行研究，这是一种多孔降噪材料，使用图像处理技术对其进行处理操作，获取其内部孔隙的结构参数，建立定量表征均匀性的指标，应用于声学模型中。

1.1.2 研究意义

降噪材料在生活中十分常见，在建筑、交通、工业中降噪材料更是必不可少。降噪材料的吸声性能与其自身的均匀性有较高的关联，因此，为了制备和评价降噪材料的吸声性能，定量表征材料的均匀性意义重大，图像处理技术为此提供了技术手段支持：