Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phương pháp phân đoạn hình ảnh cho cấu trúc vi mô anode Ni-YSZ xốp với tiếng ồn được triệt tiêu và trường độ thiên được hiệu chỉnh
Tóm tắt
Việc xác định ba pha chính xác từ vi ảnh anode của Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC) gặp khó khăn do tiếng ồn và không đồng nhất về cường độ. Trong bài báo này, một khuôn khổ mới được đề xuất cho phân đoạn hình ảnh Kính hiển vi quang học (OM) của anode cermet Ni-YSZ xốp. Khuôn khổ đề xuất tận dụng mô hình thống kê trong đó một hình ảnh quan sát được phân rã thành hai thành phần nhân (trường thiên lệch và hình ảnh thực) và một thành phần cộng (tiếng ồn). Một thuật toán giảm tiếng ồn phân tích thành phần chính hai giai đoạn với Nhóm điểm ảnh cục bộ (LPG-PCA) được thực hiện trước tiên để giảm tiếng ồn cộng, nó có thể bảo tồn nhiều đặc trưng cấu trúc cục bộ của hình ảnh hơn bằng cách mô hình hóa một điểm ảnh và các hàng xóm gần nhất của nó thành một biến vector và chọn các mẫu huấn luyện có nội dung tương tự với biến này trong một cửa sổ cục bộ để tiến hành biến đổi PCA. Để tăng cường khả năng chống tiếng ồn, độ sáng không đồng nhất và các ngoại lệ khác, một metric hạt nhân được giới thiệu vào phương pháp phân cụm mờ với hiệu chỉnh trường thiên lệch cho phân đoạn hình ảnh. Phương pháp được đề xuất đã được so sánh với các thuật toán phân đoạn hiện đại khác trên cả hình ảnh mô phỏng và hình ảnh thực của anode SOFC. Kết quả các thí nghiệm rộng rãi đã chứng minh rằng khuôn khổ đề xuất có thể loại bỏ thành công ảnh hưởng của cả độ sáng không đồng nhất và tiếng ồn trên các hình ảnh thực của anode Ni/YSZ để đạt được độ chính xác xác định ba pha tốt hơn. Kết quả phân đoạn chất lượng cao tạo nền tảng vững chắc cho việc trích xuất thông số vi cấu trúc chính xác.
Từ khóa
#Phân đoạn hình ảnh #Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC) #Tiếng ồn #Trường thiên lệch #Phân tích thành phần chính (PCA) #Kính hiển vi quang học (OM)Tài liệu tham khảo
Ahmed MN, Yamany SM, Mohamed N, Farag AA, Moriarty T (2002) A modified fuzzy c-means algorithm for bias field estimation and segmentation of MRI data. IEEE Trans Med Imaging 21(3):193–199
Bezdek JC (1981) Objective function clustering. In pattern recognition with fuzzy objective function algorithms (pp 43–93). Springer, Boston, MA
Chen S, Zhang D (2004) Robust image segmentation using FCM with spatial constraints based on new kernel-induced distance measure. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part B (Cybernetics) 34(4):1907–1916
Fu X, Wang Y, Chen L, Tian J (2015) An image despeckling approach using quantum-inspired statistics in dual-tree complex wavelet domain. Biomedical Signal Processing and Control 18:30–35
Fu X, Xiang Y, Chen L, Xu X, Li X (2015) Solid oxide fuel cell anode image segmentation based on a novel quantum-inspired fuzzy clustering. J Power Sources 300:57–68
Fu X, Xiang Y, Chen L, Xu X, Li X (2016) A novel Ni/YSZ anode image segmentation method for solid oxide fuel cell electrodes microstructure. Fuel Cells 16(6):810–821
Wu X, Xu Y, Xue T, Zhao D, Jiang J, Deng Z, Fu X, Li X (2019) Health state prediction and analysis of SOFC system based on the datadriven entire stage experiment. Appl Energy 248:126–140.
Gong M, Liang Y, Shi J, Ma W, Ma J (2013) Fuzzy c-means clustering with local information and kernel metric for image segmentation. IEEE Trans Image Process 22(2):573–584
Guan Y, Li W, Gong Y, Liu G, Zhang X, Chen J, Wang H (2011) Analysis of the three-dimensional microstructure of a solid-oxide fuel cell anode using nano X-ray tomography. J Power Sources 196(4):1915–1919
Holzer L, Münch B, Iwanschitz B, Cantoni M, Hocker T, Graule T (2011) Quantitative relationships between composition, particle size, triple phase boundary length and surface area in nickel-cermet anodes for solid oxide fuel cells. J Power Sources 196(17):7076–7089
Iwai H, Shikazono N, Matsui T, Teshima H, Kishimoto M, Kishida R, Muroyama H (2010) Quantification of SOFC anode microstructure based on dual beam FIB-SEM technique. J Power Sources 195(4):955–961
Krinidis S, Chatzis V (2010) A robust fuzzy local information C-means clustering algorithm. IEEE Trans Image Process 19(5):1328–1337
Lanzini A, Leone P, Asinari P (2009) Microstructural characterization of solid oxide fuel cell electrodes by image analysis technique. J Power Sources 194(1):408–422
Lee KR, Choi SH, Kim J, Lee HW, Lee JH (2005) Viable image analyzing method to characterize the microstructure and the properties of the Ni/YSZ cermet anode of SOFC. J Power Sources 140(2):226–234
Lee JH, Heo JW, Lee DS, Kim J, Kim GH, Lee HW, … Moon JH (2003) The impact of anode microstructure on the power generating characteristics of SOFC. Solid State Ionics 158(3–4):225–232
Lee DS, Lee JH, Kim J, Lee HW, Song HS (2004) Tuning of the microstructure and electrical properties of SOFC anode via compaction pressure control during forming. Solid State Ionics 166(1–2):13–17
Lee JH, Moon H, Lee HW, Kim J, Kim JD, Yoon KH (2002) Quantitative analysis of microstructure and its related electrical property of SOFC anode, Ni–YSZ cermet. Solid State Ionics 148(1–2):15–26
Li C, Gore JC, Davatzikos C (2014) Multiplicative intrinsic component optimization (MICO) for MRI bias field estimation and tissue segmentation. Magn Reson Imaging 32(7):913–923
Lim JS (1990) Two-dimensional signal and image processing. Englewood Cliffs, NJ, Prentice Hall, 1990, 710 p
Luo J, Yan D, Fang D, Liang F, Pu J, Chi B, Li J (2013) Electrochemical performance and thermal cyclicability of industrial-sized anode supported planar solid oxide fuel cells. J Power Sources 224:37–41
McLachlan GJ, Lee SX, Rathnayake SI (2000) Finite mixture models. Ann Rev Stat Appl (0)
Mogensen M, Skaarup S (1996) Kinetic and geometric aspects of solid oxide fuel cell electrodes. Solid State Ionics 86:1151–1160
Nguyen TM, Wu QJ (2013) A fuzzy logic model based Markov random field for medical image segmentation. Evol Syst 4(3):171–181
Nikou C, Galatsanos NP, Likas AC (2007) A class-adaptive spatially variant mixture model for image segmentation. IEEE Trans Image Process 16(4):1121–1130
Resini C, Delgado MCH, Presto S, Alemany LJ, Riani P, Marazza R, Busca G (2008) Yttria-stabilized zirconia (YSZ) supported Ni–co alloys (precursor of SOFC anodes) as catalysts for the steam reforming of ethanol. Int J Hydrog Energy 33(14):3728–3735
Rouhparvar H, Panahi A (2015) A new definition for defuzzification of generalized fuzzy numbers and its application. Appl Soft Comput 30:577–584
Sendur L, Selesnick IW (2002) Bivariate shrinkage functions for wavelet-based denoising exploiting interscale dependency. IEEE Trans Signal Process 50(11):2744–2756
Shearing PR, Bradley RS, Gelb J, Lee SN, Atkinson A, Withers PJ, Brandon NP (2011) Using synchrotron X-ray nano-CT to characterize SOFC electrode microstructures in three-dimensions at operating temperature. Electrochem Solid-State Lett 14(10):B117–B120
Zhang L, Dong W, Zhang D, Shi G (2010) Two-stage image denoising by principal component analysis with local pixel grouping. Pattern Recogn 43(4):1531–1549
Zhang L, Li X, Jiang J, Li S, Yang J, Li J (2015) Dynamic modeling and analysis of a 5-kW solid oxide fuel cell system from the perspectives of cooperative control of thermal safety and high efficiency. International Journal of Hydrogen Energy 40(1):456–476