国家标准 GB/T40139一2021 材料表面积的测量高光谱成像三维面积测量法 easuringmethodforsurflaceareasofmaterials一 Threedimensionalareameasurementbaseonhyperspeetralimaging 2021-05-21发布 2021-09-01实施国家市场监督管理总局发布国家标涯花管理委员会国家标准
GB/40139一2021 目次前言范围 2 规范性引用文件术语和定义原理第 -法旋转平台式面积测量仪法 5.1试剂和材料 5.2仪器与设备样品预处理 5.3 5.4测量分析结果的表述 5.5 精密度 5.6 第二法手持式面积测量仪法 6.1试剂和材料 6.2仪器与设备 6.3样品预处理 6.4测量 6.5分析结果的表述 6.6精密度附录A资料性)仪器示意图附录B(规范性旋转平台式面积测量仪的校准与确认附录c(资料性典型样品的三维图形附录D(规范性)手持设备精度校准
GB/40139一2021 前言本文件按照GB/T1.1一2020<标准化工作导则第1部分;标准化文件的结构和起草规则》的规定起草请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别专利的责任本文件由全国质量监管重点产品检验方法标准化技术委员会(SAC/TC374)提出并归口本文件起草单位;深圳市计量质量检测研究院、中检华纳(北京)质量技术中心有限公司、成都产品质量检验研究院有限责任公司、华纳通标(北京)认证有限公司、中检联盟(北京)质检技术研究院有限公司本文件主要起草人;黎永乐、杨俊,郑燕燕、陈树姊、张其美、钟文健、蔡潼玲、王杰,叶秀玲、杨春尧、区振源、刘瑜、谢晓娟、吴婉君、吴燕慈,李浙、胡玉玲、李祖敏、孟杰、李波、蔡小先、,郑存哲
GB/40139一2021 材料表面积的测量高光谱成像三维面积测量法范围本文件规定了基于高光谱成像技术测量材料表面积的方法本文件适用于食品接触材料、首饰及其他材料表面积的测量本文件不适用于孔直径小于1 的多孔材料,以及含有直径小于1mm条状纹理的材料 mm 规范性引用文件本文件没有规范性引用文件术语和定义下列术语和定义适用于本文件 3.1 表面积surfaceareas 所有立体图形面的面积之和 3.2 高光谱成像hyperspectralimaging 将成像技术与光谱技术相结合,探测目标的二维空间和光谱信息,获得高分辨率的连续、窄波段的图像数据 3.3 结构光系统structuredlightsystem 组由投影仪和摄像头组成的系统结构注，该系统用投影仪投射特定的光信息到物体表面后及背景后,由摄像头采集根据物体造成的光信号变化,计算物体的位置和深度等信息,进而复原整个三维空间 3.4 三维数据重建技术3Ddatareeonstruetiontechnology 基于通过相机获得场景、物体的数据图像,并对图像进行分析处理,再结合计算机视觉知识推导出现实环境中物体的三维信息 3.5 三角面片triagularpateh 在计算机模拟的三维空间中,由空间坐标系中的三个点构成的一个三角网格 3.6 点云pointeoud 在计算机模拟的三维空间中表达样品空间分布和样品表面特性的点集合
GB/T40139一2021 3.7 多线激光mwtilinelaser 利用激光发射器在已知空间方向上投射到样品表面的激光扫描线束的集合 3.8 标志点landmark 在扫描过程中,用于准确定位样品表面的点注:标志点通常由外圈为黑色、内圈为白色的两个同心圆构成,贴于待测样品表面 3.9 material 多孔材料porous 由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料原理利用以单线激光、多线激光或其他可见光为光源的结构光系统,采集材料的三维图像数据,通过三维数据重建技术实现在计算机内对样品的三维模型重建重建的三维模型在特定的算法下转化为三角面片数据,依据三角面片数据计算样品待测量区域的表面积本文件第一法结构光系统位置固定,通过旋转平台将材料旋转至不同角度,获取面积数据本文件第二法样品位置固定,通过移动结构光系统至不同位置,获取面积数据 5 第一法旋转平台式面积测量仪法 5.1试剂和材料反差增强剂,白色注:由特定配方的粉剂及溶剂配制而成的悬浊液,喷涂在材料表面,会形成一层白色或其他颜色的覆盖薄膜,可显著增强材料成像的对比度 5.2仪器与设备台式面积测量仪主机(仪器结构示意图参见附录A中图A.1):工业相机(分辨率)大于230万像 5.2.1 素,工业镜头:f焦距)大于或等于16mm;主动式结构光源投影设备;激光器采用CLASsI-人眼安全级别 5.2.2高精度校准板;由单个方格面积为7.5mm×7.5mm的棋盘组成,精度为0.01 mm 5.2.3标准测量块;由半球、圆槽、半圆柱等形状组成,有校准证书 5.2.4标志点贴纸;外圈直径8mm或4mm、内圈直径4mm或2mm. 5.3样品预处理应根据样品实际情况对样品进行下列预处理: 表面颜色为深色、,透明和反光的样品,需要对样品表面喷涂反差增强剂,再测量,反差增强剂应 a 尽可能均匀喷涂在样品表面,并尽量喷薄; 尺寸较大样品、组合类样品、管道件样品,需要对样品进行拆分分解,再测量; b c 对内部形状扭曲、壁厚不均匀的样品,如;玻璃制品、陶瓷制品,需要对样品进行切割或分裂,再测量; d)对于尺寸较大、扫描难以获取完整图像的样品,可尝试贴标志点于样品表面后进行测量工作
GB/40139一2021 5.4测量 5.4.1测量前仪器准备测量前应进行下列仪器准备每次测量前使用标准测量块对仪器进行稳定性检查,按附录B方法执行; a b 调整相机的曝光、增益使样品清晰; 将预处理好的样品放置在测量区域,控制物体旋转一定角度,以使能拍摄到不同视角物体的系 c 列图像 5.4.2扫描选择合适的扫描模式,开始进行扫描注扫描模式一般有旋转扫描和不旋转扫描两种 5.4.3 图像处理获取的图像按下列步骤进行处理根据程序合成的图像进行数据处理,优化点云,去除多余杂点,填补空洞 a b 保存当前测量样品的工程数据建立档案,完成测量工作,典型样品的三维图形参见附录C 5.5分析结果的表述结果保留三位有效数字,以两次测量结果的算术平均值作为试样的测量结果 5.6精密度应符合下列要求在同一实验室,由同一操作者使用相同设备,按相同的测量方法; a b)在短时间内对同一被测对象相互独立进行测量获得的两次独立测量结果的绝对差值与算术平均的比值,以百分比表示,要求如表1所示表1精密度要求精密度要求样品面积范围 % 表面积100cm 8 l00cm'<表面积500cm" <5 3 500cm'<表面积<1.50×10'em" 第二法手持式面积测量仪法 6.1试剂和材料同5.1 6.2仪器与设备 6.2.1手持式面积测量仪主机(仪器结构示意图参见图A.2):工业相机(分辨率)>130万像素;多线激
GB/T40139一202 光发射设备(激光器采用CLASsI-人眼安全级别),精度>0.03mm. 6.2.2标志点贴纸:同5.2.4 6.2.3标准校准板:由数量为5×5的同心圆圈矩阵组成,圆圈外直径8mm内直径6 mm 6.3样品预处理同5.3 6.4测量测量工作按下列步骤进行: a)每次测量前,仪器需要按附录D完成精度校准,保证采集三维面积精度 b 将标志点贴纸随机粘贴在样品上,避免有规律的粘贴;若样品特征不明显或棱角过于平缓,可通过标志点拼接,完成局部测量; 通过预扫描,调整扫描距离、亮度,捕抓标志点,移动扫描仪采集样品不同角度的图像.使采集的三维模型尽可能接近实际样品,如图1所示根据合成的图像进行数据处理,完成测量工作 d 标引序号说明 -标志点图1扫描操作示意图 6.5分析结果的表述结果保留三位有效数字.以两次测量结果的算术平均值作为试样的测量结果 6.6精密度同5.6
GB/40139一2021 附录 A 资料性仪器示意图旋转平台式面积测量仪、手持式面积测量仪主机仪器结构示意图如图A.1、图A.2所示标引序号说明 -结构光源; -固定支架，工业相机; -旋转平台控制电机图A.1旋转平台式面积测量仪主机仪器结构示意图标引序号说明多线激光器; -工业相机. 图A.2手持式面积测量仪主机仪器结构示意图
GB/T40139一2021 录附 B 规范性) 旋转平台式面积测量仪的校准与确认仪器出厂设置校准 B.1 将高精度校准板(5.2.2)放在旋转平台上,面对相机进行校准,通过对LED发光的校准板在环境光适合的状态下进行拍摄8张~10张照片,8张10张图像中校准板的倾斜角度可每次不一样,图像采集完成后保存计算结果即可高精度校准板如图B.1所示图B.1高精度发光二极管(LED)校准板 B.2仪器计量校准仪器通过计量器对检测精度进行校准,校准器件如图B.2所示图B.2实物计量器将此校准器件放置到仪器的工作台面(旋转平台式面积测量仪)或平整的台面上,调用校准程序,按相应的测量方法采集校准器件的面积数据根据采集的数据计算实测值与标准值的差异 B.3仪器稳定性检查进行实际样品测量前,可通过标准测量块(5.2.3)如:半球体或长方体等对仪器的稳定性进行检查如图B.3所示实测值与标准块的定值比较,测量结果差值不超过算术平均值的3% 图B.3标准测量块
GB/40139一2021 录附 C 资料性) 典型样品的三维图形典型样品的照片及三维重建图像如表C.1所示表c.1典型样品图像测量对象材质样品照片三维重建图像奶嘴橡胶烘熔模具金属酒杯陶瓷硬塑勺塑料餐叉金属汤勺陶瓷
GB/T40139一2021 附录 D 规范性) 手持设备精度校准在平整的桌面上放置圆点校准模板,如图D.1所示 D.1 图D.1校准板示意图 D.2开启激光器,照射校准板的标志点区域,确保光源至校准板的中心保持在200mm一300nmm之间,如图D.2所示图D.2照射校准板 D.3如图D.3所示变换圆点校准模板的倾斜角度,采集圆点校准模板图像按照上述步骤再采集9恢图像,各完成三组校准过程,保存计算结果
GB/T40139一2021 30 30° 90” b 倾斜校准居中校准倾斜校准 a 图D.3校准步骤

高光谱成像三维面积测量法GB/T40139-2021

一、背景

材料表面积是描述材料物理性质的重要参数之一。传统的表面积测量方法大多基于二维测量或近似计算，无法准确反映材料表面的三维形态特征。因此，发展一种能够快速而准确地测量材料表面积的三维测量技术具有重要意义。

高光谱成像技术是一种非接触式、无损的三维测量技术，可在不破坏样品的情况下获取其表面形貌等信息。该技术广泛应用于机械制造、电子元器件、生物医学等领域。

二、原理

高光谱成像技术是通过采集样品表面反射或散射的光谱信息来获取其表面形貌等特征。该技术利用高光谱相机同时获取多个波段的图像，然后通过数字图像处理技术将这些图像融合起来，得到高精度的三维形貌数据。

三、流程

高光谱成像三维面积测量法的流程主要包括以下几个步骤：

样品准备：将待测样品放置在高光谱成像仪器的测量台上，并保证样品表面干净平整。
参数设置：根据实际需要设置高光谱成像仪器的光源、曝光时间、增益等参数。
数据采集：启动高光谱成像仪器，进行数据采集。
数据处理：对采集到的数据进行预处理、去噪和配准等操作，得到高精度的三维形貌数据。
面积计算：根据三维形貌数据计算样品表面积。

四、应用领域

高光谱成像三维面积测量法广泛应用于材料科学、制造业、生物医学等领域。例如，在材料科学领域，该方法可用于研究表面形貌对材料性能的影响；在制造业领域，该方法可用于产品质量控制和生产过程优化；在生物医学领域，该方法可用于研究细胞形态和组织结构等问题。