扫描电镜及其在储层研究中的应用分析

第一篇：扫描电镜及其在储层研究中的应用分析

扫描电镜测试技术原理及其在储层研究中的应用

1、扫描电镜的结构和工作原理

扫描电镜的主要构成分为四部分：镜筒、电子信号的显示与记录系统、电子信号的收集与处理系统、真空系统及电源系统(图 1)。以下是各部分的简介和工作原理。1.1 扫描电镜结构 1.1.1镜筒

镜筒包括电子枪、聚光镜、物镜及扫描系统，其作用是产生很细的电子束(直径约几个nm)，并且使该电子束在样品表面进行扫描，同时激发出各种信号。1.1.2电子信号的收集与处理系统

在样品室中，扫描电子束与样品发生相互作用后产生多种信号，其中包括二次电子、背散射电子、X射线、吸收电子、俄歇(Auger)电子等。在上述信号中，最主要的是二次电子，它是被入射电子所激发出来的样品原子中的外层电子，产生于样品表面以下几nm 至几十nm 的区域，其产生率主要取决于样品的形貌和成份。通常所说的扫描电镜图像指的就是二次电子像，它是研究样品表面形貌的最有用的电子信号。检测二次电子的检测器的探头是一个闪烁体，当电子打到闪烁体上时，就在其中产生光，这种光被光导管传送到光电倍增管，光信号即被转变成电流信号，再经前置放大及视频放大，将电流信号转变成电压信号，最后被送到显像管的栅极。

1.1.3电子信号的显示与记录系统

扫描电镜的图像显示在阴极射线管（显像管）上，并由照相机拍照记录。显像管有两个，一个用来观察，分辨率较低，是长余辉的管子；另一个用来照相记录，分辨率较高，是短余辉的管子。1.1.4真空系统及电源系统

扫描电镜的真空系统由机械泵和油扩散泵组成，其作用是使镜筒内达到 10 托的真空度。电源系统则供给各部件所需的特定电源。

图1 扫描电镜结构图

1.2扫描电镜的基本原理

扫描电镜的电子枪发射出电子束，电子在电场的作用下加速，经过两次电磁透镜的作用后在样品表而聚焦成极细的电子束。该细小的电子束在末透镜的上方的双偏转线圈作用下在样品表而进行扫描，被加速的电子与样品相互作用，激发出各种信号，如二次电子，背散射电子，吸收电子、X射线、俄歇电子、阴极发光等。这些信号被按顺序、成比例的交换成视频信号、检测放大处理成像，从而在荧光屏上观察到样品表而的各种特征图像。

2、扫描电镜在矿物岩石学领域的应用 2.1矿物研究

不同矿物在扫描电镜中会呈现出其特征的形貌，这是在扫描电镜中鉴定矿物的重要依据。如高岭石在扫描电镜中常呈假六方片状、假六方板状、假六方似板状；埃洛石常呈管状、长管状、圆球状;蒙脱石为卷曲的薄片状；绿泥石单晶呈六角板状，集合体呈叶片状堆积或定向排列等。王宗霞等在扫描电镜下观察了硅藻上的形貌，硅藻上多呈圆盘状、板状，根据这一特征即可将它鉴定出来。

矿物特征及残余结构可以推断其成岩环境和搬运演化历史，扫描电镜可对矿物的结构和成分进行分析，为推断矿物的成岩环境和搬运演化历史提供基础资料。矿物颗粒脱离母岩后，在搬运和沉积的过程中必然会受到外界环境的影响。不同的搬运介质、搬运形式以及不同的沉积环境常会在矿物颗粒表而留下反映搬运和沉积的痕迹，因而矿物表而就会具有不同的形状及外貌特征。光学显微镜、差热、化学分析等传统分析方法往往无法将其加以识别，而配接有X射线的能谱仪的扫描电镜能直接观察到矿物变化过程中所发生的结构、形貌等微观现象的变化和形成新矿物的特点，并且可以同时确定其化学元素组成及相对含量的变化，为研究矿物的变化提供了良好的途径。2.2包裹体研究

包裹体是成矿时留在矿物中的遗迹化石，其物质组成反映了成岩成矿时期的介质环境，扫描电镜为分析包裹体物质提供了良好条件。首先，扫描电镜的形貌分析使我们能准确观察包裹体；其次，扫描电镜的能谱分析可以直接对已经打开的包裹体进行分析，从而确定了包裹体的物质组成。单强等利用扫描电镜对四川冕宁稀土矿床早期萤石的单个流体—熔融包裹体进行研究，为进一步证实四川冕宁稀土矿床是一个与盐熔体有关的热液矿床打下坚实的基础。谢玉玲等利用扫描电镜对铜官山铜矿床矽卡岩矿物中的包裹体进行研究，发现其中的石榴石存在二相包裹体，并在透辉石中发现流体包裹体及子矿物。

3、扫描电镜在粘土矿物方面的研究

由于粘上矿物在石油生成、运移、聚集及油气勘探开发研究中的重要作用，利用扫描电镜研究粘上矿物的优越性尤其明显。以往对粘土矿物的分析手段着重于精确分析粘上矿物的成分和晶体结构（如X粉晶衍射等），但对其形态特征及分布研究不多，而粘上矿物在储层中的分布及存在状态、成岩作用的影响、油气运移及开发的影响，使得粘上矿物的形态、分布及其变化的研究更加深入。粘上矿物是以微米为计量单位的质点，一般粘上矿物仅为几个微米，用普通的光学显微镜已经很难区分粘上矿物的成分、形态及分布特征，利用扫描电镜完全可以弥补这一不足。

（1）研究粘上矿物的形态及分布，确定成岩作用过程、成岩阶段及次生变化；

（2）研究粘上矿物的共生组合及变化，确定成岩环境及地球化学背景，如温度、压力、酸碱度；（3）对粘上矿物的成分分析（结合X衍射分析），确定埋藏深度、恢复盆地埋藏史及热演化史、反映油气成熟度。3.1粘土矿物的显微形貌特征

一般来说，在碎屑岩储层中常见的粘土矿物主要有高岭石、伊利石、绿泥石及伊蒙混层等粘土。根据粘土矿物分析结果，24-3构造韩江组和珠江组储层中的粘土矿物主要以伊利石和高岭石为主（图2）。

伊利石：伊利石在24-3构造韩江组和珠江组储层中是较为常见的粘土矿物。在电镜扫描下，其单晶形态呈丝带状，其集合体呈丝缕状（图2-A），通常包裹在颗粒的表面，形成粘土薄膜。

高岭石：高岭石晶体呈假六角片状、假六角板状、假六角似板状，它们依次具有良好的假六角薄片状晶形，部分完整假六角形晶形和表面稍弯曲的较差六角晶形，它们大小约为1-5µm，个别见团粒状，高岭石团粒大小不一，约为0.2-0.7 µm，为细小高岭石晶粒集合体。但西江24-3构造韩江组和珠江组储层中的高岭石，在电镜扫描下常见的单体形态呈假六角片状、假六角板状和微晶粒状（图2-B），集合体形态呈叠片状和扇状、叠板状、蠕虫状。高岭石往往在孔隙中形成定向排列或者杂乱堆积状态充填或半充填着储集层的孔隙。

图2颗粒表面贴附和粒间充填的粘土矿物

3.2粘土矿物在储层中产状特征

电镜扫描下可以直观地看到，粘土矿物的空间分布特征，24-3构造韩江组和珠江组砂岩储层中粘土矿物的产状主要有:孔隙衬垫式、孔隙充填式及粘土桥式。（1）孔隙衬垫式

这种产状是指粘土矿物在碎屑岩颗粒表面呈定向排列，组成连续的贴附于孔隙壁上的薄膜。在镜下看，粘土矿物在颗粒表面排列具明显的方向性，根据其排列方向与颗粒表面夹角的关系，可分为两种：一种是其排列与颗粒表面近于平行另一种是垂直于颗粒表面向孔隙内生长，即栉壳状。

在24-3构造韩江组和珠江组砂岩储层中，具有此类产状的代表性粘土矿物为皱晶状高岭石（图3）和丝缕状伊利石（图2-A）。在镜下，可以观察到高岭石和伊利石主要覆于颗粒表面，在粒间孔隙边缘形成孔隙衬边（图3）。但是由于没有完全把孔隙充填，还保留了一定量的粒间孔隙。

图3高岭石、伊利石在粒间孔隙边缘形成孔隙衬边

（2）孔隙充填式

孔隙充填式是指粘土矿物以分散质点形式充填于孔隙之中。在镜下可以观察到粘土矿物往往以集合体形态充填于孔隙内，按其充填的程度可分为完全充填与不完全充填。在24-3构造韩江组和珠江组砂岩储层中，具有此类产状的较为常见的粘土矿物为高岭石（图4）。在24-3构造中，粘土矿物充填孔隙较为严重，对该区块的储层物性有一定的影响。（3）搭桥式

搭桥式产状是指粘土矿物晶体自孔隙壁向孔隙空间内生长，并在孔隙内形成粘土桥。通过电镜扫描可以看到，在24-3构造韩江和珠江组储层中，粘土薄膜具有明显的由孔隙边缘向孔隙中央生长的特征，有的已形成网格状或桥接型胶结（图5）。

图4 24-3油田中的粘土矿物充填孔隙

图5粘土薄膜及形成的“粘土桥”

4、扫描电镜在储层研究中的应用

扫描电镜在碎屑岩及碳酸盐岩储层研究中具非常广泛的应用。扫描电镜研究储层结构，评价储层质量。它可以对储集岩的矿物成分、结构构造、孔隙类型及成因、胶结程度及次生变化作深入系统的研究，并对储层优劣提供评价，其应用主要包括如下几个方面：

（1）研究分析储层的胶结类型，胶结物种类及次生变化；

（2）研究储层的孔隙结构，分析孔隙成因类型及成岩作用和胶结作用对孔隙度、渗透率变化的影响，预测孔隙演化方向；

（3）利用图像分析软件测量孔隙、喉道大小，综合评价储集性能；

（4）扫描电镜在微孔隙、微裂隙发育的储集岩研究中得到广泛应用。微孔隙、微裂隙在油气运移、聚集中起很大作用，微孔隙的发育与连通常形成良好的油气储集层，扫描电镜微观分析，可以非常直观、有效地对微孔、微隙进行分析；

（5）扫描电镜对储层岩石铸体的分析研究，运用扫描电镜背散射电子成分图像，可以决速、直观地反映孔隙喉道分布情况，精确计算而孔隙，对酸溶孔隙铸体的二次电子形貌图像分析，可以综合评价储层质量；

（6）扫描电镜分析在储层岩石物理流动单元研究中的应用，同一岩石物理流动单元具有相对一致的（相似的）孔隙喉道分布及相似的性质，储层岩石物理流动单元的研究在油藏描述及油田开发中具有重要的意义。运用扫描电镜对储层结构的分析，通过对岩石微观分析结果的综合，结合测井等资料，可以在宏观上将储层划分为性质相对独立的多个流动单元组合。

5、扫描电镜在油气层保护研究中的应用

保护油气层是石油勘探开发过程中的重要技术措施，保护油气层技术立足于预防为主，解堵为辅的原则。岩心分析是认识油气层地质的基础，油气层敏感性评价、损害机理的研究、保护油气层技术方案的设计都必须建立在岩心分析基础上。而储层岩石微观特征分析又是油气层保护研究的重点，因此扫描电镜微区分析在油气层保护研究之中具有非常重要的作用。

（1）利用扫描电镜研究储层岩石学特征，从微观形态及微区成分上对储层岩石进行岩石矿物成分及结构分析，胶结特征及充填作用分析，孔隙及喉道连通性分析等，并预测储层敏感性；

（2）储层敏感性扫描电镜分析，通过酸、水、速、碱、盐及温度敏感性试验，利用扫描电镜分析储层样品敏感性试验前后的变化，分析储层样品的粘上矿物的变化，胶结物及储层格架的变化，孔隙及喉道的变化，确定储层敏感性发生的类型和程度，并采取预防措施；

（3）在油气田开发过程中，对储层岩心样品进行开发前后的微观分析，可以判断储层损害程度，提出改进措施，提高产量。特别是注水、注气开发中，运用扫描电镜的分析，可以观察到粘土矿物的膨胀，粘土矿物及其它微粒的迁移，水岩反应形成新矿物等各种现象，而使孔隙喉道变小或堵塞而造成储层的损害，进而研究采用添加降粘剂，防膨胀剂及控制温度、酸碱度等措施，而使储层损害的程度降到最低。扫描电镜在油气层保护研究上具有重要作用，应用前景十分广阔，能够解释油气开采中遇到的诸如引起孔喉堵塞、渗透率降低等原因，进而提出油气层保护措施，提高采收率，降低成本，增加产量。

6、小结

扫描电镜可以直观再现有机质富集的显微组分、干酪根、煤及富含有机质的全岩样品在地层条件下的动态生气过程，对于评价不同地质样品的产气潜力提供了一种行之有效的新手段。另外，扫描电镜在矿物岩石学、粘土矿物分析、储层研究、油气层保护等方面已经发挥了重要作用。扫描电镜在反映物质微区信息方面具有分辨高、放大倍数大、景深大、立体感强、样品制备简单的优点，因而广泛应用于不同领域的研究，在地学微区信息提取方面有不可代替的优势。随着扫描电镜性能的提高，扫描电镜高温热台及微注入系统的使用，环境扫描电镜出现，使扫描电镜在油气领域中的应用进一步扩大。

参考文献：

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第二篇：扫描电镜的发展特点及在纺织材料研究中的应用

扫描电镜的发展特点及在纺织材料研究中的应用

0 前言

当今，随着电子源、扫描以及图像采集和处理系统等的发展，扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscope，简写为SEM)已成为纺织、生物学、医学、冶金、机械加工、材料、半导体制造、微电路检查，甚至月球岩石样品分析等领域的主要研究手段。同时它还在向复合型方向发展，即和X射线能谱分析技术(简称EDS)进行结合，成为研究分析物品表面结构与微区化学成分的最有效的工具。

当前产业用纺织品已广泛应用于工业、农业、环境保护、生物工程、化学化工、医疗卫生以及汽车等领域，其应用范围不断扩大，大大拓展了新的应用领域，开拓出新的市场和高新技术的特殊产品，如电子纺织材料、智能纺织材料、细胞组织支架材料和纤维织物柔性[1]显示器等。因此，利用先进的扫描电镜等工具研究纺织产品极其材料的化学与机械物理性能创造产业用纺织品材料就显得至关重要。可以说，扫描电镜的未来有着广阔的发展与应用前景。1 扫描电镜和X射线能谱仪原理

扫描电镜：其场深大约三百倍于光学显微镜，适用于表面形貌观察，特别是粗糙表面的观察和分析，图像富有立体感、真实感、易于识别和解释。放大倍数范围大，一般为50～20000倍，对于相组成的非均匀材料便于低倍下的普查和高倍下的观察分析。它具有相当的分辨率，可达2～6nm。扫描电子显微镜主要是利用二次电子成像，由聚光镜和物镜构成的电子光学系统[2]，把电子枪发射出来的电子聚集成为一束极细的电子束，并聚焦于样品的表面，同时按顺序对样品表面进行逐行扫描[3]。用检测器收集从样品表面发射出来的二次电子，经视频放大形成图像信号，再经显像管显示。所获得的图像可以直接进行观察，也可以照相或者存储记录，它还可对试样进行成分、晶格、阴极发光、感应电导等多方面分析。

X射线能谱仪：电子束轰击样品时，产生弹性散射和非弹性散射两类物理过程，当两者相互作用发生具有能量交换的非弹性散射时会产生二次电子、俄歇电子、特征X射线、连续X射线，以及在可见光和紫外、红外波段的长波长电磁辐射。X射线能谱分析就是取出样品所产生的X射线作为信号进行分析的。分析这些X射线的能量就可知道组成样品的元素，即可实现对样品的定性分析；根据X射线能量不同的强度就可知道各种非导体与半导体的含量，即实现对样品的定量分析。由于电子显微镜具有很高的空间分辨率，它可以捕捉能谱分析仪在微米和亚微米尺度下的粒子，同时在与计算计配合后，通过线扫描也就可以获得直观的微区元素分布数据。扫描电镜和X射线能谱仪的发展特点

扫描电镜的设计思想早在1935年便已提出，但受各种技术条件的限制，进展一直很慢。只是在近20年，扫描电镜才在提高分辨率方面取得了较大进展。现在，使用最常规扫描电镜分辨率可达3.5nm左右。上世纪90年代中期，它与高速发展的计算机技术对接，实现了电脑控制和信息处理。之后，扫描电镜在二次电子像分辨率、非导体与半导体的扫描成像上取得了突破。特别是针对过去非导体与半导体材料需喷金后才能电描的技术改进

为在低真空和低电压下的电镜扫描，为产业用纺织品的出新提供了良好的检测手段与保证。

目前，使用最广的常规钨丝阴极扫描电镜的分辨率为3.5nm左右，加速电压范围为0.2～30kV。扫描电镜配备X射线能谱仪后发展成分析扫描电镜。它比X射线波谱仪分析速度快、灵敏度高、还可进行定性和无标样定量分析。但是，这种分析型扫描电镜也存在不足之处，如能量分辨率低，一般为129—155eV，以及Si(Li)晶体需在低温下使用(液氮冷却)等。所以未来的扫描电镜发展主要在：

（1）高分辨率和分析型两类电镜的合并，同时实现用计算机控制，发展成多功能高分辨率的分析电镜。

（2）更大限度地满足大量多元素试样的超轻元素，低含量，高速定性、定量常规分析的需求。提高常规加速电压时的分辨本领，改善低压性能，减少直至消除对样品的破坏、损伤。无需先喷涂导电层或冷冻干燥处理，保持样品的原样进行观察。

（3）研制新的综合型的电镜附件设备，以便取得更多的试样信息。

国内中国科学院北京科学仪器研制中心生产的X射线能谱分析系统Finder-1000，已经开发出自己的图形化能谱分析系统程序，分析元素从铍Be(4)元素到铀U(92)元素，实现了高精度的无标样及全标样定量分析。其分析速度极快，10种元素分析时间不足1秒钟。目前，国际最先进的采用超导材料生产的能谱仪，分辨率业已高达5～15eV，已超过了25eV分辨率的波谱仪。扫描电镜和X射线能谱仪在纺织材料研究中的应用 3.1纤维表面形貌观察和元素成分分析

纤维材料的表面物理形态和化学结构是决定材料性能的基本因素，也是影响纤维材料的表面的摩擦性能、光学性能、吸水性和生物相容性等性能的主要因素。用扫描电镜观察、分析纤维表面形貌特征，如图

1、图2所示。样品喷金后可直接放入样品室进行观察。根据纤维的微观结构不同，即细度不同，鳞片不同等形态特征区分各种纤维，同时纤维表面的各种元素产生具有不同能量的特征X射线，分析这些X射线的能量就可知道组成的元素，可看出各种纤维微量元素成分的差别，从这两方面对纤维进行种属鉴定和纤维鉴别，在鉴别基础上可通过荧光屏准确地测定各类纤维的直径和根数，得出各类纤维的定量分析。还可应用电镜观察织物结构特征、纱线中纤维排列形态、纤维径向分布等项目来分析纱线的物理机械性质、耐磨、染色性能。

3.2纺织材料失效分析

纺织材料失效分析主要包括磨损、腐蚀和断口分析[5]，利用SEM主要对磨损表面及磨损产物等进行分析，磨损、腐蚀的表面携带了最主要的信息，可利用SEM结合EDS进行表面形貌分析和微区成分定性、半定量分析(如图4所示)，可以优先了解腐蚀的因素(如夹杂物类型、材料缺陷等)，由此鉴别材料失效的形成原因；利用扫描电镜观察、分析材料的断口特征(如图3所示，针毛尖部3～4mm鳞片破损严重)，对断裂机理分析归类，明确断裂类型，其次是对裂纹源位置和扩展方向的判定，可根据断口学原理判断断裂性质，追溯断裂原因，调查断裂是跟原材料质量有关还是跟后续加工或使用情况有关等等。减少缺陷数目和尺寸，改善织物性能。

3.3超微尺寸材料的研究

扫描电镜可以在比微米尺寸更小的范围内获得高倍率、立体感强、直观的二次电子图像。纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子。应用在纺织品上具有拒水、拒油、防静电、防污、抗菌、柔软等功能。通过扫描电镜，可以较直观地观察到超微纳米材料的表面形貌，可以看到纳米结构、看出颗粒的均匀度(例如图5，为纳米SiO2粉体小颗粒分散情况)，也可以用这种方法来改变颗粒的孔分布，解决颗粒的团聚问题等。

而研发功能性纺织材料是未来发展趋势，所以扫描电镜的作用在这个领域会越来越突显出来。3.4表面整理剂研究

使用各种表面整理剂可以提高织物的耐磨、耐洗、抗皱、抗静电、防水拒油等性能，对于它的研究也越来越重要。而在研究纤维的表面性能和表面结构，以及分析整理剂在纤维表面的结合状态，研究它的分散情况与纤维性能之间的关系，探讨特色整理剂的作用机理，以及开发新型整理剂等方面，扫描电镜起着越来越重要的作用。尤其是能谱技术，它可以对整理剂处理过的纤维表面元素成分进行定性和半定量分析，给出该元素浓度分布的扫描图像，并对其中所含元素浓度进行定量分析。

例如：图

6、图7所示，这是涤纶纤维表面经防油剂改性后的电镜照片，可以看出防油改性丝的表面已经发生了根本性的变化。

3.5表面改性处理的研究

表面改性处理的手段主要包括化学氧化法、低温等离子体改性、辐射接枝法等。经过改性处理的纤维可用SEM和EDS来观察其微观结构组成以及表面化学成分、浓度分布，这样就可以用它测定纱线接触表面上的沉积物以及由于磨损、刻蚀、沉淀、辐射等而导致的表面性质的变化。还可以为评定材料表面性质的专家提供相关的技术支持。对研究改性的生产工艺，开发新用途都具有重要的意义。3.6显微组织研究

在扫描电镜的高倍观察条件下，材料的显微组织十分清晰。可用来观察纤维的孔洞结构，分析不同的孔洞结构与纤维性能之间的关系。或在多相结构材料[4]中，特别是在某些共晶材料和复合材料的显微组织和分析方面，由于可以借助于扫描电镜景深大的特点，所以完全可以采用深浸蚀[4]的方法，把基体相溶去一定的深度，使得欲观察和研究的相显露出来，这样就可以在扫描电镜下观察到该相的三维立体的形态，这是光学显微镜和透射电镜无法做到的。3.7断裂过程的动态研究

扫描电镜的大场深和大视场可清晰显示纤维断裂的三维形貌，而在较高放大倍数下又能观察断裂面局部区域的微细结构，这种图像有助于研究裂缝的产生、发展以及寻找裂缝源。有的型号的扫描电镜带有较大拉力的拉伸台装置，这就为研究纤维断裂过程的动态过程提供了很大的方便。可用来研究纤维的机械力学性能等。在试样拉伸的同时既可以直接观察裂纹的萌生及扩展与纤维显微组织之间的关系，又可以连续记录下来，为纺织材料研究提供最直接的证据。4 结束语

进入90年代以来，世界纺织工业和纺织品市场发生了深刻变化，纺织工业作为传统的劳动密集型加工产业，在信息产业的推动下，正向技术密集型、知识密集型产业发展。为了研究高技术含量、信息含量和高附加值的纺织产品，就需要结合高科技的检测分析手段，新型扫描电镜和X射线能谱仪及其附件设备在新型纺织材料的研究和开发中有着广阔的应用前景。

第三篇：基于相关投影分析的特征提取研究及在图像识别中的应用

基于相关投影分析的特征提取研究及在图像识别中的应用

摘 要：特征抽取是模式识别研究中的基本。就图像识别而言，抽取有效的图像特征在完成识别任务中十分重要。线性和非线性投影分析在特征抽取中是比较经典且应用范围最广的方法，且取得了成功，在线性和非线性投影分析中主要是处理模式中的特征，不适合大量的表示数据特征中的融合与抽取。

关键词：图像识别；特征提取；图像识别

中图分类号： TP391 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）14-158-2

0 引言

主成分分析的基本思路是找出最优的单位正交矢量集，在线性组合下重建原始样本，重建后样本和原样本间会出现比较小的误差。一般情况下会采用训练样本协方差矩阵方法作为开展基，选择适合的若干最大非零特征的特征向量最终成为主成分或是主分量，模式样本在主成分中的投影系数被称为主成分特征。非线性投影分析

1.1 在流形基础上的特征提取

复杂高维模式样本可能会通过一组维数中出现严重低于样本特征维数实现确定。就几何学而言，上述属性数据简称为流形。将流形假设当成基础，利用流形中的基本性质，研究高维空间数据并简化数据，降低维数，对复杂式的内在规律学习方法进行探寻叫作流形学习。更加严格的表述是：假设数据是均匀采样在一个高维空间中的低维流形，求得对应的嵌入映射，目的是实现维数约减或者是对其可视化需求进行满足。Seung等人在2000年站在的认知角度上对流形角度开展了讨论，确定感知是在流形的方式下存在，并在实验中证明了人脑的确存在稳态流形，这就是在模式识别以及人类的感知中构架其连同桥梁，使得流形学习存在了较为坚实的理论基础。主流行、谱分析以及变分法在本世纪初流形的学习研究中是三个热点，具有代表性的方法是同构映射、局部线性嵌入和拉普拉斯本征映射等。通过以上方法会获取较好的低维可视效果，针对映射非线性，如何得到测试样本低维将会存在一定的困难，对此不适合对特征降维实现直接性的应用。

此时需要注意，若将流形的学习映射转为限制线性投影，流形学习方法线性化方式，取得测试样本低维表示形式会更加容易。在如此的初衷基础上，He等人提出了局部的保持投影以及邻域保持嵌入等，分别通过LE和LLE的线性化方法的基础上，成功应用在人脸识别当中。

1.2 稀疏学习上特征中的提取

针对以上线性投影方法，学习投影向量在所有原始特征变量基础上实现线性组和，做出特征和变量层方面的解释含义较为困难，这是其不能说明什么变量在数据中的表示和分类中的十分关键作用的原因。实践性利用线性投影抽取特征，不但会获取最有效低维特征，还能更清楚了解什么样的维数在压缩中的作用更加关键，进而对未来的数据特征的采集当作指导和参考，同时也可以进一步加深人们对数据的更深层次的理解。一方面可以对关键特征进行少量的收集，降低工作难度及强度；此外还能对算法的时间以及空间效应进行提升。也就是在这一应用背景下，提取样本稀疏特征，正确方式是模式的识别舞台。[1]对系数特征进行提取，在一定基础上引入L0和L1范数同时对其实现优化，其中的一部分表征变量权重系数将0作为目的。0元素对应的变量在特征提取中未做到贡献，因此，稀疏特征就提取本质上可看作特征选择。相关投影分析

2.1 典型相关分析的基本理论和研究

典型相关分析属于经典的多元统计方法，该方法的首次提出者是Hotelling，CCA在很多的领域中都被进行了应用，除了应用价值，在理论上也存在着较为深刻的意义，因而被研究学者所重视，多元回归分析在某种意义上，可以判别分析等数据，被看作归结典型分析的特例。

典型相关分析主要是研究两组的随机矢量数据相关性问题，具体来讲，已经存在的两个已被去掉的均值随机矢量样本X=[x1，x2，…，xn]∈Rp×N和Y=[y1，y2，…，yn]∈Rp×N，CCA的目的是要找出一对投影的方向w和u，对投影后的样本特征进行满足后，z1=wTX和z2=uT之间是存在最大相关性的。通常情况下，投影方可以在最大化准则下将得到函数：

2.2 偏最小二乘基本理论

偏最小二乘的回归分析是在应用领域中对新型多元数据分析法来提取，该理论是Word等人在1983年提出的。近20年后，PLS通过方法、理论、应用取得了十分快速的发展。PLS模型的鲁棒性使得其出现了回归性的分析以及维数压缩分类中的有力工具，在最近几年被广泛应用在了程序控制、图像处理等领域内。

偏最小二乘的基本思想是对两个去掉均值的随机样本X=[x1，x2，x3，…，xN]∈Rp×N和Y=[y1，y2，y3，…，yN]∈Rq×N，找出一对投影方向上w和u，对于投影后样本特征z1=wTX与Z2=uTY相互的最大协方差系数。在投影的方向选择中，可以在最优化情况获得最优的目标函数：

JPLS（w，u）=Cov（z1，z2）=wTSxyu

上式中的约束条件为：wTw=uTu=1，Sxy表示的为两组特征相互间的协方差矩阵。对函数极值准则进行优化，转为两组特征矩阵下SxyTSxy和SxySxyT最大本征值同本征向量的求解相关问题。[3]

图像识别中的应用

3.1 人脸识别

人脸识别是在计算机作为辅助手段下，对静态人脸图像以及动态序列图像实现各种人脸图像的匹配和分类。人脸识别技术可以被看做是模式识别研究中的重点研究内容，这是图像处理、模式识别和计算机视觉较差影响的最为积极的研究方向。人脸识别中的关键性问题是如何在人脸图像中抽取稳定有效的个体特征，并且使其可以和其他个体之间进行区别。这一方式存在多种运用优势。

无侵犯性是人脸识别技术中最大的优点，该技术可在不被识别察觉中实行，基本上不需要被识别者进行合作，更不会造成反感情绪，进而被广泛的运用在安全监控和嫌疑人认定等场景内。

较为自然，人脸识别方式和人类识别特征相互之间有着较高相似度。日常生活中人们相互间的身份识别最直接且对常用的手段就是人脸识别。因此对于其他的生物特征，该方式更易被人接受。

性价比高，在人脸识别中运用的硬件设备十分简单，基本上只需要对普通摄像头进行使用就可以，并且可以利用人脸识别的数据库资源，这种情况下引起的系统成本往往比较低。

交互性强，就人脸识别来看，授权用户交互和配合可有效提升系统可靠性与可用性，就虹膜和指纹等识别系统而言，一般的用户识别并不会发挥正常的作用。

3.2 手写字体识别

在获得字符的特征表示之后，我们可以对投影分析实行二次特征抽取和分类，通过这一方式可以消除原始特征变量的相关性，随后降低特征空间的维数，并且在识别的过程中可以在低维特征空间内实施，进而提升识别的速度。

3.3 图像集的匹配和分类

汇总识别图像的过程，就单复图像的目标可能会遭遇各种问题引起的结果不稳定情况，并且图像会受到光照、视觉以及姿态和距离等多种因素的影响，进而出现鉴别信息不稳定的情况，或是在出现突发事件后造成目标特征不显著的问题。在现实的生活中总是会出现大量的图像资源，并且多数场合是在视频序列下通过多模态的形式而出现的，常见的有多方位以及全天候的视频监控，就相同的监控以及考察对象而言，其中是会存在各种不同的视角以及多个成像方式的问题的。[4]传统的识别方法是在多个图像资源中选取比较高的成像质量，且目标十分明确的一张或者是多个图片，实现分别判断。小结

文章在投影特征的分析基础上开展深入的研究与分析，同时对图像识别在一般情况下的运用进行了详细的介绍，希望可以为相关工作者和研究者提供一定的参考。

参 考 文 献

[1] 施展.图像特征提取与识别的迹空间投影方法研究[D].华南理工大学，2012：10-24.[2] 侯书东.基于相关投影分析的特征提取研究及在图像识别中的应用[D].南京理工大学，2012：15-29.[3] 胡俐蕊.非负矩阵分解方法及其在选票图像识别中的应用[D].安徽大学，2013：21-39.[4] 汤德俊.人脸识别中图像特征提取与匹配技术研究[D].大连海事大学，2013：14-27.

第四篇：X射线衍射分析在材料研究中的应用作业

X射线衍射在材料科学中的应用

X射线衍射分析法是研究物质的物相和晶体结构的主要方法。当某物质(晶体或非晶体)进行衍射分析时,该物质被X射线照射产生不同程度的衍射现象,物质组成、晶型、分子内成键方式、分子的构型、构象等决定该物质产生特有的衍射图谱。

X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。因此,X射线衍射分析法作为材料结构和成分分析的一种现代科学方法,已逐步在各学科研究和生产中广泛应用。现在，X射线分析的新发展使得金属、无机材料的X射线分析由于设备和技术的普及已逐步变成金属研究和无机材料测试的常规方法。早期多用照相法，这种方法费时较长，强度测量的精确度低。50年代初问世的计数器衍射仪法具有快速、强度测量准确，并可配备计算机控制等优点，已经得到广泛的应用。但使用单色器的照相法在微量样品和探索未知新相的分析中仍有自己的特色。从70年代以来，随着高强度X射线源（包括超高强度的旋转阳极X射线发生器、电子同步加速辐射,高压脉冲X射线源）和高灵敏度探测器的出现以及电子计算机分析的应用，使金属无机材料X射线学获得新的推动力。这些新技术的结合，不仅大大加快分析速度，提高精度，而且可以进行瞬时的动态观察以及对更为微弱或精细效应的研究。

参考文献：[1]、X射线衍射在材料结构表征中的应用 马礼敦 2009-08-08 [2]、X射线衍射在材料分析中的应用 张小辉 2006-07-01

第五篇：《Flash中遮罩层的应用》教案

《Flash中的遮罩层的应用》教案

授课题目

遮罩动画 教学目标

1．通过实例教学使学生理解Flash中遮罩的含义及原理；

2．通过实例教学使学生学会遮罩图层的建立和遮罩效果的实现方法； 3．学会分析他人的Flash作品并学习其中使用的技术、技巧 4．利用遮罩图层实现文字特效，独立完成一个动画制作。

教学内容

1．FLASH中遮罩动画效果； 2．FLASH中遮罩动画的原理； 3．遮罩层的定义； 4．遮罩动画的实现过程。

教学重点及难点

1．遮罩原理；

2．遮罩动画的制作步骤。

教学方法

1．利用多媒体课件教学； 2．以实例演示为设计思想；

3．通过实例教学，使学生掌握设计方法。

课时安排：2课时 教学过程

一、教学引入：

展示遮罩动画作品。

1、探照灯效果。

2、电影文字。

3、MTV字幕。

4、百叶窗效果。

二、教学内容：

（一）“探照灯效果”的实现 1．“探照灯效果”的实现步骤

步骤一：先启动FLASH cs3，在启动界面中选择“创建新项目”→“FLASH文档”； 步骤二：点击“修改”→“文档”（或CTRL+J），设置文档属性如图1所示；

图 1 步骤三：选择文字工具

，并在属性面板，设置文字的属性，如图2所示；

图 2 步骤四：新建一个层，在这一层用画圆工具

绘制一个不带边线的圆形做为遮罩，颜色可任选；并将绘制好的圆转换成“图形类图符”；

步骤五：设置新建层的属性为“遮罩层”，并改图层名称为“遮罩层”； 注：在此处注意观察遮罩效果，解释遮罩原理。步骤六：把实例圆拖到文字的左面，如图3所示；

图 3 步骤七：在文字层的第25帧单击鼠标右键插入帧（或按F5键），如图4所示；

图 4 步骤八：在遮罩层的第25帧单击鼠标右键插入关键帧（或按F6键），并将圆拖至文字的右端；

步骤九：“遮罩层”设置补间动画（动作动画），如图5所示；

图 5 步骤十：保存FLASH文档，测试、导出影片。2．遮罩的原理：

（1）遮罩是需要通过两层实现的，上一层叫遮罩层，下一层叫被遮罩层。（2）遮罩结果显示的是二层的叠加部分，上一层决定看到的形状，下一层决定看到的内容。我们通常也把遮罩层叫做“透通区”，即透过上一层看下一层的内容。

（3）遮罩显示结果的色彩由被遮罩层的色彩决定，即可通过辩别色彩的来源来确定哪一层为被遮罩层。

3．提出问题：（1）在刚才的动画中，如果改变两层的顺序，再利用“遮罩”效果，制作出的动画会有什么改变？

4．给出5 分钟时间由学生动手仿照老师完成探照灯效果。

5．选择优秀作品展示并回答所提出的问题。

（二）“电影文字”动画的实现 1．电影文字的操作步骤：

步骤一：新建“FLASH文档”，按CTRL+J电影幕布属性修改为长条形。宽为400像素、高为100像素；

步骤二： 单击矩形工具在舞台中画一个无边框的矩形，并填充线性渐变色。如图所示。

步骤三：单击工具栏里面的【填充变形工具】巴举行的垂直填充改变为水平填充。如图所示。

步骤四：新建一个新图层，命名为“文字层”，在第1帧键入静态文本“古典主义创作方法产生于十七世纪的法国，随后风靡于整个欧洲，十七世纪的法国，资本主义有了相当的发展。当时，法王路易十四压制了政治上的反对派，实行中央集权的君主专制统治，同封建割据状态作斗争……”文本颜色随意，并转化为图形元件。如图所示。

步骤五：在“文字层”的第60帧插入关键帧，并创建补间动画。

步骤六：单击 “文字层”第1帧，把“文字”图形元件移动到舞台的下方。如图所示。

步骤七：在第60帧把“文字”图形元件移动到舞台的上方。把图层1延长至第60帧。

步骤八：选中“文字层”，单击右键【遮罩层】命令，创建遮罩效果。如图所示。

步骤九：保存测试，完成。参看源文件1．提出问题：只有遮罩层才能设置动画吗？

电影字幕效果

2．遮罩原理的补充：遮罩层与被遮罩层都可以设置动画。

作业：学生在课堂上独立完成Flash遮罩层动画的制作。