一种基于灰度追踪的钙钛矿降解行为量化表征方

本发明涉及图像处理、化学和新能源材料，特别是涉及一种基于灰度追踪的钙钛矿降解行为量化表征方法。背景技术：1、我国长期以来都面临着化学能源枯竭的风险，所以一种可应用于光电器件与能源领域，且绿色、廉价的新材料—钙钛矿受到越来越多的关注。然而钙钛矿具有极其不稳定的特性，容易在湿度、温度和光照的环境下发生降解。而这也导致了钙钛矿目前无法实现产业化。因此发明一种快捷有效的钙钛矿降解行为表征方法是非常有价值的。2、x射线衍射(x-ray diffraction，xrd)目前是一种被广泛用于钙钛矿性能和降解程度的检测手段。它可以对钙钛矿薄膜的物相组成、晶体结构、晶粒取向等信息进行分析。x射线衍射是采用高能电子束来袭击钙钛矿，其原子的内层电子在高速运动电子的袭击下跃迁产生了x射线，x射线入射到样品中会发生与样品晶体结构密切相关的衍射现象，得到xrd谱图，进而分析钙钛矿薄膜的物相组成和降解程度。3、目前钙钛矿降解行为的观测都是直接运用设备从微观结构、晶体结构和官能团的变化来确定其降解程度。随着太阳能产业的发展和逐渐应用，这些检测方法成本高、速度慢，效率比较低下，不能满足市场的需求。因此，发明一种高效且成本低廉的检测和评价方法是很有必要的。技术实现思路1、本发明的目的是针对现有技术中存在的钙钛矿降解行为观测成本高、速度慢、效率低的问题，而提供一种基于灰度追踪的钙钛矿降解行为量化表征方法，本发明将获取的钙钛矿图像与灰度追踪技术相结合，首先通过光学显微镜拍摄钙钛矿在多场耦合下随着时间原位降解的图像，对图像进行基于增量相关方法的刚体位移校正后，基于灰度差异演化提出了量化降解演化规律及降解速度的表征方法。适用于多物理场下不同类型和不同工况的钙钛矿降解行为测量。2、为实现本发明的目的所采用的技术方案是：3、一种基于灰度追踪的钙钛矿降解行为量化表征方法，包括以下步骤：4、步骤1，通过光学显微镜获得钙钛矿在多场耦合下不同时间点的原位降解图像，并进行灰度变换；5、步骤2，将步骤1得到的第一张图像(未降解的钙钛矿图像)作为参考图像，以所述参考图像为标准对步骤1得到的其他时间点的每一张图像进行刚体位移的校正，得到处理后的降解图像；6、步骤3，读取步骤1得到参考图像的灰度矩阵f(x，y)和步骤2得到的每一张降解图像的灰度矩阵g(x*，y*)将其进行灰度相减，并进行归一化处理，得到差异值c和差异图像；7、步骤4，依据步骤3得到的归一化之后的差异值c，计算钙钛矿在不同时间点的降解程度d，以时间点为横坐标，以降解程度为纵坐标，拟合得到量化表征曲线。8、在上述技术方案中，所述步骤2中，刚体位移的校正包括以下步骤：9、步骤s1，使用双线性插值算法进行图像的调整，使当前图像尺寸与参考图像的尺寸一致，并得到当前图像每一个像素点的位置坐标(x，y)，其中x，y分别是此时每一个像素点的水平和垂直坐标；10、步骤s2，用标准化互相关算法识别出当前图像与参考图像的特定特征并进行匹配，以此确定两张图像中最相似的区域；11、步骤s3，确定互相关结果中的最大值位置；12、步骤s4，将步骤s3得到的最大值位置的行列坐标减去当前图像的行列数，计算出当前图像相对于参考图像的位移量，得到像素点水平方向的位移量u(x，y)和像素点垂直方向的位移量v(x，y)，其中x，y分别是每一个像素点的水平和垂直坐标；13、步骤s5，将降解图像沿着水平方向的位移量u(x，y)和垂直方向的位移量v(x，y)进行偏移，得到像素点新的位置坐标(x*，y*)，其中x*和y*分别是像素点新的水平和垂直坐标：14、x*＝x+u(x，y)15、y*＝y+v(x，y)。16、在上述技术方案中，所述步骤3中，差异值c的计算公式为：17、18、在上述技术方案中，所述步骤4中，降解程度d的计算方法为：19、步骤a1，计算每一张差异图像的感兴趣区域的灰度值总和ci；20、步骤a2，计算最后一张采集的降解图像与参考图像的差异图像的感兴趣区域的灰度值总和cm；步骤a2中的感兴趣区域与步骤a1中的感兴趣区域为同一区域。21、步骤a3，计算降解程度d：22、23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：24、本发明基于灰度追踪设计了一种对钙钛矿降解行为量化表征方法，该方法对多场耦合下获得的钙钛矿图像进行刚体位移校正后，利用灰度相减并进行归一化获取钙钛矿降解的全程演化规律。基于这一方法可以快速、便捷、准确的观测到钙钛矿的降解全过程，极大的降低了检测成本。技术特征：1.一种基于灰度追踪的钙钛矿降解行为量化表征方法，其特征在于，包括以下步骤：2.如权利要求1所述的钙钛矿降解行为量化表征方法，其特征在于，所述步骤2中，第一张图像为时间点为0时，未降解的钙钛矿图像。3.如权利要求1所述的钙钛矿降解行为量化表征方法，其特征在于，所述步骤2中，刚体位移的校正包括以下步骤：4.如权利要求1所述的钙钛矿降解行为量化表征方法，其特征在于，所述步骤3中，差异值c的计算公式为：5.如权利要求1所述的钙钛矿降解行为量化表征方法，其特征在于，所述步骤4中，降解程度d的计算方法为：技术总结本发明公开了一种基于灰度追踪的钙钛矿降解行为量化表征方法，将获取的钙钛矿图像与灰度追踪技术相结合，首先通过光学显微镜拍摄钙钛矿在多场耦合下随着时间原位降解的图像，对图像进行基于增量相关方法的刚体位移校正后，基于灰度差异演化提出了量化降解演化规律及降解速度的表征方法，本发明可以快速、便捷、准确的获取钙钛矿降解的全程演化规律。技术研发人员：任春华,焦梦婷,刘冰,周治顺,计宏伟,王怀文,张晓川受保护的技术使用者：天津商业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16