PoreSizer™ — Análise de Imagem
Tamanho de partícula por micrografia — flood fill, calibração de escala, ISO 13322.
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Teoria e método
O PoreSizer faz análise de imagem estática de uma micrografia seguindo a ISO 13322-1:2014. Feições escuras (partículas ou poros) são separadas do fundo por um limiar de cinza, e cada região conexa é medida pelo diâmetro de área equivalente — o diâmetro do círculo de mesma área projetada, x_A = √(4A/π), também chamado diâmetro de Heywood (ISO 13322-1 §3.1.1, ISO 9276-6).
A segmentação converte a imagem para cinza como (R+G+B)/3 (média não-ponderada, igual ao padrão do ImageJ) e marca como partícula todo pixel mais escuro que o limiar; pixels conexos são agrupados por um flood fill iterativo (8-conectado por padrão, como ImageJ/OpenCV/scikit-image). O botão Auto define o limiar pelo método de Otsu (1979), que maximiza a variância entre classes σ²_B = ω₀ω₁(μ₀−μ₁)² do histograma de luminância. Quando as partículas são mais claras que o fundo — microesferas de vidro sobre uma bancada escura, por exemplo — ative a inversão de polaridade em Avançado: o mesmo limiar passa a marcar como partícula todo pixel mais claro que ele, sem alterar o valor do limiar (a ISO 13322-1 §5.2 trata o contraste objeto/fundo como premissa da segmentação, não a sua direção).
Partículas que se tocam fisicamente são segmentadas como uma região só, e a ISO 13322-1 §5.2 exige medições em partículas isoladas. A separação watershed opcional trata isso: uma transformada de distância euclidiana exata (Felzenszwalb & Huttenlocher 2012) mapeia cada pixel de objeto à sua distância do fundo, os máximos significativos viram sementes — máximos com proeminência abaixo de 0,5 px são fundidos, o critério h-maxima que protege contra a sobre-segmentação — e uma inundação por prioridade a partir das sementes (Meyer 1994) traça um corte de um pixel onde as bacias se encontram, a mesma semântica do watershed binário do ImageJ. Vem desligada por padrão: em partículas muito irregulares ou côncavas o watershed pode introduzir cortes falsos, então aplicá-la é decisão do operador, e o export registra se foi usada.
Partículas cortadas pela borda do frame enviesam a distribuição, pois uma partícula grande tem mais chance de tocar a borda que uma pequena. A ISO 13322-1 §8.3 corrige isso com o fator de Miles-Lantuéjoul: partículas que tocam a borda são excluídas da medição e cada partícula retida é ponderada por 1/P_i, com P_i = (Z₁−w)(Z₂−h)/(Z₁·Z₂) a probabilidade de uma partícula daquele tamanho caber no frame. O PoreSizer aplica isso por padrão; você também pode só excluir ou incluir as partículas de borda.
Os resultados podem ser reportados por número (Q₀) ou por área projetada (Q₂), o tipo de quantidade r da ISO 9276-1. A análise de imagem é intrinsecamente number-based; a ponderação por área é um proxy bidimensional em que partículas maiores pesam mais, não uma distribuição real de massa ou volume — converter para volume (Q₃) exigiria uma hipótese estereológica de forma para inferir o volume 3D de uma projeção 2D, que esta ferramenta não faz. Reporte o tipo de quantidade junto de cada estatística.
Além do tamanho, o PoreSizer reporta descritores de forma 2D para partículas acima de um piso de tamanho (cerca de 15 px de diâmetro equivalente — abaixo disso a pixelização torna a forma pouco confiável; a ISO 13322-2 pede ao menos ~9 px atravessando a feição para forma). A circularidade segue Wadell (ISO 9276-6): f = √(4πA)/P, igual a 1 no círculo perfeito, com P sendo o perímetro de Cauchy-Crofton (ISO 9276-6 Cláusula A.1), não um contorno cru. Uma borda rasterizada contada como "escada" superestima o perímetro real em até 41% (um quadrado a 45°); a estimativa de Cauchy-Crofton, montada a partir de interceptos em quatro direções, corrige esse viés (Vossepoel & Smeulders 1982). Feret máx e mín são as maiores e menores larguras entre tangentes do fecho convexo, e o aspect ratio AR = Fmin/Fmax vale 1 para uma partícula equante. Do mesmo fecho convexo, a solidez S = A/A_c (área da partícula sobre a área do fecho, símbolo A_c na ISO 9276-6) se aproxima de 1 em partículas convexas e cai com concavidades, enquanto a convexidade C = P_C/P compara o perímetro do fecho com o perímetro de Cauchy-Crofton; como P é uma estimativa e P_C é comprimento exato de polígono, C tem teto em 1,0 — a mesma ressalva de estimador da circularidade.
A confiabilidade de um percentil depende de quantas partículas foram medidas: a mediana x₅₀ é a mais robusta, enquanto as caudas (x₁₀, x₉₀) e a ponderação por área/volume exigem muito mais partículas — milhares para um x₉₀ confiável (ISO 13322-1 Anexo A; Masuda & Iinoya 1971). A digitalização também limita a exatidão: abaixo de cerca de 10 pixels de diâmetro o erro de área por contagem de pixels cresce rápido, então o PoreSizer sinaliza partículas tão pequenas. Tudo roda localmente no seu navegador; suas imagens não saem do dispositivo.
Como usar
- 01Fotografe bem a amostra antes de enviar — isso pesa mais que qualquer ajuste. Espalhe o material numa camada fina e esparsa para as partículas não se encostarem (a ISO 13322-1 §5.2 pressupõe partículas isoladas); fotografe de cima, perpendicular à superfície, com o foco travado; e escolha um fundo que contraste com o material — uma superfície escura e fosca sob pó claro ou esferas de vidro, uma superfície clara sob grãos escuros. Preencha o quadro com amostra, não com bancada.
- 02Envie uma micrografia arrastando-a para o canvas, colando da área de transferência ou procurando o arquivo. A decodificação e a análise acontecem inteiramente no seu navegador.
- 03Calibre a escala para ter resultados em unidades físicas: no método Objeto de referência, use a ferramenta de medição, trace uma linha sobre uma feição de tamanho conhecido, clique em "Usar linha" e informe o tamanho real; ou no método Microscópio, informe o tamanho do pixel do sensor e a magnificação total. Se usar uma régua ou trena física como referência, coloque-a no mesmo plano da amostra e fotografe perpendicular — uma régua apoiada sob a placa ou o prato aparece cerca de 2–3% maior por causa da paralaxe.
- 04Opcionalmente use a ferramenta de região para desenhar uma ou mais áreas de interesse — isso exclui barras de escala, rótulos ou artefatos da análise (segure Shift para somar regiões).
- 05Ajuste o limiar de cinza observando a máscara de binarização destacar exatamente o que será medido, ou clique em Auto (Otsu). Em Avançado, ajuste a área mínima da partícula, a conectividade 4/8, o preenchimento de furos, a inversão de polaridade para partículas claras sobre fundo escuro, a separação watershed de partículas encostadas (desligada por padrão) e o tratamento das partículas de borda (Miles-Lantuéjoul por padrão).
- 06Clique em Analisar para ler a contagem, o diâmetro médio, D10/D50/D90, a cobertura e o gráfico de granulometria em peneiras; alterne entre ponderação Q₀ (contagem) e Q₂ (área) e abra a tabela completa de partículas.
- 07Exporte um CSV com os dados completos — parâmetros, agregados, as duas granulometrias e cada partícula — ou um relatório PDF formatado com o gráfico de distribuição.
Perguntas frequentes
Por que os resultados de análise de imagem diferem do peneiramento?
A análise de imagem mede o tamanho projetado bidimensional das feições visíveis em uma imagem e reporta uma distribuição por número, enquanto o peneiramento classifica partículas tridimensionais pela forma como passam pelas aberturas e é baseado em massa. Poucas partículas grandes dominam uma distribuição em massa mas contam pouco por número, então os dois métodos legitimamente dão números diferentes; são complementares, não intercambiáveis.
Como separo partículas encostadas?
Por padrão elas não são separadas: o flood fill agrupa partículas encostadas numa região só, e a ISO 13322-1 exige medições em partículas isoladas — a melhor prática continua sendo reduzir a densidade de partículas na lâmina. Quando a sobreposição é inevitável, ative "Separar partículas encostadas (watershed)" em Avançado: um watershed por transformada de distância (EDT exata, sementes h-maxima com proeminência de 0,5 px, inundação por prioridade de Meyer) traça cortes de um pixel nos pescoços entre partículas aproximadamente convexas. Vem desligado por padrão porque formas muito irregulares ou côncavas podem ser sobre-segmentadas em fragmentos falsos — inspecione o resultado visualmente, e note que o export CSV/PDF registra se foi aplicado.
Como analiso partículas claras sobre fundo escuro?
Por padrão o PoreSizer trata como partícula tudo mais escuro que o limiar (partículas escuras sobre fundo claro). Para o caso oposto — microesferas de vidro ou pó claro sobre uma superfície escura — ative "Inverter: partículas claras sobre fundo escuro" em Avançado; a comparação de limiar troca de lado sem mudar o valor do limiar, e o export registra a polaridade usada. Duas ressalvas de captura importam: reflexos e a borda de vidro de uma placa de Petri também são claros e viram falsas partículas, então restrinja a análise com a ferramenta de região; e esferas transparentes aparecem como um anel de brilho especular com centro escuro — mantenha o preenchimento de furos ligado, mas saiba que medir só o brilho pode subdimensionar o diâmetro, caso em que um fundo fosco ou retroiluminado dá um contraste mais fiel.
Por que minha foto gera centenas de partículas falsas?
Quase sempre é a cena, não a ferramenta. Uma régua ou trena no quadro, a borda brilhante de uma placa, reflexos especulares e a textura da bancada são todos segmentados como "partículas". Desenhe uma ou mais regiões de interesse com a ferramenta de região para medir só a área da amostra (ISO 13322-1 §5.2), e espalhe o material numa camada mais fina e esparsa. Num teste real, a foto de quadro cheio de esferas de vidro gerou mais de 1300 regiões espúrias até uma região de interesse ser aplicada.
Como fotografar esferas de vidro transparentes?
Esferas transparentes são o caso mais difícil: cada esfera aparece como um anel de brilho especular em volta de um centro mais escuro, então um limiar simples pode medir só o anel e subdimensionar a esfera. Use um fundo fosco ou retroiluminado em vez de brilhante, ligue a inversão de polaridade (partículas claras sobre escuro) com o preenchimento de furos ligado, e restrinja o campo com a ferramenta de região para excluir a borda e os reflexos. Ainda assim, trate os diâmetros de esferas transparentes como aproximados.
A régua ou barra de escala precisa estar no mesmo plano da amostra?
Sim. Se a referência de calibração fica num plano diferente das partículas — uma régua apoiada sob o prato enquanto a amostra fica em cima — a perspectiva a faz aparecer numa escala diferente e enviesa toda medição, algo em torno de 2–3% em montagens típicas de bancada. Coloque a régua ao lado da amostra, no mesmo plano focal, e fotografe perpendicular à superfície.
Quanto material posso pôr numa foto?
Uma única camada esparsa. A ISO 13322-1 §5.2 pressupõe partículas isoladas, sem contato; uma monocamada densa viola isso e, sem watershed, grãos encostados se fundem numa região superdimensionada. Se o material já está denso, analise apenas um trecho esparso com a ferramenta de região em vez do quadro inteiro, ou refotografe com menos material mais espalhado.
O PoreSizer mede poros ou partículas?
Ele segmenta regiões escuras, que podem ser partículas ou poros, e reporta o tamanho projetado 2D — uma medida superficial baseada em imagem, no espírito da ISO 13322-1. Isso difere e complementa a porometria por fluxo, como ASTM F316 (ponto de bolha / poro de fluxo médio) e ASTM D6767 (fluxo capilar para geotêxteis), que reportam a constrição mais estreita que controla o fluxo, e não a abertura projetada.
Qual convenção de circularidade é usada e que valor esperar?
O PoreSizer usa a circularidade de Wadell, f = √(4πA)/P (ISO 9276-6), que vale 1 para o círculo perfeito e diminui para contornos irregulares. Não é a "circularity" do ImageJ 4πA/P², que é o quadrado desse valor — um quadrado arredondado que lê ~0,94 aqui lê ~0,89 lá. A circularidade também depende de como o perímetro P é medido: o PoreSizer estima P pela fórmula de Cauchy-Crofton, robusta à orientação mas não exata para polígonos de arestas retas, então um quadrado digitalizado lê cerca de 0,94, e não o valor geométrico de manual √π/2 ≈ 0,886. Isso é inerente a qualquer estimativa de perímetro por número finito de direções — sempre reporte a convenção junto do número.
O que solidez e convexidade medem?
As duas comparam a partícula com o seu fecho convexo (ISO 9276-6). A solidez S = A/A_c é uma razão de áreas: 1 para uma partícula convexa, menor quando o contorno tem baías ou entalhes — uma partícula em cruz, por exemplo, lê exatamente 5/7 ≈ 0,71. A convexidade C = P_C/P é uma razão de perímetros que reage à rugosidade da borda. Como o perímetro P é uma estimativa de Cauchy-Crofton e o perímetro do fecho P_C é exato, C tem teto em 1,0 — em formas convexas de arestas retas a razão crua pode passar levemente de 1, o mesmo efeito de estimador explicado para a circularidade.
Posso enviar fotos HEIC?
Sim — fotos HEIC/HEIF do iPhone são decodificadas direto no seu navegador, sem etapa de conversão. Decodificar um HEIC de 12 megapixels em resolução plena leva alguns segundos (muitas vezes 10–15 s enquanto o decodificador WebAssembly carrega), então aguarde um instante após escolher o arquivo — um indicador de carregamento aparece enquanto isso. AVIF continua sem suporte fora do Safari; converta para JPG ou PNG. Fontes de microscopia normalmente exportam TIFF ou PNG, totalmente suportados.
De quantas partículas eu preciso?
A mediana (x₅₀) é confiável com relativamente poucas partículas, mas percentis altos como x₉₀ e a ponderação por área/volume exigem muito mais — frequentemente milhares (ISO 13322-1 Anexo A; Masuda & Iinoya 1971). O PoreSizer avisa quando a contagem é baixa para as estatísticas que você está lendo.
Referências normativas
- ISO 13322-1:2014 — Particle size analysis — Image analysis methods — Part 1: Static image analysis methods.
- ISO 9276-1 — Representation of results of particle size analysis — Part 1: Graphical representation.
- ISO 9276-6:2008 — Representation of results of particle size analysis — Part 6: Descriptive and quantitative representation of particle shape and morphology.
- N. Otsu (1979). A Threshold Selection Method from Gray-Level Histograms. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics 9(1): 62–66.
- R. E. Miles (1974) e C. Lantuéjoul (1980) — correção de efeitos de borda na análise de partículas individuais em frame planar.
- T. Allen (1997). Particle Size Measurement, 5ª ed. Chapman & Hall — contagens de partículas necessárias versus precisão.
- P. F. Felzenszwalb & D. P. Huttenlocher (2012). Distance Transforms of Sampled Functions. Theory of Computing 8(19): 415–428 — transformada de distância euclidiana exata.
- F. Meyer (1994). Un algorithme optimal de ligne de partage des eaux — watershed por inundação de prioridade usado na separação de partículas encostadas.
- A decodificação de HEIC/HEIF roda no seu navegador via libheif (LGPL-3.0), através da biblioteca heic-to — github.com/strukturag/libheif, github.com/hoppergee/heic-to.