金相顯微鏡數(shù)字圖像分析實驗.doc

圖5-5 晶粒度等級與晶粒尺寸圖n 裝入圖像從File菜單中選擇Open命令。出現(xiàn)Open File對話框，找到Grain Size（在本實驗所提供的光盤中可以找到該文件夾）文件夾，如圖5-6所示。圖5-6 打開文件選擇GrainSize05.jpg文件，并選擇打開按鈕。IPP6.0在其圖像窗口中打開GrainSize05.jpg圖像，如圖5-7所示。圖5-7 在IPP6.0中被打開的GrainSize05.jpg文件n 復制和粘貼從Edit菜單中選擇Copy命令，圖像被復制到剪貼板中。再從Edit菜單中選擇Past New命令，剪貼板中的圖像被粘貼到標題為Untitled001的窗口中，從而生成了一個原始圖像的副本，如圖5-8所示。隨后的任何變化處理都將僅限于此圖像副本，不要對原圖像有任何修改。圖5-8 所生成的Untitled001副本n 計算對象由于晶粒度標準圖譜中的圖像邊界清晰、對比度適當，故對于本例不需要進行圖像增強處理。對圖像增強處理的操作請參考IPP6.0軟件說明書。選擇Measure菜單中Count/Size命令，出現(xiàn)Count/Size對話框，如圖5-9所示。圖5-9 Count/Size對話框檢查你所打開的Count/Size對話框中所對應的設置是否與圖5-9中的設置一致（包括單選按鈕和復選按鈕）。如前所述，本例中需處理的圖像質(zhì)量較佳，這里采用自動測量方法。在Intensity Range Selection區(qū)域選中Automatic Bright Objects，表示自動計算圖5-8中的白色區(qū)域。圖5-8中每個獨立的白色區(qū)域代表著一個晶粒，通過統(tǒng)計白色區(qū)域的個數(shù)，即可統(tǒng)計晶粒的個數(shù)。點擊Count/Size對話框中Options按鈕，出現(xiàn)Count/Size Option對話框，如圖5-10所示。圖5-10 Count/Size Option對話框對照圖5-10設置Count/Size Option。在Outline Style下拉框中選中Outline（輪廓線），表示將用輪廓線的方式來描繪所測量到的每個白色區(qū)域。點擊Choose Color按鈕會彈出顏色選擇對話框，在這里可以選擇繪制輪廓線的線條顏色，圖5-10中選擇了紅色來繪制輪廓線。在Label Style下拉框中選中Object #，表示用對象編號來標記各個白色區(qū)域。對象編號由系統(tǒng)自動生成，從1開始編號。在圖5-10中還可以改變對象編號的顏色，這里選擇了綠色。點擊OK按鈕返回到Count/Size對話框，在Count/Size對話框中選擇Count按鈕，開始進行測量。完成測量后的Count/Size對話框及Untitled001副本如圖5-11和圖5-12所示。圖5-11 完成測量后的Count/Size對話框圖5-12 被測量的圖像從圖5-11中可以看到，在Total Count的右側顯示出數(shù)字65，表示在圖中共測量到65個獨立的白色區(qū)域，即該圖像包括65個晶粒。圖5-12顯示了這65個晶粒的劃分情況，系統(tǒng)已經(jīng)自動添加了紅色的輪廓線和綠色的對象編號。雙擊圖5-12中任何一個白色區(qū)域，系統(tǒng)自動彈出Object Attributes對話框，顯示出該區(qū)域的詳細信息。圖5-13是雙擊區(qū)域32后出現(xiàn)的對話框。圖5-13 對象屬性對話框要想了解更多的測量詳細，可以在Count/Size對話框中選擇View菜單中的Measurement Data或Statistics命令，前者顯示被測量對象的詳細信息，后者顯示測量后的統(tǒng)計信息。圖5-14就是點擊了Statistics命令后出現(xiàn)的窗口。圖5-14 Statistics窗口圖5-14顯示出本次測量的是白色區(qū)域的面積（Area），最小值為113（思考題：單位是什么？），最小面積對應的對象編號是59號，同時也列出了最大區(qū)域面積、所對應的編號、面積的范圍、平均值、方差、求和。嘗試雙擊一下圖5-14中的對象編號，看看圖5-12中有什么變化。對于本例，最有價值的信息是樣本的數(shù)量（Samples），它表示了晶粒的個數(shù)。測量顯示共有65個晶粒，則放大100倍條件下，每mm2含有晶粒為654=260個。對比圖5-5可知，其晶粒度約為5級左右。n 保存結果圖5-14中的結果可以通過剪貼板來實現(xiàn)不同程序件數(shù)據(jù)的共享。方法是在圖5-14中選擇File菜單中的Data to Clipboard命令，在其他應用程序中（如Word、Excel）選擇粘貼命令即可。圖5-12中的圖片存儲相對麻煩一些，但IPP6.0提供了屏幕撲捉命令，可以方便地獲得所處理的效果。屏幕撲捉的設置在主窗口的File菜單中，選擇Screen Capture.，按照提示設置屏幕撲捉的選項，在實際應用中按“F7”鍵即可。也可以選擇Measurement菜單中的Snap Measurements.命令，將會自動將當前的測量圖像保存下來。4. 碳素鋼碳含量計算碳素鋼主要由鐵、碳兩種元素組成。在平衡狀態(tài)下，共析鋼為珠光體組織，碳含量約為0.8%。亞共析鋼平衡狀態(tài)下為鐵素體+珠光體，其碳含量可以通過計算珠光體含量來估算。同樣地，過共析鋼可以通過計算珠光體和滲碳體的含量來估算其含碳量。由于碳素鋼平衡組織經(jīng)合適腐蝕后，不同組織呈現(xiàn)不同色澤，如亞共析鋼經(jīng)4%硝酸酒精腐蝕后，鐵素體呈白色，珠光體呈黑色，這就可以通過統(tǒng)計金相照片中黑白區(qū)域的比例來確定其相對含量（假設這兩種組織的密度相等）。圖5-15為35鋼正火后，經(jīng)4%硝酸酒精腐蝕，放大100倍組織照片。圖5-15 35鋼正火 4%硝酸酒精腐蝕 100n 裝入圖像從File菜單中選擇Open命令。出現(xiàn)Open File對話框，找到Carbon Steel（在本實驗所提供的光盤中可以找到該文件夾）文件夾，選擇TS008.jpg文件，并選擇打開按鈕。IPP6.0在其圖像窗口中打開TS008.jpg圖像。n 復制和粘貼從Edit菜單中選擇Copy命令，圖像被復制到剪貼板中。再從Edit菜單中選擇Past New命令，剪貼板中的圖像被粘貼到標題為Untitled001的窗口中，從而生成了一個原始圖像的副本。n 增強圖像在打開的圖像中可以看到在一個圓形視場內(nèi)有黑色和白色不同的區(qū)域，分別代表珠光體和鐵素體。仔細觀察圖像會發(fā)現(xiàn)不同顏色的邊界比較模糊，且圖像的上側還包含一些灰色區(qū)域，接下來通過使用對比度增強面板的亮度、對比度和伽馬控制來增強該圖像，以改進可視效果并提取圖像中隱藏的獨特特征。在屏幕頂部工具欄上點擊Contrast Enhancement（對比度增強）按鈕，在屏幕上顯示出對比度增強面板（圖5-16），拖動此面板的標題欄放置到屏幕上的合適位置。Contrast Enhancement（對比度增強）按鈕圖5-16 對比度增強面板因為整幅圖像顯得稍暗，因此可以使用亮度控制稍微增強一些此圖像的亮度。將鼠標放置在亮度控制滑塊上，向上拖動亮度滑塊，直到指示器下的讀數(shù)為54。這將增加圖像的亮度，從而使圖像更明亮。為更好從背景中辨別前景中的黑色珠光體，需提高該圖像的對比度。拖動對比度控制滑塊上，向上拖動對比度控制滑塊，直到指示器下的讀數(shù)為57，這將增加圖像中白色和黑色區(qū)域之間強度的差異。要突出背景中的差異，應降低伽馬值。高的伽馬值可增強圖像暗區(qū)域的對比度，低的伽馬值可增強圖像亮區(qū)域的對比度。拖動伽馬控制滑塊，直到指示器下的讀數(shù)為0.5。調(diào)整后的對比度增強面板如圖5-17所示，選擇Apply按鈕，在彈出的對話框中選擇確定按鈕，將修改應用到圖像上，如圖5-18所示。圖5-17 調(diào)整后的對比度增強面板圖5-18 對比度增強后的圖像應用了對比度修改后會發(fā)現(xiàn)，所有對比度增強面板中的滑塊均回到了中間位置，此時可以根據(jù)需要做進一步調(diào)整。這里請關閉對比度增強面板。n 使用濾鏡在圖5-18中，可以看出圖像的右上部分的邊界依然有些模糊，接下來將用銳化濾鏡增強該副本圖像以清晰顯示黑色區(qū)域。選擇Process（處理）菜單中的Filters（濾鏡）命令，將彈出Filters對話框，如圖5-19所示。圖5-19 Filters對話框在Enhancement（增強）頁面選中Sharpen（銳化）單選按鈕，確保所有設置與圖5-19相同，單擊Apply按鈕，將銳化濾鏡應用到副本圖像，如圖5-20所示。關閉Filters對話框。圖5-20 銳化濾鏡處理過的副本圖像n 定義感興趣區(qū)域（AOI）圖5-20中的組織照片并沒有充滿整個圖像文件，其有效區(qū)域為中間的一個圓形區(qū)域，因而在測量前應先規(guī)定出有效的測量區(qū)域，及感興趣區(qū)域（AOI）。一個AOI就是一個與靜止圖像相隔離的區(qū)域，可以為任意形狀：矩形、橢圓形或任意多邊形。當定義了一個AOI后，后續(xù)命令將應用到AOI內(nèi)的所有像素。在屏幕頂部工具欄上點擊Ellipse AOI（橢圓形AOI）按鈕，在圖5-20中拖動出一個橢圓區(qū)域，如圖5-21所示。圖5-21 繪制橢圓形AOI將鼠標放置在所繪制橢圓的邊緣，可以特征橢圓的大小。如果將鼠標放置在橢圓的中間，可以移動橢圓的位置。仔細調(diào)整橢圓的大小和位置，使其正好包圍住所有組織，如圖5-22所示。圖5-22 定義AOIn 測量珠光體相對含量選擇Measure菜單中Count/Size命令，出現(xiàn)Count/Size對話框。在Count/Size對話框中選擇Measure菜單中的Select Measurements命令，出現(xiàn)Select Measurements對話框。在左側Measurements的選擇框中，拖動滑塊向下，找到Per Area （Obj./Total）選項并單擊，在中間的Filter Ranges框中增加了Per Area （Obj./Total）測量項目。Per Area （Obj./Total）用于測量所選擇對象的面積與總面積的比值，該數(shù)值即為本例所需數(shù)據(jù)，如圖5-23所示。點擊OK按鈕關閉Select Measurements對話框。圖5-23 Select Measurements對話框點擊Count/Size對話框中的Options按鈕，對照圖5-24設置Count/Size Option。在Outline Style下拉框中選中Filled（填充），表示將用填充的方式來描繪所測量到的每個對象。在Label Style下拉框中選中None，表示不標記各個對象，因為本例中對象數(shù)目太多，如果標記會影響觀察效果。其他設置如圖進行，最后點擊OK按鈕關閉Count/Size Option對話框。圖5-24 定制Count/Size選項在Count/Size對話框中選擇Automatic Dark Objects測量方式（黑色為珠光體），點擊Count按鈕，副本圖像如圖5-25所示。5-25 計算后的副本圖像在Count/Size對話框中選擇View菜單中的Statistics命令，顯示測量后的統(tǒng)計信息，如圖5-26所示。與圖5-14不同，在圖5-26中多出了Per Area （Obj./Total）一項，在Sum欄中Per Area （Obj./Total）值為0.40314972，該值表明珠光體的比例為40.31%。已知珠光體的碳含量為0.8%，則該碳素鋼的碳含量為：0.8%40.31%=0.32%，非常接近35鋼的標準含碳量。圖5-26 測量后的統(tǒng)計結果從圖5-25可以看出，絕大多數(shù)珠光體區(qū)域被自動用紅色進行了填充，但少數(shù)區(qū)域內(nèi)部有一些白色孔洞，說明該區(qū)域沒有被計算成珠光體，這主要是由于圖像的質(zhì)量不夠所造成的，這個可以通過Count/Size對話框中Edit菜單中的相關命令來進行修改，具體操作這里不再詳述，請參考IPP軟件說明書。三、實驗設備及耗材1. 碳素鋼試樣一套。2. 待處理金相照片（光盤一張）。3. 數(shù)字式金相顯微鏡、計算機、Image-Pro Plus （IPP）軟件。四、實驗內(nèi)容1. 碳素鋼晶粒尺寸及晶粒度測量。2. 亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼平衡組織的珠光體相對含量測量及碳含量計算。五、實驗方案與技術路線1. 實驗步驟（1）碳素鋼晶粒度測量下圖為計算機模擬生成的奧氏體晶粒度照片，參考碳素鋼晶粒度測量方法，對圖中組織的晶粒度進行測量。為保證測量的客觀性，要求在下圖中選擇5個不同視場進行測量，并對5次測量結果進行誤差分析。注意下圖中給出了對應標尺，可以根據(jù)該標尺，應用IPP軟件直接對晶粒的尺寸進行測量，對照圖5-5也可以確定其晶粒度。請進行10次以上的測量，并對結果進行誤差分析，同時對比前一種方法所確定晶粒度的結果，并討論（選做）。（2）亞共析碳素鋼碳含量計算下表為亞共析碳素鋼平衡態(tài)組織照片及工藝，分別計算各自的碳含量，并與材料的標稱碳含量進行對比，對實驗結果進行討論。圖片材料