计算机图像处理技术在定量金相分析中的应用研究
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摘要
金属材料的显微组织直接影响到机械零件的性能和使用寿命，金相分析是控制机械零件内在质量的重要手段。在新材料、新工艺、新产品的研究开发中，在提高金属制品内在质量的科研工作中，都离不开金相分析技术。随着材料科学的发展，研究金属材料组织与其成分、性能和工艺之间的更为本质的相互关系便愈来愈显得重要。深入的研究是向定量化的方向发展。正因为如此，金属与合金组织特征参数的测量和计算就必不可少了。
近年来，计算机图像处理技术发展很快，在分析检测领域中的应用也越来越广泛。如何更好地利用图像处理技术来进行定量金相分析，是一个值得研究的课题。由于晶粒组织的大小是金属材料最重要的特征参数之一，它对金属材料几乎所有的性能和转变都产生重要的影响，在金属材料的研究和生产过程中，都十分重视对晶粒或组织大小的控制和评定。本文主要讨论了定量金相图像分析系统在晶粒度评定中的应用。具体地讲，主要内容如下：
（1） 综述了当前国内外在定量金相分析领域的最新发展情况，介绍了定量金相分析的一些基本概念和测量原理和方法，并结合图像处理技术的特点提出了晶粒度测量的方法。
（2） 讨论了图像处理的一些基本方法，并重点分析了本分析系统采用的图像处理方法，给出了扫描线种子填充算法原理和具体步骤。
（3） 为了提高测量精度，对测量系统进行了定标，对定标误差进行了分析，给出了定量分析的结果。
（4） 采用CCD摄取图像。并对图像进行了编辑、预处理、二值化、组织操作、图形操作等处理，测量出晶粒度。
（5） 采用Visual Basic和C语言编写了分析系统的测量软件，设计了各种图像处理模块，采用全汉化界面，鼠标加键盘操作，使用十分方便。
（6） 对试样分别进行了人工测量和图像处理测量，对测量结果进行了比较。结果表明，图像处理测量方法在测量速度、精确度、效率以及自动化程度方面优于人工测量方法。
（7） 对测量系统提出了一些改进意见。
The microcosmic structure of metal material directly influence to the capability and useful life of mechanism accessory. Metallography analyzing is the important means of controlling inhesion quality. The metallography analyzing technique play a important role in the such fields: the new material , the new technics , the new products and so on. With the development of material science, the researching the more essential connection between structure and component, capability, technics become more and more important. The deep research is quantitative analyzing.
So it is necessary to measure and calculate the parameter of alloy metal.
Recently Digital Image Process (DIP) develop rapidly and use more widely in analyzing measuring domain. It is worthy problem to research how to make use of computer image-process to analyzing material. The crystal granule size is one of the important character parameters of metal material. It has influence for all capabilities and changes of metal material. The people attach importance to control and assess the crystal granule size in the course of researching and producing. The article mainly discuss the application of Quantitative Metallography Analyzing System (QMAS) in the assess crystal granule size. Particular content includes:
(1) Summarize currently development of metallography analyzing in the world; Introduce to the basic conception and principle of Quantitative Metallography; Integrated DIP to give the means of measure the crystal granule size.
(2) Discuss some methods of DIP , especially the methods using in QMAS; Give the theory and steps of Scanning-line Seed Filling Method.
(3) To heighten precision, scale QMAS accurately by the line-grating and analysis the QMAS error and give the result quantitatively.
(4) Capture the image by CCD; Process the image (include editing, pretreatment, binaralizition, and so on); Calculate the crystal granule size.
(5) Write QMAS software by Visual Basic and C; Design some modules; Friendly interface and convenient operations.
(6) Compare QMAS and man-measurement system. The result appears that QMAS excel to man-measurement system in the fields of speed, precision, efficiency and automation.
(7) Give some further ideas to improve the QMAS.
近年来，计算机图像处理技术发展很快，在分析检测领域中的应用也越来越广泛。如何更好地利用图像处理技术来进行定量金相分析，是一个值得研究的课题。由于晶粒组织的大小是金属材料最重要的特征参数之一，它对金属材料几乎所有的性能和转变都产生重要的影响，在金属材料的研究和生产过程中，都十分重视对晶粒或组织大小的控制和评定。本文主要讨论了定量金相图像分析系统在晶粒度评定中的应用。具体地讲，主要内容如下：
（1） 综述了当前国内外在定量金相分析领域的最新发展情况，介绍了定量金相分析的一些基本概念和测量原理和方法，并结合图像处理技术的特点提出了晶粒度测量的方法。
（2） 讨论了图像处理的一些基本方法，并重点分析了本分析系统采用的图像处理方法，给出了扫描线种子填充算法原理和具体步骤。
（3） 为了提高测量精度，对测量系统进行了定标，对定标误差进行了分析，给出了定量分析的结果。
（4） 采用CCD摄取图像。并对图像进行了编辑、预处理、二值化、组织操作、图形操作等处理，测量出晶粒度。
（5） 采用Visual Basic和C语言编写了分析系统的测量软件，设计了各种图像处理模块，采用全汉化界面，鼠标加键盘操作，使用十分方便。
（6） 对试样分别进行了人工测量和图像处理测量，对测量结果进行了比较。结果表明，图像处理测量方法在测量速度、精确度、效率以及自动化程度方面优于人工测量方法。
（7） 对测量系统提出了一些改进意见。
The microcosmic structure of metal material directly influence to the capability and useful life of mechanism accessory. Metallography analyzing is the important means of controlling inhesion quality. The metallography analyzing technique play a important role in the such fields: the new material , the new technics , the new products and so on. With the development of material science, the researching the more essential connection between structure and component, capability, technics become more and more important. The deep research is quantitative analyzing.
So it is necessary to measure and calculate the parameter of alloy metal.
Recently Digital Image Process (DIP) develop rapidly and use more widely in analyzing measuring domain. It is worthy problem to research how to make use of computer image-process to analyzing material. The crystal granule size is one of the important character parameters of metal material. It has influence for all capabilities and changes of metal material. The people attach importance to control and assess the crystal granule size in the course of researching and producing. The article mainly discuss the application of Quantitative Metallography Analyzing System (QMAS) in the assess crystal granule size. Particular content includes:
(1) Summarize currently development of metallography analyzing in the world; Introduce to the basic conception and principle of Quantitative Metallography; Integrated DIP to give the means of measure the crystal granule size.
(2) Discuss some methods of DIP , especially the methods using in QMAS; Give the theory and steps of Scanning-line Seed Filling Method.
(3) To heighten precision, scale QMAS accurately by the line-grating and analysis the QMAS error and give the result quantitatively.
(4) Capture the image by CCD; Process the image (include editing, pretreatment, binaralizition, and so on); Calculate the crystal granule size.
(5) Write QMAS software by Visual Basic and C; Design some modules; Friendly interface and convenient operations.
(6) Compare QMAS and man-measurement system. The result appears that QMAS excel to man-measurement system in the fields of speed, precision, efficiency and automation.
(7) Give some further ideas to improve the QMAS.
引文
[1] 秦国友，定量金相，第1版，成都，四川科学技术出版社，1987年10月，1-336
[2] F.布赖恩 皮克林，刘嘉禾，钢的组织与性能，第1版，北京，科学出版社，1999年6月，23-40.
[3] 黄乾荛 李汉康 等， 高温合金，第1版，北京，冶金工业出版社.，2000年4月，67-80
[4] 毛卫民 赵新兵，金属的再结晶与晶粒长大，第1版，北京，冶金工业出版社，1994年6月，242-250
[5] 郑运荣 张德堂，高温合金与钢的彩色金相研究，第1版，北京，国防工业出版社，1999年7月，3-15.
[6] 沈桂琴，光学金相技术，第1版，北京，国防工业出版社，1983年11月，161-178
[7] 刘羽辉，金属材料物理性能检验标准工作手册，第1版，北京，技术标准出版社，1982年8月，44-61
[8] 上海市机械制造工艺研究所，金相分析技术，第1版，上海，上海科学技术文献出版社，1987年7月，792-805
[9] Stavros A. Argyropoulos, Measuring velocity in high-temperature metal, Scandinaian Journal of METALLURGY , Oct.2001, Vol.30 No.5, 273-276
[10] LI Wei-min, Structure parameters and function of hydraulic elastic bulging roller, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Apr.2001,Vol.11 No.2 ,342-345
[11] ZHANG Jian ,Calculating model of mass action concertraions for Ag-Au-Cu melts,RARE METALS,Mar.2002, Vol.21 No.1， 12-15
[12] Kenenth.R.Castleman，朱志刚 石定机 等，计算机图形学，第1版，北京，电子工业出版社，1998年9月，387-418
[13] 赵荣椿 赵忠明 等，数字图象处理导论，第1版，西安，西北工业大学出版社，1995年11月，74-103
[14] Donald Hearn, M.Panline Baker，蔡士忠 吴春榕 等，计算机图形学，第1版，北京，电子工业出版社，1998年4月，67-76
[15] 余松煜，数字图像处理，第1版，上海，上海科技文献出版社，1989年3月，78-85
[16] 崔屹，图象处理与分析--数学形态学方法与应用，第1版，北京，科学出版社，2000年4月，47-54
[17] 潘云鹤，计算机图形学--原理、方法与应用，第1版，北京，高等教育出版社，2001年1月33-43
[18] 何斌 马天宇 等，Visual C++ 数字图像处理，第1版，北京，人民邮电出版社，2001年4月，78-386
[19] 周长发，精通Visual C++图像编程，第1版，北京，电子工业出版社，2000年1月，343-375
[20] 吕凤军，数字图象处理编程入门--做一个自己的Photoshop，第1版，北京，清华大学出版社，1999年9月，112-118
[21] 阮秋琦，数字图像处理学，第1版，北京，电子工业出版社，2001年1月,180-232
[22] Schonfeld and Goutsias, Optimal Morphological Pattern Restoration From Noisy Binary Image,IEEE Trans. Pattern Analy.Machine Intell, Jan.1993, Vol.13 No.1, 34-36
[23] Astola and Neuvo, Image Processing, Version 1,New York,Marcel Dekker,Oct.1993 ,423-425
[24] Bloch and Maitre, Proc.Eurasip Workshop In Mathematical Morphology and Its Application To Signal Processing,Version 1,Boston Barcelona,May.1993, 214-218
[25] M.Bajura and H.Fuchs,Merging virtual Objects with the Real World:See Ultrasound Imagery Within the Patient,Computer Graphics,1992,Vol.26 No.2,203-210
[26] Don Murray and Basu,Motion Tracking with an Active Camera,IEEE Trans,1994,Vol.16 No.5,449-495
[27] Koskinen and Neuro, Analysis of Noise Attenuation In Morphological Image Processing,Proc.SPIE, 1991, Vol.1451 ,102-113
[28]Koskinen and Nwuvo, Soft Morphological Filters, Proc.SPIE, July.1991,Vol.1568,2622-2670
[29] 解振东，光学薄膜损伤测量技术的研究，硕士学位论文，重庆，重庆大学，1998年5月，27-35
[30]王静龙 濮晓龙 等，高等数理统计，第1版，北京，高等教育出版社，1998年7月，30-42
[31]陆璇，数理统计基础，第1版，北京，清华大学出版社，1998年9月，25-37
[32]姚景尹，概率统计，第1版，北京，兵器工业出版社，1995年8月，87-96
[33]李光明 杨谊 等，中文Visual Basic 6.0程序设计教程，第1版，北京，冶金工业出版社， 2002年1月，6-104
[34]谭浩强，C程序设计，第1版，北京，清华大学出版社，1991年7月，48-214
[35]曾玉明 苏贵洋 等，Visual C++.NET 实践与提高，第1版，北京，电子工业出版社，2002年4月，129-170
[36]黄维通，Visual C++面向对象与可视化程序设计，第1版，北京，清华大学出版社，2000年5月，38-60
[37]官章全 唐晓卫，Visual C++ 6.0 编程实例详解，第1版，北京，电子工业出版社，1999年11月，45-58
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