实验九碳钢晶粒度数字图像计算机分析
一、实验目的
1.了解金相显微照片图像处理的基本概念。
2.掌握图像处理软件Image-Pro Plus （IPP）的基本操作。
3.应用IPP软件进行碳素钢晶粒度测量以及碳含量的计算。
二、实验原理
图像就是单一或一组对象的直观表示。而图像处理就是对图像中包含的信息进行处理，使它具有更多的用途。数字图像处理就是用计算机进行的一种独特的图像处理方法。
在通过金相显微镜获得的照片中，包含材料许多有用的信息。对这些信息的处理，可以帮助我们获得进一步有用的信息，如晶粒尺寸大小、相的分布和相对含量、相的特征以及化学成分分布等。这些可以通过金相照片的计算机处理，确切地说，通过金相照片的数字图像处理来完成。
典型的金相照片数字图像处理过程包括以下5个步骤：
①图像采集：采用CCD摄像头通过显微镜专用接口与金相显微镜直接相连接，借助金
相显微镜的理想光源得到高清晰度的金相组织图像，然后通过图像采集设备将获得的数字化图像传输到计算机；
②图像预处理：消除噪声、校正失真，提高图像的质量，包括图像增强、图像校正、
图像滤波等；
③图像二值化处理：从多值的数字图像中取出对象物；
④图像平滑处理：消除图像中仍存在晶界与有效区域相连及杂质点等问题，对图像平
滑处理常用的方法有中值滤波法、掩膜滤波法、局部平均法等；
⑤图像模式识别：图像的形状特征的提取，边界轮廓的确定。
本实验采用Image-Pro Plus 6.0 （IPP6.0）进行金相照片处理。IPP6.0是一款功能强大和完善的图像分析软件，为图像采集、增强和分析提供了最先进的功能。其功能包括： z从照相机、显微镜、录像机或是扫描仪获取图像数据
z支持所有标准的图像文件格式，如TIFF、JPEG、BMP、TGA等等
z支持8、12、16位灰度及32位浮点图像文件。支持8位(调板)和24、36、48位彩图像文件。可应用和处理RGB、HIS、HSV或YIQ彩图像数据。
z使用强大的颜及对比度滤镜增强图像，包括快速傅立叶变换(FFT)、背景校正、形态及其他空间和几何操作。
z自动或手动跟踪和计算对象。测量对象属性，如：面积、角度、周长、直径、圆度及长宽比。可使用任意测量单位进行空间刻度校准。
z以数值、统计或图表(直方图和点状图)形式查看测量数据。并可将测量数据保存到磁盘上。
z可根据预定条件对测量数据进行排序和分类。可使用不同的彩对分类后的对象进行编码。
z可提取整幅图像、某一感兴趣区域、直线或线带区的光强度。然后使用IPP提供的标准强度或光密度校正曲线或自定义校正曲线进行强度测量。可按图形或表格方式
查看强度测量数据。并可将强度测量数据保存到磁盘上。
z用空间工具从静止图像中隔离感兴趣区域(AOI)以抽取特征，或用分隔工具按彩或强度值来抽取特征。
z从部分聚焦的源图像中合成为共聚焦的图像。
z从多份荧光取样中合成图像。
z可生成包括图像、测量数据、文本以及图片的报表。
z可使用Media Cybernetics公司最新的IQbase产品来管理图像。也可以创建图像缩略图库，以便于装载、定位和检索。
z Auto-Pro是一种能有效节省时间的功能强大的宏语言。使用Auto-Pro能自动地完成重复任务或对其进行定制，从而满足您的特定需求。还可在高级语言如Visual Basic和Visual C++中调用Auto-Pro的函数。能够将Auto-Pro与您的应用程序整visual basic pdf
合，以创建自定义的用户界面、进程以及I/O例程。
当IPP6.0启动后，其应用程序窗口便处于激活状态。应用程序窗口包括菜单栏、工具栏、图像窗口、工作区以及状态栏。
①菜单栏：菜单栏包含了所有IPP命令，这些命令可以从菜单栏上的菜单列表来选择。同大多数应用程序一样，在选择命令之前，必须确定命令的应用对象(例如，在选择命令之前，应确定已选择了此命令将要应用的图像数据)。
②工具栏：工具栏是位于屏幕顶端的按钮条。应用程序窗口的此位置包含了IPP最常用到的基本强度控制和成像工具。工具栏包括以下常用工具：
BCG控制
AOI工具
缩放和抓手工具
当光标移到按钮上时，将出现黄简短的描述该按钮功能的提示信息。如果未出现提示信息，则表明该按钮/功能不可应用于当前图像。
③图像窗口：在工作区内，不同的图像始终位于相互隔离的窗口之内。一个图像窗口仅包含一幅图像。但可同时打开多个图像进行处理。此时，IPP仅对活动窗口内的图像执行选定的
操作。活动图像窗口始终位于工作区的最前端，并且其窗口标题栏处于突显状态。
④工作区：工作区是IPP执行其功能的桌面工作空间。图像窗口、对话框、及IPP生成的分析结果都将显示在工作区中。IPP的工作区被限制在顶端的菜单栏和工具组及底端的状态栏之间。
⑤状态栏：状态栏是位于屏幕底端的一条信息显示带。它显示当前活动图像的相关信息，如校准和空间分辨率等。它还显示当前IPP的操作信息和系统可用内存等信息。可使用相关设置来更改控制状态中要显示的信息。
3. 碳素钢晶粒度测量
根据GB/T6394-2002《金属平均晶粒度测定法》中的规定，金属晶粒度的测量方法包括对比法、面积法和截点法。本例采用钢的晶粒度等级标准图谱其中的一张（图1），通过计算每mm2中晶粒数，对比晶粒度等级与晶粒尺寸关系（图2），确定该图谱所对应材料的晶粒度。已知图5-4所示面积为0.25mm2，放大倍数100倍。
图1  钢的晶粒度等级标准图谱
图2  晶粒度等级与晶粒尺寸图
装入图像
从File菜单中选择Open命令。出现Open File对话框，到Grain Size（在本实验
所提供的光盘中可以到该文件夹）文件夹，如图3所示。
图3  打开文件
选择GrainSize05.jpg文件，并选择打开按钮。IPP6.0在其图像窗口中打开
GrainSize05.jpg图像，如图4所示。
图4  在IPP6.0中被打开的GrainSize05.jpg文件
复制和粘贴
从Edit菜单中选择Copy命令，图像被复制到剪贴板中。再从Edit菜单中选择Past New 命令，剪贴板中的图像被粘贴到标题为Untitled001的窗口中，从而生成了一个原始图像的副本，如图5所示。随后的任何变化处理都将仅限于此图像副本，不要对原图像有任何修改。
图5  所生成的Untitled001副本
计算对象
由于晶粒度标准图谱中的图像边界清晰、对比度适当，故对于本例不需要进行图像增强处理。对图像增强处理的操作请参考IPP6.0软件说明书。
选择Measure菜单中Count/Size命令，出现Count/Size对话框，如图6所示。
图6  Count/Size对话框
检查你所打开的Count/Size对话框中所对应的设置是否与图5-9中的设置一致（包括
单选按钮和复选按钮）。如前所述，本例中需处理的图像质量较佳，这里采用自动测量方法。在Intensity Range Selection区域选中Automatic Bright Objects，表示自动计算图5-8中的白区域。图5-8中每个独立的白区域代表着一个晶粒，通过统计白区域的个数，即可统计晶粒的个数。
点击Count/Size对话框中Options按钮，出现Count/Size Option对话框，如图7所示。
图7  Count/Size Option对话框
对照图7设置Count/Size Option。在Outline Style下拉框中选中Outline（轮廓线），表示将用轮廓线的方式来描绘所测量到的每个白区域。点击Choose Color按钮会弹出颜选择对话框，在这里可以选择绘制轮廓线的线条颜，图5-10中选择了红来绘制轮廓线。在Label Style下拉框中选中Object #，表示用对象编号来标记各个白区域。对象编号由系统自动生成，从1开始编号。在图7中还可以改变对象编号的颜，这里选择了绿。点击OK按钮返回到Count/Size对话框，在Count/Size对话框中选择Count按钮，开始进行测量。完成测量后的Count/Size对话框及Untitled001副本如图8和图9所示。
图8  完成测量后的Count/Size对话框

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