專利名稱：鋼中非金屬夾雜物定量分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼中非金屬夾雜物定量分析的方法，屬材料物理性質(zhì)檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
夾雜物含量是鋼潔凈度的標(biāo)志，鋼中夾雜物的數(shù)量、尺寸、類型、分布顯著影響鋼的性能。故鋼中非金屬夾雜物的定量檢測對機(jī)械、汽車、航空航天等諸多行業(yè)用鋼有著至關(guān)重要的作用。
已經(jīng)報(bào)道的直接檢測夾雜物的方法大致有金相法、電解法和光譜分析法三種光譜分析法是用火花光譜儀來實(shí)現(xiàn)的，給出的結(jié)果可以提供鋼中夾雜物的數(shù)量和類型信息，但目前技術(shù)還不夠成熟，未達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的程度；電解法是通過電解，使夾雜物與鋼分離，然后經(jīng)過濾提取、稱量以及粒度、化學(xué)組成分析，給出鋼中夾雜物類型、含量和粒度分布信息。電解法所用試樣較大，一般幾千克到十幾千克，分析結(jié)果為試樣中夾雜物的平均含量。此法操作步驟繁瑣，一組試樣的分析過程耗時(shí)長達(dá)20天以上，過濾提取時(shí)對顯微夾雜不可避免會有遺漏，并且無法給出夾雜物在鋼中的分布信息，多用于冶金過程宏觀夾雜物的研究。目前檢測鋼材中的夾雜物國內(nèi)國際普遍采用的是金相法，它是通過金相顯微鏡，直接觀察拋光的樣品表面，對比標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行夾雜物評定的一種方法。其優(yōu)點(diǎn)是可以直觀地檢測出夾雜物的尺寸、類型和數(shù)量等特性，適當(dāng)?shù)娜涌梢缘玫綂A雜物在鋼材中的分布信息，還可以觀察到極細(xì)小的夾雜物。金相法的缺點(diǎn)一是手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低。二是長時(shí)間觀測顯微鏡，眼睛容易疲勞，也容易導(dǎo)入觀測誤差。并且分析結(jié)果受操作者的學(xué)識、經(jīng)驗(yàn)以及心理狀態(tài)等因素影響，難以做到真正標(biāo)準(zhǔn)化和定量化。三是金相法借助顯微鏡在放大到百倍以上觀察，單個(gè)視場面積小，對分布不均勻的較大夾雜物，測得夾雜物的特性結(jié)果在很大程度上有偶然性，在某些應(yīng)用中會夸大細(xì)小夾雜物的危害。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)了夾雜物的圖象分析方法。該方法的分析步驟是采集若干幅夾雜物的金相模擬圖象，經(jīng)數(shù)字轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行測量和分析給出夾雜物的評定結(jié)果。該方法避免了人為的測量誤差。但主要問題是能夠一次處理的視場圖象數(shù)量較少，且無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)無遣漏自動(dòng)采集視場圖象，上述金相法的缺點(diǎn)未能有效克服。同時(shí)對夾雜物的定量僅限于按“GB10561-1989鋼中非金屬含量的測定-標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗(yàn)法”評定級別，分析結(jié)果較單一。
非金屬夾雜物在鋼中的分布往往是不均勻的，夾雜物對鋼性能的影響也表現(xiàn)在夾雜物的數(shù)量、尺寸、類型、分布等多個(gè)方面，關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，當(dāng)今主要工業(yè)國家的評價(jià)方法標(biāo)準(zhǔn)也存在較大的區(qū)別，試圖用對少量視場的測定和一個(gè)統(tǒng)一的定義來描述鋼中夾雜物的含量，滿足夾雜物的冶金材料學(xué)研究以及鋼材質(zhì)量評價(jià)的需要是困難的和不切實(shí)際的。本發(fā)明提出了一種可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掃描采集圖像、給出基于大量視場統(tǒng)計(jì)和多個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)測量分析的、采用顯微檢驗(yàn)法評定鋼中非金屬夾雜物含量的自動(dòng)圖像分析方法，以滿足冶金材料研究和機(jī)械、汽車結(jié)構(gòu)用鋼檢測的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有夾雜物分析方法中存在的缺陷而提供一種鋼中非金屬夾雜物自動(dòng)定量分析方法。
解決上述技術(shù)問題的方案是本發(fā)明的基本原理是將光學(xué)圖象數(shù)字化，利用計(jì)算手段得到更復(fù)雜、更精確的分析結(jié)果。它把定量金相分析與自動(dòng)控制、圖象處理技術(shù)融合到一起，形成自動(dòng)圖象分析技術(shù)。
一種鋼中非金屬夾雜物定量分析方法，它將金相顯微鏡、自動(dòng)載物臺與攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)連接，由攝像機(jī)從金相顯微鏡中采集夾雜物圖像送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理，實(shí)現(xiàn)對夾雜物的識別以及參數(shù)測量，將測量結(jié)果用定量模型計(jì)算或與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對比分析，給出定量評定結(jié)果，其過程按以下步驟進(jìn)行a.系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)定和校準(zhǔn)包括初始化參數(shù)的設(shè)定、系統(tǒng)標(biāo)尺及放大倍數(shù)的設(shè)定以及自動(dòng)載物臺的測試；b.自動(dòng)掃描采集圖像由計(jì)算機(jī)控制載物臺在X-Y軸方向上按預(yù)設(shè)條件掃描樣品表面，連續(xù)無遺漏地自動(dòng)依次掃描視場，并按邏輯順序控制顯微鏡在Z軸方向上的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦，采集視場圖像；c.夾雜物自動(dòng)提取對采集的圖象進(jìn)行亮度、色度、飽和度以及對比度的漏節(jié)和消除圖象陰影的均光校正，然后采用灰度閾值分割法和聚類技術(shù)，根據(jù)對象邊界的空間及亮度的連續(xù)性獲得物體分類，進(jìn)行各種結(jié)構(gòu)狀態(tài)鋼中夾雜物的自動(dòng)識別；d.自動(dòng)圖象分析調(diào)取計(jì)算機(jī)中存儲的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)圖譜和面積百分含量、當(dāng)量面密度等定量模型，分析分割圖象的定量參數(shù)，給出長、寬、面積、個(gè)數(shù)的測量結(jié)果，依據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，給出定量評定結(jié)果；e.生成報(bào)告根據(jù)用戶要求生成基于各國標(biāo)準(zhǔn)的評定報(bào)告，或不同的定量結(jié)果，也可將原始測量結(jié)果轉(zhuǎn)到EXCEL下處理；f.文件存儲、打印。采集的圖像組以*.fov格式存儲，單個(gè)圖像也可以用*.bmp文件格式存儲，兩種格式的文件在操作界面可以任意導(dǎo)入和導(dǎo)出，生成的報(bào)告則以word或excel格式保存。
上述鋼中非金屬夾雜物定量分析方法，所述系統(tǒng)初始化參數(shù)為索引個(gè)數(shù)、索引容量、攝像頭類型和載物臺類型；所述系統(tǒng)標(biāo)尺及放大倍數(shù)的設(shè)定為標(biāo)定數(shù)字圖象每象素的真實(shí)大??；所述自動(dòng)載物臺的測試為，載物臺的行走是否與攝像頭采集芯片陣列平行，并計(jì)算載物臺步進(jìn)電機(jī)步數(shù)與采集圖象的象素間比例關(guān)系，求得等效步數(shù)，把等效步數(shù)填入三軸自動(dòng)采集的設(shè)置對話框中，完成系統(tǒng)設(shè)定校準(zhǔn)。
上述鋼中非金屬夾雜物定量分析方法，所述計(jì)算載物臺步進(jìn)精度以及平行誤差采用圖像匹配技術(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，回程誤差通過冗余行走來消除。
上述鋼中非金屬夾雜物定量分析方法，所述圖象采集可采用擴(kuò)展圖象采集，所述擴(kuò)展圖象采集采用自動(dòng)載物臺控制，進(jìn)行自動(dòng)聚焦、景深擴(kuò)展采集、或擴(kuò)展視野的圖象拼接采集，以及自動(dòng)行走的掃描采集。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.實(shí)現(xiàn)了鋼中非金屬夾雜物金相圖象的全自動(dòng)掃描聚焦集采集，提供了大面積掃描樣品的可能；2.通過自動(dòng)測量直接給出各種結(jié)構(gòu)狀態(tài)鋼材的鋼中夾雜物的面積百分含量、當(dāng)量面密度、尺寸分布等潔凈度評定指標(biāo)，大大提高了夾雜物分析的精度和效率；3.采用多國標(biāo)準(zhǔn)集成化設(shè)計(jì)，解決了鋼中非金屬夾雜物各國標(biāo)準(zhǔn)評定結(jié)果無可比性的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了鋼中非金屬夾雜物多國標(biāo)準(zhǔn)評定結(jié)果的相互轉(zhuǎn)換。


圖1是本發(fā)明的操作流程圖；圖2是本發(fā)明所用裝置的電原理框圖；圖3是本發(fā)明所用裝置組成簡圖；圖4是本發(fā)明所用裝置的電原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所用裝置包括計(jì)算機(jī)1、電機(jī)控制器2、顯微鏡自動(dòng)載物臺3、數(shù)字?jǐn)z像頭4等部件、顯微鏡5、顯微鏡調(diào)焦接口8、(調(diào)焦)步進(jìn)電機(jī)9、X軸步進(jìn)電機(jī)10、Y軸步進(jìn)電機(jī)11。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明采取了如下技術(shù)內(nèi)容1.使用圖像縫合和多視場(可多于60個(gè))統(tǒng)計(jì)技術(shù)；2.為確保連續(xù)采集圖象要使用自動(dòng)載物臺，并通過軟件控制自動(dòng)載物臺行走；3.在軟件中直接給出不同定義的夾雜物含量定量結(jié)果，同時(shí)提供豐富的夾雜物參數(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；4.軟件中包含多國夾雜物評定標(biāo)準(zhǔn)，各國標(biāo)準(zhǔn)評定結(jié)果可以相互轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明采用的定量分析步驟分為系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)定和校準(zhǔn)、自動(dòng)掃描、圖象采集、夾雜物提取、圖象分析、生成報(bào)告和文件存儲，下面分別說明。
系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)定和校準(zhǔn)包括初始化參數(shù)的設(shè)定、系統(tǒng)標(biāo)尺及放大倍數(shù)的設(shè)定以及自動(dòng)載物臺的測試。系統(tǒng)初始化參數(shù)是在圖象分析儀開始運(yùn)行前要初始化的參數(shù)，包括索引個(gè)數(shù)、索引容量、攝像頭類型和載物臺類型。系統(tǒng)標(biāo)尺的作用是標(biāo)定數(shù)字圖象每象素的真實(shí)大小，用于圖象的定量測量。自動(dòng)載物臺測試的作用是測試載物臺的行走是否與攝像頭采集芯片的陣列平行，并計(jì)算載物臺步進(jìn)電機(jī)步數(shù)與采集圖象的象素的比例關(guān)系，得到等效步數(shù)，把等效步數(shù)填入到三軸自動(dòng)采集的設(shè)置對話框中，以上工作完畢后，系統(tǒng)設(shè)定校準(zhǔn)完成。
上述方案中多視場掃描和自動(dòng)聚焦是核心部分，它要求對整個(gè)檢驗(yàn)面進(jìn)行不遺漏、不重疊的自動(dòng)掃描，并能對每一視場自動(dòng)聚焦獲取清晰的金相圖象。
這就要求本發(fā)明的裝置必須達(dá)到
①對齊。顯微鏡的攝像頭接口必須保持安置其上的傳感器與顯微鏡的光軸垂直，傳感器的邊緣必須與自動(dòng)載物臺的行進(jìn)方向平行，或通過精密調(diào)諧用軟件校正。
解決的方法是對齊中的傳感器與顯微鏡光軸垂直的要求需要由硬件的精度來保證，而平行性要求可以通過調(diào)節(jié)接口角度來實(shí)現(xiàn)。實(shí)際中，要想達(dá)到完全的平行是不可能的，一是角度調(diào)整為0度角很難，二是在載物臺運(yùn)行過程中會產(chǎn)生平行誤差，因此，在軟件設(shè)計(jì)中要對平行性誤差有一定的包容性，可以檢測一定范圍內(nèi)的誤差，從而在圖象匹配中進(jìn)行調(diào)節(jié)。
②行走策略。無論加工精度如何高，所有自動(dòng)載物臺都是有一定誤差的，這包括步進(jìn)誤差、平行誤差和回程誤差等，可根據(jù)相應(yīng)硬件提供的誤差范圍利用第一點(diǎn)中闡述的對齊方法，在軟件中對其進(jìn)行容錯(cuò)性計(jì)算，消除步進(jìn)誤差和平行誤差影響。對于回程誤差，這是自動(dòng)載物臺機(jī)械結(jié)構(gòu)固有的誤差，它是由載物臺的絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的空隙產(chǎn)生的，如果使用在自動(dòng)掃描中，就會產(chǎn)生行與行間的錯(cuò)位現(xiàn)象，因此如何消除回程誤差的影響也是很重要的一點(diǎn)，可通過冗余行走，完全消除回程誤差。由軟件邏輯使市售載物臺步進(jìn)精度達(dá)到1微米，絕對定位精度達(dá)到3微米，滿足當(dāng)前應(yīng)用需要。具體行走方式是，在開始掃描前，先沿反方向運(yùn)行，并返回起始點(diǎn)，消除前端的空程，然后開始行走，在每行掃描完畢后返回行首，并再次反向運(yùn)行，使空程提前，消除回程誤差。
③圖象匹配。圖像匹配是指通過計(jì)算兩幅圖像間的相似度或其距離測度，以達(dá)到圖像識別或圖像定位目的的過程。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，圖像匹配已成為現(xiàn)代數(shù)字圖象處理領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)。在這里我們運(yùn)用圖象匹配技術(shù)于圖象的定位測量，用于校準(zhǔn)載物臺的步進(jìn)精度以及平行誤差。載物臺在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的誤差可以通過圖象匹配進(jìn)行校準(zhǔn)，以改善載物臺的運(yùn)行精度。圖象匹配成功可以準(zhǔn)確的計(jì)算出載物臺運(yùn)行過程中的平行誤差和步進(jìn)誤差，進(jìn)而消除其影響，并有效控制載物臺的運(yùn)行過程，并且通過圖象匹配可以獲得視場大小與控制命令之間的精確關(guān)系，從而進(jìn)行精確的位置行走控制。
在圖象匹配時(shí)，我們使用微分圖象進(jìn)行子區(qū)域匹配，可是由于不完美的圖象采集條件，圖象重合性判斷是不可靠的，基于最大灰度互相關(guān)的匹配算法由于具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能有效的解決這個(gè)問題。
④自動(dòng)聚焦?？赏ㄟ^計(jì)算被觀察視場的光學(xué)圖像的特征，估計(jì)焦平面可能的位置。首先要有一個(gè)函數(shù)可以根據(jù)圖象信息計(jì)算出焦平面的位置，選用點(diǎn)擴(kuò)散方程h(x，y)＝k2hn(kx，ky)點(diǎn)擴(kuò)散方程適用于散焦而不散光的圖象系統(tǒng)，其中hn(x，y)是系統(tǒng)的相關(guān)方程，k是比例系數(shù)，與散焦程度成正比，整個(gè)表達(dá)式是一個(gè)自相似的方程。從計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)用于預(yù)測的圖象距離焦平面小于0.2mm時(shí)，本算法很好的估計(jì)出焦平面的位置，隨著距離的增大，誤差也變大。我們采用三點(diǎn)線性預(yù)測法完整地解決了自動(dòng)聚焦的魯棒性難題。我們等焦距采集3幅任意圖象，從其微分直接計(jì)算可靠的試探區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)再采集任意圖象，即可準(zhǔn)確定出焦平面。
在用計(jì)算機(jī)作數(shù)字圖像采集時(shí)，可充分利用計(jì)算機(jī)處理數(shù)字信號的高速度和靈活性，隨著計(jì)算機(jī)硬件和數(shù)字圖像技術(shù)的飛速發(fā)展，圖像的實(shí)時(shí)處理已成為可能。計(jì)算機(jī)通過鏡頭和CCD采集到的一系列數(shù)字圖像，估算焦距位置，并控制物鏡移動(dòng)到合適位置。
這種方法的優(yōu)點(diǎn)是第一，調(diào)焦更加智能化，聚焦判據(jù)更加靈活和多樣?；谀M圖像的聚焦檢測方法只利用被測物和背景之間的對比度(輪廓邊緣的梯度)作為判斷是否成像清晰的判據(jù)。而通過數(shù)字圖像處理，不僅可以利用梯度信息，還可以提取圖像中各種其它的有效信息進(jìn)行判斷，例如頻率、相位等。對于具高頻信息的圖像，一般而言，對焦越準(zhǔn)確，圖像信號的頻率越高，邊緣越尖銳；離焦時(shí)則頻率降低，邊緣相對平滑。此外，由于計(jì)算機(jī)處理圖像的靈活性，可以針對不同的使用要求，選擇不同的判據(jù)進(jìn)行調(diào)焦。例如，若僅關(guān)注的目標(biāo)只是圖像中的某一個(gè)局部，而不是整幅圖像的清晰度，這時(shí)應(yīng)針對這一局部進(jìn)行處理和提取判據(jù)，用該局部的對比度(邊緣梯度)作為調(diào)焦的依據(jù)。
第二，利用計(jì)算機(jī)可很方便地對運(yùn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，從而避開復(fù)雜的調(diào)焦電路和機(jī)構(gòu)。計(jì)算機(jī)接口和總線技術(shù)已經(jīng)非常成熟，通過軟件給出控制信號，直接控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)物鏡的運(yùn)行，不僅靈活方便，響應(yīng)速度符合調(diào)焦要求，還能大大簡化電路和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
焦平面確定由圖象采集模塊完成計(jì)算機(jī)接受到電機(jī)控制完成反饋信號后，控制攝像頭采集顯微鏡中的顯微圖象，并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中；計(jì)算機(jī)是運(yùn)行自動(dòng)聚焦軟件的平臺，由計(jì)算機(jī)控制攝像頭采集視場，控制顯微鏡調(diào)焦動(dòng)作，通過采集不同焦距的圖象，根據(jù)不同位置的視場圖象特征計(jì)算顯微鏡焦平面位置，移動(dòng)載物臺到焦平面位置，實(shí)現(xiàn)聚焦。
自動(dòng)掃描和聚焦過程可參看圖1、圖2，從圖中可以看到，顯微鏡自動(dòng)載物臺3與電機(jī)控制器2連接。電機(jī)控制器2采用WJY-1型多軸控制器，它包含通訊模板2-1、輸出模板2-2、輸入模板2-3。輸出模板2-2的輸出端口X1、X2、Y1、Y2連接到步進(jìn)電機(jī)10、11上，顯微鏡自動(dòng)載物臺3的移動(dòng)由分別由X軸步進(jìn)電機(jī)10和Y軸步進(jìn)電機(jī)11帶動(dòng)，使顯微鏡自動(dòng)載物臺3絲杠沿X或Y方向行進(jìn)。輸入模板2-3的輸入端口X1、X2、Y1、Y2端連接控制鍵K1、K2，由它輸入手動(dòng)控制信號。通訊模板2-1采用串行通信端口，它連接到計(jì)算機(jī)1的串口，數(shù)字?jǐn)z像頭4連接到顯微鏡的攝像接口上，通過數(shù)據(jù)線連接到計(jì)算機(jī)1插槽中的圖像采集卡，計(jì)算機(jī)1是控制數(shù)字?jǐn)z像頭4、圖像采集卡、并運(yùn)行自動(dòng)掃描軟件的平臺。
顯微鏡調(diào)焦接口8連接步進(jìn)電機(jī)9，電機(jī)控制器2輸出模板2-2的輸出端口Z1、Z2連接到步進(jìn)電機(jī)9上，輸入模板2-3的輸入端口Z1、Z2端連接一個(gè)控制鍵K3，由它輸入點(diǎn)動(dòng)控制信號，完成手動(dòng)控制。調(diào)焦時(shí)，由步進(jìn)電機(jī)9帶動(dòng)顯微鏡的調(diào)焦旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)焦距。電機(jī)控制器2控制步進(jìn)電機(jī)9的正反轉(zhuǎn)，調(diào)整轉(zhuǎn)速等。
電機(jī)控制器2的功能是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向、電機(jī)轉(zhuǎn)速等，其控制過程如下自動(dòng)控制模式由電機(jī)控制器2的串行通信端口連接到計(jì)算機(jī)1的串口，計(jì)算機(jī)1發(fā)出控制指令，通過串口傳輸給電機(jī)控制器2，電機(jī)控制器2通過它的控制電路把計(jì)算機(jī)1指令轉(zhuǎn)換為電機(jī)控制信號，由輸出端口送至步進(jìn)電機(jī)9、10、11上，步進(jìn)電機(jī)按指令運(yùn)行，控制完成發(fā)送反饋信號到計(jì)算機(jī)1。
手動(dòng)控制模式它可以手動(dòng)發(fā)送控制指令給電機(jī)控制器2，由電機(jī)控制器2控制步進(jìn)電機(jī)正反向運(yùn)轉(zhuǎn)。
計(jì)算機(jī)1是運(yùn)行自動(dòng)掃描控制軟件的平臺，用于計(jì)算一個(gè)視場范圍的等效步長，它控制攝像頭采集視場，控制自動(dòng)載物臺動(dòng)作，根據(jù)不同位置的視場圖像特征計(jì)算相鄰兩個(gè)視場的重疊區(qū)域，計(jì)算出一個(gè)視場大小所對應(yīng)的控制電機(jī)的控制指令(步進(jìn)電機(jī)的步數(shù))，保存按視場位移的電機(jī)指令參數(shù)，進(jìn)行掃描時(shí)自動(dòng)使用表示視場大小的電機(jī)指令。調(diào)焦控制過程與掃描過程基本相同，不再贅述。
本發(fā)明采用的其它部件型號為步進(jìn)電機(jī)-STONE 28BYG25B型；數(shù)字?jǐn)z像頭-PL-661A型數(shù)字CCD攝像機(jī)，1394火線接口；計(jì)算機(jī)—通用PC機(jī)。
圖象分析應(yīng)用圖象分析儀進(jìn)行非金屬夾雜物定量測量，是依靠圖象分析系統(tǒng)的分割和測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。Sisc IAS圖象分析儀具有獨(dú)特高效的聚類技術(shù)，對二值圖像一遍掃描即可得出所有連接形式的對象分類。Sisc IAS提供兩種分割方式SGICT(Simultaneous Global-Incremental ConfinedThresholding)和ODCB(Object Defining through Continued Boundary)。前者本質(zhì)上是灰度閾值分割，但是由于上述聚類技術(shù)，整個(gè)圖像的灰度閾值劃分和局部圖像自適應(yīng)修正得以同時(shí)進(jìn)行，并且隨時(shí)更新對象編碼。后一種分割方式顯式地?cái)?shù)量化地利用對象邊界的空間和亮度的連續(xù)性獲得物體分類，應(yīng)用于復(fù)雜圖像的分割。
非金屬夾雜物在顯微圖象中表現(xiàn)為較暗的條狀物或粒狀物，使用基本的灰度閾值分割即可得到很好的分割效果，對于不同類型的目標(biāo)使用不同的掩模，可以直觀的把不同夾雜區(qū)分開，另外在測量計(jì)算時(shí)也可以區(qū)分開不同的夾雜物類型，分別計(jì)算。在非金屬夾雜物的測量中，有兩個(gè)不同的方面，一個(gè)是所有夾雜物的單顆粒幾何參數(shù)測量，用于進(jìn)行夾雜物的總體統(tǒng)計(jì)；一個(gè)是根據(jù)不同的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的特定參數(shù)測量，用于相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的分類評級。對于夾雜物的個(gè)體幾何參數(shù)測量，我們主要考慮了包括長、寬、面積、等積圓直徑等常用參數(shù)，并將這些基本參數(shù)轉(zhuǎn)化成各種夾雜物數(shù)量和分布信息，用于不同應(yīng)用場合的潔凈度評價(jià)。
另外，對于與檢測標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)的非金屬夾雜物的參數(shù)測量，我們要參照相應(yīng)的金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，對于不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的測量要求，要根據(jù)不同的測量要求，選擇不同的測量方法，進(jìn)行相應(yīng)的測量。在各種檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中，我們選擇了GB(國家標(biāo)準(zhǔn))、ASTM(美國標(biāo)準(zhǔn))、JIS(日本標(biāo)準(zhǔn))、DIN(德國標(biāo)準(zhǔn))和ISO(國際標(biāo)準(zhǔn))等金相測量標(biāo)準(zhǔn)，這主要是為了適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展趨向，因?yàn)檫@些代表了當(dāng)今世界夾雜物檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的最高水平，采用相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)有利于提高企業(yè)的技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量水平，使產(chǎn)品更具有國際競爭力。同時(shí)，把這幾種檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法綜合到一起，有利于分析比較，實(shí)現(xiàn)各國標(biāo)準(zhǔn)評定結(jié)果間的相互轉(zhuǎn)換，解決了鋼材檢測中夾雜物檢測項(xiàng)目無國際間通用方法帶來的困難。
下面分別針對各不同檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，說明其測量內(nèi)容1.日本標(biāo)準(zhǔn)JIS G0555，要測量的參數(shù)是面積，再求出面積百分比。前面已經(jīng)說明，面積的計(jì)算就是其象素?cái)?shù)乘以每象素代表的面積的比例系數(shù)即可，而計(jì)算面積百分比，又可把比例系數(shù)抵消，因此，只需要計(jì)算出分割對象的象素?cái)?shù)與視場圖象的總象素?cái)?shù)比值即可。
2.國家標(biāo)準(zhǔn)GB10561，要測量每一類夾雜物的總長度、平均寬度以及每類夾雜物的個(gè)體數(shù)量，作為評級的依據(jù)。
3.美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM E45，測量項(xiàng)目與國家標(biāo)準(zhǔn)相同，但其評級的參數(shù)分段有所不同。
4.國際標(biāo)準(zhǔn)ISO4967，測量項(xiàng)目與國家標(biāo)準(zhǔn)相同，評級的參數(shù)分段不同。
5.德國標(biāo)準(zhǔn)DIN50602，測量項(xiàng)目與國家標(biāo)準(zhǔn)相同，然后使用這些參數(shù)求出夾雜物的尺寸系數(shù)，用于最后計(jì)算特征值。
由上面的說明中可以看出，除了日本標(biāo)準(zhǔn)稍有不同之外，其它標(biāo)準(zhǔn)的測量項(xiàng)目基本完全一致，只是最后評定的時(shí)候所使用的閾值不同，因此在進(jìn)行參數(shù)測量過程中可以使用相同的算法實(shí)現(xiàn)。
為了進(jìn)行圖象的測量工作，要對采集到的數(shù)字圖象的放大比例進(jìn)行標(biāo)定，由于數(shù)字圖象的離散化過程是在X、Y方向分別進(jìn)行的，因此對一個(gè)確定的圖象采集系統(tǒng)要使用一個(gè)帶有刻度的標(biāo)尺放置在系統(tǒng)的目標(biāo)位置，并使標(biāo)尺處于X方向和Y方向分別進(jìn)行圖象采集，然后根據(jù)標(biāo)尺中刻度的數(shù)值以及相應(yīng)方向上與其長度對應(yīng)的象素的數(shù)量，可以計(jì)算出該方向上每象素代表的實(shí)際長度。再進(jìn)行測量時(shí)，只要對該方向的計(jì)量值乘以放大比例系數(shù)，即可得到真實(shí)的參數(shù)值。
在人工檢驗(yàn)中，一般要對試樣的擺放方向做出規(guī)定，一般是要求使夾雜物的延展方向沿豎直方向擺放，其主要目的是使之與標(biāo)準(zhǔn)圖譜相一致，這樣便于比較評級。在圖象分析儀對夾雜物的自動(dòng)測量中，我們同樣規(guī)定了要把夾雜物豎直擺放的要求，以降低算法復(fù)雜度。
鋼中非金屬夾雜物數(shù)字圖像自動(dòng)分析技術(shù)開發(fā)，不僅大大提高了分析檢測工作的效率，而且更大程度上提高了檢驗(yàn)結(jié)果的精度，適應(yīng)了不同目的對夾雜物檢測的個(gè)性化要求，滿足了鋼鐵材料和冶金工藝研究的需要，有利于企業(yè)研發(fā)自主核心技術(shù)。同時(shí)該技術(shù)突破了世界各國關(guān)于鋼中非金屬夾雜物顯微評定方法標(biāo)準(zhǔn)之間無可比性的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了各標(biāo)準(zhǔn)間方便地選用和互換。有利于促進(jìn)國際交流，推動(dòng)企業(yè)科技進(jìn)步。
權(quán)利要求
1.一種鋼中非金屬夾雜物定量分析方法，其特征在于，它將金相顯微鏡、自動(dòng)載物臺與攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)連接，由攝像機(jī)從金相顯微鏡中采集夾雜物圖像送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理，實(shí)現(xiàn)對夾雜物的識別以及參數(shù)測量，將測量結(jié)果用定量模型計(jì)算或與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對比分析，給出定量評定結(jié)果，其過程按以下步驟進(jìn)行a.系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)定和校準(zhǔn)包括初始化參數(shù)的設(shè)定、系統(tǒng)標(biāo)尺及放大倍數(shù)的設(shè)定以及自動(dòng)載物臺的測試；b.自動(dòng)掃描采集圖像由計(jì)算機(jī)控制載物臺在X-Y軸方向上按預(yù)設(shè)條件掃描樣品表面，連續(xù)無遺漏地自動(dòng)依次掃描視場，并按邏輯順序控制顯微鏡在Z軸方向上的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦，采集視場圖像；c.夾雜物自動(dòng)提取對采集的圖象進(jìn)行亮度、色度、飽和度以及對比度的調(diào)節(jié)和消除圖象陰影的均光校正，然后采用灰度閾值分割法和聚類技術(shù)，根據(jù)對象邊界的空間及亮度的連續(xù)性獲得物體分類，進(jìn)行各種結(jié)構(gòu)狀態(tài)鋼中夾雜物的自動(dòng)識別；d.自動(dòng)圖象分析調(diào)取計(jì)算機(jī)中存儲的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)圖譜和面積百分含量、當(dāng)量面密度等定量模型，分析分割圖像的定量參數(shù)，給出長、寬、面積、個(gè)數(shù)的測量結(jié)果，依據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，給出定量評定結(jié)果；e.生成報(bào)告根據(jù)用戶要求生成基于各國標(biāo)準(zhǔn)的評定報(bào)告，或不同的定量結(jié)果，也可將原始測量結(jié)果轉(zhuǎn)到EXCEL下處理；f.文件存儲、打印。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之鋼中非金屬夾雜物定量分析方法，其特征在于，所述系統(tǒng)初始化參數(shù)為索引個(gè)數(shù)、索引容量、攝像頭類型和載物臺類型；所述系統(tǒng)標(biāo)尺及放大倍數(shù)的設(shè)定為標(biāo)定數(shù)字圖象每象素的真實(shí)大小；所述自動(dòng)載物臺的測試為，載物臺的行走是否與攝像頭采集芯片陣列平行，并計(jì)算載物臺步進(jìn)電機(jī)步數(shù)與采集圖像的象素間比例關(guān)系，求得等效步數(shù)，把等效步數(shù)填入三軸自動(dòng)采集的設(shè)置對話框中，完成系統(tǒng)設(shè)定校準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述之鋼中非金屬夾雜物定量分析方法，其特征在于，所述計(jì)算載物臺步進(jìn)精度以及平行誤差采用圖像匹配技術(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，回程誤差則通過冗余行走來消除。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述之鋼中非金屬夾雜物定量分析方法，其特征在于，所述圖象采集可采用擴(kuò)展圖象采集，所述擴(kuò)展圖象采集采用自動(dòng)載物臺控制，進(jìn)行自動(dòng)聚焦、景深擴(kuò)展采集、或擴(kuò)展視野的圖象拼接采集，以及自動(dòng)行走的掃描采集。
全文摘要
一種鋼中非金屬夾雜物定量分析的方法，屬材料物理性質(zhì)檢測技術(shù)領(lǐng)域。所提供的鋼中非金屬夾雜物定量分析方法克服了現(xiàn)有夾雜物分析方法中存在的缺陷。將金相顯微鏡、自動(dòng)載物臺與攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)連接，由攝像機(jī)從金相顯微鏡中采集夾雜物圖像送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理，實(shí)現(xiàn)對夾雜物的識別以及參數(shù)測量，將測量結(jié)果用定量模型計(jì)算或與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對比分析，給出定量評定結(jié)果。步驟為a.系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)定和校準(zhǔn)；b.自動(dòng)掃描采集圖像；c.夾雜物自動(dòng)提取；d.自動(dòng)圖象分析；e.生成報(bào)告；f.文件存儲、打印。實(shí)現(xiàn)了鋼中非金屬夾雜物金相圖象的全自動(dòng)掃描聚焦采集；大大提高了夾雜物分析的精度和效率；可實(shí)現(xiàn)多國標(biāo)準(zhǔn)評定結(jié)果的相互轉(zhuǎn)換。
文檔編號G06T7/00GK1651905SQ20051001318
公開日2005年8月10日 申請日期2005年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月5日
發(fā)明者牛士珍, 苑杰, 安啟明 申請人:石家莊鋼鐵股份有限公司