金相顯微鏡數(shù)字圖像分析實(shí)驗(yàn).doc

圖5-5 晶粒度等級(jí)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(duì)話框，找到Grain Size（在本實(shí)驗(yàn)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(fù)制和粘貼從Edit菜單中選擇Copy命令，圖像被復(fù)制到剪貼板中。再?gòu)腅dit菜單中選擇Past New命令，剪貼板中的圖像被粘貼到標(biāo)題為Untitled001的窗口中，從而生成了一個(gè)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(duì)原圖像有任何修改。圖5-8 所生成的Untitled001副本n 計(jì)算對(duì)象由于晶粒度標(biāo)準(zhǔn)圖譜中的圖像邊界清晰、對(duì)比度適當(dāng)，故對(duì)于本例不需要進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理。對(duì)圖像增強(qiáng)處理的操作請(qǐng)參考IPP6.0軟件說(shuō)明書。選擇Measure菜單中Count/Size命令，出現(xiàn)Count/Size對(duì)話框，如圖5-9所示。圖5-9 Count/Size對(duì)話框檢查你所打開的Count/Size對(duì)話框中所對(duì)應(yīng)的設(shè)置是否與圖5-9中的設(shè)置一致（包括單選按鈕和復(fù)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(dòng)測(cè)量方法。在Intensity Range Selection區(qū)域選中Automatic Bright Objects，表示自動(dòng)計(jì)算圖5-8中的白色區(qū)域。圖5-8中每個(gè)獨(dú)立的白色區(qū)域代表著一個(gè)晶粒，通過(guò)統(tǒng)計(jì)白色區(qū)域的個(gè)數(shù)，即可統(tǒng)計(jì)晶粒的個(gè)數(shù)。點(diǎn)擊Count/Size對(duì)話框中Options按鈕，出現(xiàn)Count/Size Option對(duì)話框，如圖5-10所示。圖5-10 Count/Size Option對(duì)話框?qū)φ請(qǐng)D5-10設(shè)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(lái)描繪所測(cè)量到的每個(gè)白色區(qū)域。點(diǎn)擊Choose Color按鈕會(huì)彈出顏色選擇對(duì)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(lái)繪制輪廓線。在Label Style下拉框中選中Object #，表示用對(duì)象編號(hào)來(lái)標(biāo)記各個(gè)白色區(qū)域。對(duì)象編號(hào)由系統(tǒng)自動(dòng)生成，從1開始編號(hào)。在圖5-10中還可以改變對(duì)象編號(hào)的顏色，這里選擇了綠色。點(diǎn)擊OK按鈕返回到Count/Size對(duì)話框，在Count/Size對(duì)話框中選擇Count按鈕，開始進(jìn)行測(cè)量。完成測(cè)量后的Count/Size對(duì)話框及Untitled001副本如圖5-11和圖5-12所示。圖5-11 完成測(cè)量后的Count/Size對(duì)話框圖5-12 被測(cè)量的圖像從圖5-11中可以看到，在Total Count的右側(cè)顯示出數(shù)字65，表示在圖中共測(cè)量到65個(gè)獨(dú)立的白色區(qū)域，即該圖像包括65個(gè)晶粒。圖5-12顯示了這65個(gè)晶粒的劃分情況，系統(tǒng)已經(jīng)自動(dòng)添加了紅色的輪廓線和綠色的對(duì)象編號(hào)。雙擊圖5-12中任何一個(gè)白色區(qū)域，系統(tǒng)自動(dòng)彈出Object Attributes對(duì)話框，顯示出該區(qū)域的詳細(xì)信息。圖5-13是雙擊區(qū)域32后出現(xiàn)的對(duì)話框。圖5-13 對(duì)象屬性對(duì)話框要想了解更多的測(cè)量詳細(xì)，可以在Count/Size對(duì)話框中選擇View菜單中的Measurement Data或Statistics命令，前者顯示被測(cè)量對(duì)象的詳細(xì)信息，后者顯示測(cè)量后的統(tǒng)計(jì)信息。圖5-14就是點(diǎn)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(cè)量的是白色區(qū)域的面積（Area），最小值為113（思考題：?jiǎn)挝皇鞘裁?？），最小面積對(duì)應(yīng)的對(duì)象編號(hào)是59號(hào)，同時(shí)也列出了最大區(qū)域面積、所對(duì)應(yīng)的編號(hào)、面積的范圍、平均值、方差、求和。嘗試雙擊一下圖5-14中的對(duì)象編號(hào)，看看圖5-12中有什么變化。對(duì)于本例，最有價(jià)值的信息是樣本的數(shù)量（Samples），它表示了晶粒的個(gè)數(shù)。測(cè)量顯示共有65個(gè)晶粒，則放大100倍條件下，每mm2含有晶粒為654=260個(gè)。對(duì)比圖5-5可知，其晶粒度約為5級(jí)左右。n 保存結(jié)果圖5-14中的結(jié)果可以通過(guò)剪貼板來(lái)實(shí)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(yīng)用程序中（如Word、Excel）選擇粘貼命令即可。圖5-12中的圖片存儲(chǔ)相對(duì)麻煩一些，但I(xiàn)PP6.0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(shè)置在主窗口的File菜單中，選擇Screen Capture.，按照提示設(shè)置屏幕撲捉的選項(xiàng)，在實(shí)際應(yīng)用中按“F7”鍵即可。也可以選擇Measurement菜單中的Snap Measurements.命令，將會(huì)自動(dòng)將當(dāng)前的測(cè)量圖像保存下來(lái)。4. 碳素鋼碳含量計(jì)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(guò)計(jì)算珠光體含量來(lái)估算。同樣地，過(guò)共析鋼可以通過(guò)計(jì)算珠光體和滲碳體的含量來(lái)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(guò)統(tǒng)計(jì)金相照片中黑白區(qū)域的比例來(lái)確定其相對(duì)含量（假設(shè)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(duì)話框，找到Carbon Steel（在本實(shí)驗(yàn)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(fù)制和粘貼從Edit菜單中選擇Copy命令，圖像被復(fù)制到剪貼板中。再?gòu)腅dit菜單中選擇Past New命令，剪貼板中的圖像被粘貼到標(biāo)題為Untitled001的窗口中，從而生成了一個(gè)原始圖像的副本。n 增強(qiáng)圖像在打開的圖像中可以看到在一個(gè)圓形視場(chǎng)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(xì)觀察圖像會(huì)發(fā)現(xiàn)不同顏色的邊界比較模糊，且圖像的上側(cè)還包含一些灰色區(qū)域，接下來(lái)通過(guò)使用對(duì)比度增強(qiáng)面板的亮度、對(duì)比度和伽馬控制來(lái)增強(qiáng)該圖像，以改進(jìn)可視效果并提取圖像中隱藏的獨(dú)特特征。在屏幕頂部工具欄上點(diǎn)擊Contrast Enhancement（對(duì)比度增強(qiáng)）按鈕，在屏幕上顯示出對(duì)比度增強(qiáng)面板（圖5-16），拖動(dòng)此面板的標(biāo)題欄放置到屏幕上的合適位置。Contrast Enhancement（對(duì)比度增強(qiáng)）按鈕圖5-16 對(duì)比度增強(qiáng)面板因?yàn)檎鶊D像顯得稍暗，因此可以使用亮度控制稍微增強(qiáng)一些此圖像的亮度。將鼠標(biāo)放置在亮度控制滑塊上，向上拖動(dòng)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(duì)比度。拖動(dòng)對(duì)比度控制滑塊上，向上拖動(dòng)對(duì)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(qiáng)度的差異。要突出背景中的差異，應(yīng)降低伽馬值。高的伽馬值可增強(qiáng)圖像暗區(qū)域的對(duì)比度，低的伽馬值可增強(qiáng)圖像亮區(qū)域的對(duì)比度。拖動(dòng)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(duì)比度增強(qiáng)面板如圖5-17所示，選擇Apply按鈕，在彈出的對(duì)話框中選擇確定按鈕，將修改應(yīng)用到圖像上，如圖5-18所示。圖5-17 調(diào)整后的對(duì)比度增強(qiáng)面板圖5-18 對(duì)比度增強(qiáng)后的圖像應(yīng)用了對(duì)比度修改后會(huì)發(fā)現(xiàn)，所有對(duì)比度增強(qiáng)面板中的滑塊均回到了中間位置，此時(shí)可以根據(jù)需要做進(jìn)一步調(diào)整。這里請(qǐng)關(guān)閉對(duì)比度增強(qiáng)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(lái)將用銳化濾鏡增強(qiáng)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(duì)話框，如圖5-19所示。圖5-19 Filters對(duì)話框在Enhancement（增強(qiáng)）頁(yè)面選中Sharpen（銳化）單選按鈕，確保所有設(shè)置與圖5-19相同，單擊Apply按鈕，將銳化濾鏡應(yīng)用到副本圖像，如圖5-20所示。關(guān)閉Filters對(duì)話框。圖5-20 銳化濾鏡處理過(guò)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(méi)有充滿整個(gè)圖像文件，其有效區(qū)域?yàn)橹虚g的一個(gè)圓形區(qū)域，因而在測(cè)量前應(yīng)先規(guī)定出有效的測(cè)量區(qū)域，及感興趣區(qū)域（AOI）。一個(gè)AOI就是一個(gè)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(dāng)定義了一個(gè)AOI后，后續(xù)命令將應(yīng)用到AOI內(nèi)的所有像素。在屏幕頂部工具欄上點(diǎn)擊Ellipse AOI（橢圓形AOI）按鈕，在圖5-20中拖動(dòng)出一個(gè)橢圓區(qū)域，如圖5-21所示。圖5-21 繪制橢圓形AOI將鼠標(biāo)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(biāo)放置在橢圓的中間，可以移動(dòng)橢圓的位置。仔細(xì)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(cè)量珠光體相對(duì)含量選擇Measure菜單中Count/Size命令，出現(xiàn)Count/Size對(duì)話框。在Count/Size對(duì)話框中選擇Measure菜單中的Select Measurements命令，出現(xiàn)Select Measurements對(duì)話框。在左側(cè)Measurements的選擇框中，拖動(dòng)滑塊向下，找到Per Area （Obj./Total）選項(xiàng)并單擊，在中間的Filter Ranges框中增加了Per Area （Obj./Total）測(cè)量項(xiàng)目。Per Area （Obj./Total）用于測(cè)量所選擇對(duì)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(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉Select Measurements對(duì)話框。圖5-23 Select Measurements對(duì)話框點(diǎn)擊Count/Size對(duì)話框中的Options按鈕，對(duì)照?qǐng)D5-24設(shè)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(lái)描繪所測(cè)量到的每個(gè)對(duì)象。在Label Style下拉框中選中None，表示不標(biāo)記各個(gè)對(duì)象，因?yàn)楸纠袑?duì)象數(shù)目太多，如果標(biāo)記會(huì)影響觀察效果。其他設(shè)置如圖進(jìn)行，最后點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉Count/Size Option對(duì)話框。圖5-24 定制Count/Size選項(xiàng)在Count/Size對(duì)話框中選擇Automatic Dark Objects測(cè)量方式（黑色為珠光體），點(diǎn)擊Count按鈕，副本圖像如圖5-25所示。5-25 計(jì)算后的副本圖像在Count/Size對(duì)話框中選擇View菜單中的Statistics命令，顯示測(cè)量后的統(tǒng)計(jì)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(xiàng)，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(biāo)準(zhǔn)含碳量。圖5-26 測(cè)量后的統(tǒng)計(jì)結(jié)果從圖5-25可以看出，絕大多數(shù)珠光體區(qū)域被自動(dòng)用紅色進(jìn)行了填充，但少數(shù)區(qū)域內(nèi)部有一些白色孔洞，說(shuō)明該區(qū)域沒(méi)有被計(jì)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(gè)可以通過(guò)Count/Size對(duì)話框中Edit菜單中的相關(guān)命令來(lái)進(jìn)行修改，具體操作這里不再詳述，請(qǐng)參考IPP軟件說(shuō)明書。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)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(jì)算機(jī)、Image-Pro Plus （IPP）軟件。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 碳素鋼晶粒尺寸及晶粒度測(cè)量。2. 亞共析鋼、共析鋼、過(guò)共析鋼平衡組織的珠光體相對(duì)含量測(cè)量及碳含量計(jì)算。五、實(shí)驗(yàn)方案與技術(shù)路線1. 實(shí)驗(yàn)步驟（1）碳素鋼晶粒度測(cè)量下圖為計(jì)算機(jī)模擬生成的奧氏體晶粒度照片，參考碳素鋼晶粒度測(cè)量方法，對(duì)圖中組織的晶粒度進(jìn)行測(cè)量。為保證測(cè)量的客觀性，要求在下圖中選擇5個(gè)不同視場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)5次測(cè)量結(jié)果進(jìn)行誤差分析。注意下圖中給出了對(duì)應(yīng)標(biāo)尺，可以根據(jù)該標(biāo)尺，應(yīng)用IPP軟件直接對(duì)晶粒的尺寸進(jìn)行測(cè)量，對(duì)照?qǐng)D5-5也可以確定其晶粒度。請(qǐng)進(jìn)行10次以上的測(cè)量，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行誤差分析，同時(shí)對(duì)比前一種方法所確定晶粒度的結(jié)果，并討論（選做）。（2）亞共析碳素鋼碳含量計(jì)算下表為亞共析碳素鋼平衡態(tài)組織照片及工藝，分別計(jì)算各自的碳含量，并與材料的標(biāo)稱碳含量進(jìn)行對(duì)比，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論。圖片材料