Возможности обработки изображений с использованием программных комплексов к видеонасадкам оптических микроскопов
Бурное развитие цифровой фототехники в последние годы позволило разработать методы компьютерной металлографии, в которой цифровое изображение с видеонасадки, цифровой фотокамеры или сканера обрабатываются с помощью специально созданного программного комплекса (Рис. 6.6). К настоящему времени разработано множество таких программных комплексов. Многие из них имеют специальное назначение, требующееся заказчику для решения своих специфических задач. Конкретные микроскоп, видеонасадка, программный комплекс - вместе называются аппаратно-программным комплексом. Несмотря на различия все эти комплексы должны иметь одинаковые основные характеристики. К ним относятся:
- «Захват» изображения аппаратно-программным комплексом с помощью специального кабеля, подсоединяемого от цифровой камеры.
- Калибровка комплекса по объект-микрометру или эталонной линейке. Для удобства оператора должно быть предусмотрено отображение на экране текущего визуального увеличения.
- Редактирование: возможность восстановления резкого изображения из ряда частично резких; устранение неравномерности освещенности шлифа; усиление четкости мелких деталей; восстановление сетки границ (Рис.6.7) и т.д.
- Возможность ручного редактирования изображения. Например, серый круг на белом фоне считается объектом. Два серых круга, не касающихся друг друга, являются двумя объектами. Если же они касаются друг друга ‑ возникает неоднозначность – либо это один объект, либо два слипшихся объекта. Поскольку компьютеру обычно данную задачу решить не под силу, он считает их одним объектом. Пользователь должен иметь возможность разделить их при редактировании, если это два разных объекта.
- Обработка изображения с целью выделения структурных составляющих, например: цветовое отображение отдельных фаз и элементов (Рис.6.8), с помощью набора многофункциональных фильтров и инструментов.
- Возможность «Панорамирования» изображения – склеивание «на лету» смежных полей зрения и формирование «мозаики»: пока предметный столик микроскопа перемещается на очередное смежное поле зрения, предыдущее поле «пиксель в пиксель» прецизионно стыкуется к полю, захваченному перед этим.
- Измерение заданных характеристик полученных объектов: получение их численных значений, составление гистограмм (Рис. 6.8), графиков и т.д.
- Возможность сопоставления полученных данных со стандартными шкалами микроструктур, поставляемых по техническому заданию заказчика и хранящихся в памяти программного комплекса с одновременным выведением на экране монитора (Рис.6.8, 6.9).
- Формирование автоотчета в формате Microsoft Word с возможностью пользователя самостоятельно создавать шаблоны автоотчетов в соответствии с требованиями нормативной документации предприятия.
Ниже показаны некоторые возможности использования компьютерной количественной металлографии.
На рис.6.10. приведены результаты определения структуры серого чугуна по форме, размеру и виду распределения графита по ГОСТ 3443. Этот модуль программного комплекса позволяет провести такой анализ, также и для высокопрочного и ковкого чугуна. Возможно также оценить параметры металлической основы: определение объемной доли перлита, размера и содержания цементита.
На рис. 6.11 показаны результаты определения структурной полосчатости листовой стали с ферритно-бейнитной структурой по шкалам согласно ГОСТ 5640. Балл шкал в данном случае назначается на основе панорамных исследований методом направленных секущих. Высокое разрешение панорамы позволило правильно оценить анизотропию ферритного зерна.
Возможности определения характера и размера перлитных колоний продемонстрирована на рис.6.12. Для распознавания перлитных колоний используется метод выделение границ по перепадам яркости, а также их реконструкция по морфологии. Возможно определение соотношения пластинчатого и сорбитообразного перлита в структуре стали.
Компьютерный анализ изображений можно использовать для автоматизации измерений твердости при установке программного комплекса на один из современных твердомеров. Так, на рис. 6.13 показаны результаты измерения микротвердости на панорамных снимках диффузионных покрытий на стали. Автоматически, с помощью программного комплекса построены графики зависимости микротвердости на разной глубине от поверхности вдоль покрытия.
Возможен анализ распределения глубины обезуглероживания при термической обработке. Так, на рис.6.14 выделен обезуглероженный слой. Цифровые результаты распределения глубины слоя приведены в автоотчете по результатам анализа.
Порядок выполнения работы
1. Описать методы полуколичественного и количественного анализа микроструктуры.
2. Изучить и освоить технику приготовления и травления микрошлифов для компьютерной количественной металлографии.
3. Ознакомиться с возможностью обработки изображения с помощью встроенного программного комплекса цифрового микроскопа.
4. Изучить устройство и принцип действия цифрового микроскопа «Микровизор металлографический» пользуясь материалами приложения № 1.
5. Научиться фотографировать, сохранять изображение микроструктур и соответствующее увеличение в памяти видеонасадки цифрового микроскопа.
6. По имеющимся в архиве изображений цифровой насадки «Микровизора» провести оценку балла неметаллических включений по ГОСТ 1778 и балла зерна стали по ГОСТ 5639.
7. Составить отчет по работе.
Содержание отчета
При составлении отчета необходимо четко указать задачи количественной металлографии, изложить особенности методики приготовления и травления микрошлифов для цифровой количественной металлографии. Коротко изложить возможности обработки изображения с помощью встроенных программных комплексов. Описать устройство и принцип действия цифрового микроскопа «Микровизор металлографический», распечатать записанное изображение микроструктур проанализированных микрошлифов и описать их микроструктуру. Привести данные по проведенному измерению величины зерна и других основных параметров.
Контрольные вопросы
1. Какие задачи решают методы количественной металлографии?
2. Чем отличаются методы количественной металлографии от полуколичественных?
3. С чем связано широкое распространение цифровых технологий в металлографии?
4. Из каких элементов состоит аппаратно-программный комплекс для анализа
микроструктуры?
5. В чем заключаются особенности приготовления микрошлифов для компьютер-
ной количественной металлографии?
6. Какое оборудование необходимо для приготовления микрошлифов для компьютер-
ной металлографии?
7. Каковы основные особенности работы аппаратно-программных комплексов
количественной металлографии?
8. Можно ли использовать аппаратно-программные комплексы для определения балла
неметаллических включений по ГОСТ 1778?
9. Можно ли использовать аппаратно-программные комплексы для анализа размера
зерна по ГОСТ 5639?
10. Для чего проводится редактирование изображений при проведении анализа методами
компьютерной металлографии?
11. Как выделяются зерна различного размера и формы для проведения анализа структур
методами компьютерной металлографии?
12. Чем отличается цифровой микроскоп «Микровизор металлографический» от других
приборов для проведения анализа методами компьютерной металлографии?
13. Для чего предназначен объект-микрометр?
Приложение № 1.