金相顯微鏡對(duì)于圖像晶粒度的預(yù)處理

金相分析是對(duì)金屬進(jìn)行研究和性能測(cè)試的重要手段，在顯微鏡下觀察，絕大多數(shù)的金屬材料是由許多細(xì)小的晶粒組成。傳統(tǒng)的材料學(xué)理論認(rèn)為，晶粒細(xì)小材料的常規(guī)力學(xué)性能如拉伸強(qiáng)度、韌性、塑性等均相對(duì)較好；晶粒的尺寸還會(huì)影響金屬的疲勞強(qiáng)度。因此，在金屬性能分析中，晶粒尺寸（即晶粒度）的估算顯得十分重要。
　　金屬是由許多大小各異的微小晶粒組成，晶粒與晶粒之間由晶界分隔開，由于金屬中的晶粒個(gè)體大小各異，而晶粒個(gè)體通常不能決定金屬的性能，分析某粒晶粒的大小因而沒有特別意義，晶粒度往往表征的是晶粒的平均尺寸。
　　由于金相顯微鏡原始圖像往往存在噪聲，晶粒與晶界間大多數(shù)情況下不是很清晰，不便于計(jì)算機(jī)分析，因此，有必要在計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析前進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理。
　　1、晶粒計(jì)數(shù)
　　單位面積中晶粒的數(shù)量與晶粒的尺寸有關(guān)，晶粒的大小對(duì)金屬的拉伸強(qiáng)度、韌性、塑性等機(jī)械性質(zhì)有決定性的影響。因此，晶粒的計(jì)數(shù)在金相分析中具有相當(dāng)重要的意義。
　　所謂填充剔除計(jì)數(shù)法，就是根據(jù)行或列掃描圖像，當(dāng)*次碰到一個(gè)物體（白色）時(shí)，計(jì)數(shù)器加一，且將該物體填充為別的顏色（黑色），以后再掃描到該物體時(shí)，掃描程序不再將其當(dāng)作物體，即該物體在一次計(jì)數(shù)后就被剔除，從而保證了該物體被計(jì)數(shù)一次。
　　由于細(xì)化后的晶界是八連通的網(wǎng)狀線條，因此，應(yīng)用填充剔除計(jì)數(shù)法時(shí)，必須注意選用四連通的方式填充晶粒。
　　2、晶粒度估算
　　金屬晶粒的尺寸（或晶粒度）對(duì)其在室溫及高溫下的機(jī)械性質(zhì)有決定性的影響，晶粒尺寸的細(xì)化也被作為鋼的熱處理中zui重要的強(qiáng)化途徑之一。因此，在金屬性能分析中，晶粒尺寸的估算顯得十分重要。
　　3、晶粒面積估算
　　在平面圖像中，晶粒的晶粒度有時(shí)由其面積來表征。晶粒的面積定義為：在數(shù)字圖像中，晶粒的面積就是其所占的像素?cái)?shù)。
　　單個(gè)晶粒的面積沒有實(shí)際意義，但一定區(qū)域中所有晶粒的平均面積卻可以用來反映金相的晶粒度。其晶粒的平均面積可以用下式來粗略估算：ASG=（S-PB）/N，其中ASG代表晶粒的平均面積，S為圖像的大小，PB為晶界所占的總像素，N為圖像中晶粒的顆數(shù)，S=128×128，N=85，PB可由晶界跟蹤算法統(tǒng)計(jì)獲得，其值為1862，故ASG=170.8個(gè)像素。
　　分析可知，圖像邊界處的許多晶粒是不完整的，將它們用在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中是不的，往往會(huì)造成平均面積變小，因此，為了克服這一缺點(diǎn)，更的統(tǒng)計(jì)方法是剔除不完整的晶粒，然后求出所有完整晶粒面積的平均值。
　　圖像邊界處的不完整晶粒可以這樣剔除：圖像向四周各擴(kuò)展一個(gè)白像素點(diǎn)，使圖像邊界處的不完整晶粒成為一個(gè)連通的整體，然后將其填充為黑色。由于白色的封閉區(qū)域是晶粒，因此被填充為黑色的不完整晶粒將不被統(tǒng)計(jì)。
　　4、晶粒直徑估算
　　更多時(shí)候，晶粒尺寸是由其直徑來表征的。例如，許多金屬的屈服應(yīng)力sy和晶粒直徑d之間滿足Hall—Petch關(guān)系：
　　式中s0和ky為常數(shù)。可見，晶粒直徑的計(jì)算是很有必要的。