B10金相分析论文.docx

现代检测技术论文班级： B100306姓名：陈杰学号： 字图像处理技术的金相分析摘要：金相分析在材料研究领域占有十分重要的地位,是研究材料内部组织的主要手段之一。金相显微分析法就是利用金相显微镜来观察为之分析而专门制备的金相样品，通过放大几十倍到上千倍来研究材料组织的方法。现代金相显微分析的主要仪器为：光学显微镜和电子显微镜两大类随着计算机技术的发展,数字图像处理技术也得到了快速的发展,将数字图像处理技术应用到金相分析中,提取金相照片中的典型结构特征,帮助火调人员对金相图片分类,协助调查火灾原因及火灾蔓延方式,为火灾调查提供迅速有效的科学信息。采用和改进了人际交互式图像分割算法Live-wire,对电气火灾中的典型火烧金相图和一次短路金相图进行处理,结合数字形态学操作,精确提取了两类金相图中的典型胞状晶和柱状晶结构;分析和讨论了多种结构描述子对晶格分类的作用,结果表明,离心率和晶格标记方差两个描述子能有效区分两类晶格结构;采用聚类分析和Fisher判别法,实现了对两类金相图的自动分类。关键词:数字图像处理;金相分析;晶格分类;火灾调查前言：材料、能源和信息已经成为现代科学技术的三大支柱，而材料则是其中的物质基础。随着科学技术的发展，人们对材料性能的要求日益广泛和苛刻，对材料性能极其组分和微观结构的关系越来越感兴趣，因而材料测试技术在材料研究中起着非常重要的作用。材料的发展史是一部人类的发展史，在漫漫历史长河中人们利用经验宏观分析材料到显微镜微观分析材料历经了几千年。1721年金相学首次出现在牛津词典中，而今金相学已成为研究金属材料组织，确定微观组织和宏观性能之间关系的一门科学。金属材料的性能与其组织形态之间存着紧密的联系，除化学成分、晶体结构外，材料在不同加工条件下可获得不同的组织，并对其在使用过程中和加工过程中所表现的理化、机械性能，均可产生明显的影响。火灾事故每年造成了巨大的经济损失和人员伤亡,其中,电气火灾占了非常大的比重。金相分析是电气火灾物证鉴定应用最为广泛的一种方法,是电气火灾事故调查中不可或缺的重要方法和手段。国内的金河龙等人在专著中曾经对金相分析方法的原理和方法进行了论述,王希庆和邸曼等人比较系统和全面的介绍了电气火灾现场勘测和相关样本制备的方法和步骤,高伟等人在论文中对热得快危险性和痕迹技术鉴定等方面进行了较好的阐述,美国消防协会也曾经在NFPA921报告中对电气火灾进行相关的阐述,但是,涉及的内容并不够深入。实际上,当前的金相分析方法主要以火灾调查人员的肉眼观察并结合自身经验为主要手段,进而对电气火灾的起因进行认定。也就是说,当前的火灾调查中的金相分析方法仍停留在经验和半经验的水平上,这种状况与金相分析在电气火灾中的重性要极不相称,因此,需要开展金相分析方法方面的研究,以提高其准确性,完善火灾调查结论。 1　数字图像处理技术1.1 数字图像处理数字图像处理是指将原始图像转换为一个数字矩阵存放在计算机中,并采用一定的算法对其进行处理,数字图像矩阵中的每一个元素称为像素,一幅图像可以定义为一个二维函数f(x,y),其中x和y是空间坐标,在任何一对空间坐标(x,y)上的幅值f称为该点像素的强度或者灰度。经过数字化处理后所得到的图像为一个被量化和采样数值的二维矩阵。1. 2　数字图像的显著优点(1)精度高。目前的计算机技术可以将一幅模拟数字图像转换为任意的二维数组,即数字图像可以由无限个像素组成,每个像素的亮度可以量化为12位(即4 096个灰度级),这样的精度使得数字图像与彩色照片的效果相差无几。(2)处理方便。由于数字图像本质上是一组数据,所以可以用计算机对它进行任意方式的修改(如放大、缩小、改变颜色、复制和删除某一部分等)。(3)重复性好。模拟图像(例如照片)即便是使用非常好的底片和相纸,也会随着时间的流逝而褪色、发黄,而数字图像可以存储在光盘中,只要光盘不被损伤,就不会有丝毫的改变。2　金相组织的数字图像处理2. 1　原始RGB图像转换为灰度图像数字图像的每一个像素对应一个数字,而该数字对应调色板中的一个颜色,每种颜色以红、绿、蓝三种颜色的组合来表示,数字图像处理中的绝大部分操作都是针对灰度图像进行的,所以需要把现有的RGB(红、绿、蓝)图像转化为灰度图像。灰度图像实际上是一个数字矩阵,该矩阵的每一个元素对应图像上的一个像素点,元素的数值为[0, 255]内的灰度级,通常0表示黑色, 255表示白色。2. 2　直方图灰度转换在数字图像处理中,一种简单而有用的工具是灰度直方图,它是图像分析中用来说明图像灰度分布的图形,每一个分支表示对应灰度级出现的频数(即该灰度像素个数与像素总数的比值)。根据直方图的信息可以选择一种合理的变换算法对图像进行增强操作。如果一幅图像的直方图说明该图像的灰度值