计算机定量金相分析系统的软件开发与图像处理方法

摘 要

在金相分析的技术上以及准确性上，数字图像处理技术又进入了一个新的发展领域，当然也在材料科技学科给予了一种全新的研究方式。这篇文章就是把数字图像处理技术投入到金相应用中来，对这样的跨方向的科技创新开展了深入的剖析。这篇文章的主要内容就是将图像处理技术使用到定量金相剖析中来，而且使用VisualC++6.0编程来研究了金相构成计算机剖析系统。这篇文章勾勒出了金相图像分析系统的大致的结构和使用方式、创新图像预处理的算法等，并且说明这些结构的最终用处是配合金相图像的研究工作。

【关键词】金相分析 图像处理 图像分割 金相参数检测

1 绪论

在国外，金相图像自动分析系统的探索要比我们国家投入研究的早。早在1960年左右，就有很多生产商抓住商机将其投入到生产中。这类产品有很多，如英国剑桥仪器企业的T系列、美国Buahc&Lomb公司的QMs系列等等，这样的比较有年代感的商品使用了光导管扫描装置来获得图像，量化级别相对较低，就像QTM，只有64级灰度。

数字图像处理在许多的领域都投入使用，而且也已经在人民群众的生活中得到普及，在国家的安全方面以及经济进步方面、日常的生活中也越来越发挥不可替代的作用。以后的图像处理技术也会在应用以及研究中得到进步。而且进步的方向大致有四个领域。必将向着快速、高分辨率以及多媒体化、立体化、科技化和高性能化这样的领域逐步前进，实时图像处理的思想以及探索也会不断地得到完善。

2 计算机定量金相分析系统设计

2.1 硬件系统结构

一般情况下，计算机定量金相分析系统的主要工作就是使用图像采集卡来对各种图片进行收集，所收集到的图片大部分都是电子显微镜下看到的图片，而且把它变换为数字图像，然后在储存到硬盘里；另外一种方式就是通过数码照相机拍摄到的图片，保存到电脑中，目的是为了接下来的研究以及剖析；与此同时还使得计算机能简单的完成显示以及处理任务。系统的硬件结构如图1所示。

2.2 软件系统构造

2.2.1 面向对象的程序研究方案

在一般的结构化程序研究中就是将软件划分为各个部分的模块来完成的，这样能够将程序框架变得更加的清楚，有利于研究以及优化，然而模块之间不是所谓意义上的各个独立。然而其内部之间都是有非常错综复杂的关联。所以很明显这样以编码为中心的比较基础的结构化程序构建方式早就不符合要求。然而一定会使用面向对象的语言来完成。其最重要的特点如下：

（l）对象的类描述；

（2）封装性；

（3）多态性；

（4）继承性。

2.2.2 本软件构造的根本思想

本软件使用的是软件工程模型的线性模型，即使这个软件太过于简单和不可实现性，早就无法适应和满足当前软件发展的需求了。然而，相关设计人员在设计本软件的时候，就充分考虑到了这个问题，并建立了线性模型，具体如图2。

软件的最本质的性能以及由于对软件优化以及保护需求，本软件系统大体设计思路如下所示：

（1）文件储存；

（2）金相参数评估；

（3）图像处理；

（4）图像预处理；

（5）框架与结构；

（6）帮助功能。

图3是软件结构，图4是界面设计。

2.2.3 编程环境

从整体上说，C语言并不是一个单纯只面向对象的语言，其中包含有大量的概念机制，能够对对象概念进行编程；Visua1C++这个平台具有三个明显的特点，分别是高度集成、交互和可视化编程，所以在选择本软件编程环境的时候，毫不犹豫地选择了ViusalC++.60。该系统能够让用户直接使用代码，而不需要考虑具体的使用细节，这样一来，使用者就可以将更多地精力放在图像处理的算法方面，这样程序的设计效率得到了大幅度提升。MFC库具有非常多的功能，通过MFC库写出的程序，维护、移植、扩充等都非常简单。

2.2.4 具体实现设计

系统用到的设计主要包括：

（1）应用类；

（2）主框架类；

（3）子框架类；

（4）视图类；

（5）文档类；

（6）处理图像类；

（7）金相组织类。

本软件处理的对象主要集中在设备无关位图（DIB）方面，但是在MFC库中却没有专门针对该类型的类，并且在整个Win32SDKAPI中，涉及到的处理函数数量非常少，基本上无法满足处理的具体要求。所以在本软件的设计中，专门设计了CDib。但是在MFC库中，已经有了一个可以对设备相关位图（DDB）进行操作的ciBtm。原先计划把该类当成父类，通过父类派生输出具体的CDib，但是如果从长远发展的角度来看，这种做法并没有太大的用处。不仅如此，cobject类还有两个不得不说的优点，那就是最低限度的成员数据和函数，派生花费得到了大大的降低。

3 金相图像预处理技术及其实现

3.1 图像的数据结构和运算

图形的画面存储形式具有非常明显的特点，根据这个特点可以很轻松地对其进行区别：图像不是矢量结构，而是栅格结构的。所谓栅结构就是将图像均匀地分成若干个栅格（像素），并对每一个栅格的光度值进行了记录；像素的坐标通常会有规则地进行隐藏，并呈规则排列，最常见的一种排列方式就是矩阵排列。由此图像可用基于位置坐标的三维函数来表示：

图像的形式有两种，即黑白和彩色。黑白图像就是说在该图像中，每一个点都不是彩色的，而是红、绿、蓝颜色平等地分布开来，即

对于黑白图像来说，f（x，y）所代表的是（x，y）所在点的灰度值。

计算机只能够对一些离散的数据进行处理，所以处理那些连续图像函数的时候，就需要事先进行扫描、采集、量化的采集工作，之后才能进行转化，使之成为数字图像。数字图像的表现方式为：由采样点的值所组成的矩阵。具体如下：

3.2 图像的存储格式

图像在某种程度上可以被看成是简单的数组，但是图像在际存储格式方面却并不简单，有着复杂多样的格式，而且不同格式都有独特的工作机理和优缺点。本系统的图像格式为BMP格式，这是一种比较常用的一种格式。该格式也被称为位图（DIB），和设备没有任何关系，有时候还会以BMP或者DBI为后缀。其结构如图5。

3.3 图像处理及其功能和原理

数字图像技术主要有两种目的，第一个目的是让人能更清晰地看到图像，第二个目的就是让图像的内容能够更明确清楚地展现出来。第一种被称为图像处理，通常会经过变换和增强滤波和信噪比来实现；有些图像信息微弱，对于这种图像来说，最好的办法就是进行灰度变换，提高对比度；对于那些非常模糊的图像来说，如果想要实现图像的恢复，那么就需要进行相应的几何校正工作。通过这些处理的办法，可以在很大程度上改善图片的质量，让人更容易识别。第二种被称为图像分析或图像识别。这种方式进行的基础是图像处理，在一些数学理念的基础上对图像进行区域分割、，并对其中的特征进行提取，之后，通过定量的描述建立起参数关系，从而为进一步分类和测量提供参考。

在金相图像的分析中，出现了很多灰度差异的问题。造成这种问题的主要原因在于，金相试样制备是残留了过多的磨痕、抛光粉等异物。这种情况还会造成图像分析的误差，因此，就需要进行图像增强和平滑锐化等预处理。

4 结论与展望

在计算机图像处理技术发展的同时，逐渐和材料学进行了融合，并出现了金相组织计算机分析系统，该系统的出现时必然的，是充分结合了计算机技术、图像处理、定量金相等技术的综合性系统。该系统涉及的技术较多，所以在很多的时间内并不能做到尽善尽美，其中还存在很多问题需要我们一起去研究：

（1）软件问题：很多软件的功能还需要进一步地进行加强并提升其功能，尤其是金相参数测量方面。

（2）在理论方面，要将重点放在图像分割方面。金相图像是个微观显示图像，弱边缘的问题非常明显，所以，不能用通常情况下采用的边缘检测方式来进行。

（3）在图像分割技术的支持下，模式识别将会实现对金相组织的自动识别。综上所述，随着我国机械行业的不断向前发展，对材料的性能要求也日益增强，在金相分析中也出现了很多图像处理技术，共同推动其不断向前发展。

参考文献

[l]李志敏，吴建军等.计算机处理技术在晶粒度测量中的应用[J].压点与声光，2002：168-170.

[2]周长发.精通Visual++图像编程[M].北京：电子工业出版社，2000.

[3]石锐.高仲英等.晶柱度评级中晶界的自动修复[J].中国体视学与图像分析，1997：82-84.

[4]汪守补.金相分析基础[M].北京：机械工业出版社，1986.

[5]秦国友等.定量金相[M].四川科学技术出版社，1987.

作者简介

刘静（1982-），女，江苏省泰兴市人。2009年毕业于中国矿业大学计算机科学与技术专业，工程硕士学位。现为江苏联合职业技术学院徐州财经分院信息技术系教师、讲师。研究方向为计算机应用。

作者单位

江苏联合职业技术学院徐州财经分院信息技术系 江苏省徐州市 221008