计算机图形处理软件在SEM图像定量测定中的应用分析

卢正宽

摘 要：近年来，SEM图像定量测定中开始应用计算机图形处理软件，具有操作简单、测定结果准确等优点，发挥了不可替代的重要作用。本文首先介绍了SEM图像及计算机图形处理软件，接着在理论层面上分析了利用计算机图形处理软件Photoshop定量测定SEM图像的步骤，最后以实际案例阐述其具体应用，旨在实际应用提供参考。

关键词：计算机图形处理软件；SEM图像；定量测定；应用

中图分类号：TP391.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）13-0018-02

材料表面微观世界研究时，采用的电子光学仪器为扫描电镜，是一种先进的、新颖的仪器，具有比较高的分辨率、比较大的景深，能够连续的调节放大倍数，图像具备立体感。通过扫面电镜图片与计算机图形处理软件Photoshop的结合，能够实现定量分析图像。Photoshop具有大众化的特点，可以编辑、处理、统计、计算各种照片及图形，操作简单，将其应用在SEM图像定量测定中具有比较强的可行性，可降低测定的难度，保证测定工作便捷的开展。

1 SEM图像及计算机图形处理软件概述

1.1 SEM图像

SEM图像是指扫描电镜照出来的图片，扫描电镜照相时，照明源为电子束，电子束聚焦非常细，以光栅状扫描方式照射到试样上，产生相关于试样性质的信息，之后通过相应的收集、处理操作，放大试样的微观形貌[1]。由于入射电子相互作用于物质后，形成的各种信息为其成像信息，受到入射电子自身所具备的波动性的影响，再加上球相差、外界震动、统计涨落噪音等相关因素影响成像时的图片质量，导致最终的SEM图像质量比较低，影响定量测定的顺利开展。为避免此种影响，需要采取相应的软件处理SEM图像，提升图像质量，使定量测定顺利完成。

1.2 计算机图形处理软件

计算机图形处理软件是指广泛应用于广告制作、平面设计等领域的软件，目前比较常用的图形处理软件包含光影魔术手、数码伴侣、Photoshop、True Photo、PhotoBrush照片刷子等，这其中，应用最广泛的即为Photoshop。Photoshop由Adobe Systems开发、发行，以像素工具构成的数字图像为该软件主要处理的软件，功能涉及图像、图形、视频等多个方面。

2 计算机图形处理软件定量测定SEM图像的理论步骤

近年来，定量测定SEM图像时，开始应用Photoshop软件，主要体现在两个方面，一方面为测定细小相面积分数或体积分数，另一方面为测定夹杂物颗粒的尺寸，测定不同方面时，Photoshop软件具体的测定步骤不同，下面逐一对其作出阐述。

2.1 细小相面积分数或体积分数测定

由德莱赛定律可知，当某一组元存在于组织中时，在随机截面上，该组元于断面上测定的面积分数（AA）相同于其体积分数（VV），即AA=VV[2]。一幅图片中，研究对象断面统计面积分数如果能够测定出来，那么其体积百分比就可以计算出来。具体测定过程中，步骤共包含4个：（1）在计算机中存储电镜高倍图片，打开Photoshop软件，读取图片文件，确定阈值为首先需要进行的工作，为将确定过程中产生的视觉误差尽量减小，应处理研究图片，增大研究图片与基体间的反差，提升阈值确定的准确性，此外，还需备份研究图片，便于确定阈值；（2）研究图片与备份图片均在Photoshop主界面中打开；（3）选择“图像”-“调节”命令，接着选择“阈值”，阈值调节对话框弹出后，滑块用鼠标拖动，对图片亮颗粒做出调节，调节后的恰好相当于原图尺寸后，将灰度值读取出来；（4）选择“图像”-“直方图”命令，直方图对话框弹出后，在选取阈值的位置处用鼠标拖动，达到255后，研究对象面积分数获得[3]。

2.2 夹杂物颗粒尺寸测定

描述夹杂物颗粒尺寸时，可采用等面积圆直径，而其尺寸的测定可以采用Photoshop软件。如果试样选取的视场足够多，能够测定出颗粒等面积圆直径的统计分布。首先，照相时选取适当的放大倍率，将电镜图片文件获得，同时，在此放大倍率下，电镜图片实际长度（L1）、实际宽度（L2）准确记录，实际宽度与实际长度的乘积即为实际面积（S）；其次，图片文件利用Photoshop软件打开，经处理后，增大夹杂物与基体间的反差，降低分辨的难度；再次，整个图片全选，选择“图像”-“直方图”命令，直方图对话框弹出后，整个图片文件的总像素（T1）即可获得；最后，夹杂物用魔棒工具选取，再次弹出直方图对话框，将夹杂物像素（T2）确定，之后用T1/T2，再乘以实际面积（S），得到夹杂物颗粒的实际断面面积（A），并可依据计算出等面积圆直径（d）。

3 计算机图形处理软件定量测量SEM图像的实际应用案例

3.1 K23合金σ相面积分数测定

K23合金属于镍（Ni）-铬（Cr）-钴（Co）基铸造高温合金，强化物质为钼（Mo）、铝（Al）、钛（Ti）。空心导向冷却叶片工作时，温度高达750℃，制造此种叶片时，即可采用K23合金。合金铸态组织组成部分包含三个，分别为γ基体、γ、MC相，高温时效长期维持后，会析出σ相，σ相形状为针状或颗粒状，比较细小。利用扫描电镜照相后，得到试样的电镜图片，定量测定图片的σ相时，即可采用Photoshop软件。

本文在实际测定K23合金σ相面积分数时，共选择2个试样，试样A具有较高的Cr含量，试样B则具有较低的Cr含量。高温时效的条件设置为850℃、100h，试样经过处理后，析出大量的σ相。分别利用50倍及1000倍的扫描电镜照实验的组织，观察照片发现，无论是试样A还是试样B，析出的σ相均呈灰白色针状或颗粒状。测量时，為使结果存在统计学意义，需要在多个视场中进行，因此，从试样边缘开始，向着心部，间隔1mm取1个点，点处选取的视场为3个。试样A与试样B选取的点均为5个，视场共15个。定量测定σ相面积分数时，采用Photoshop软件根据上面叙述的步骤进行，结果显示，在试样A的5个点中，A1点3个视场的σ相面积分数分别为25.17%、28.04%、35.04%，A2点3个视场的σ相面积分数分别为27.19%、24.36%、31.18%，A3点3个视场的σ相面积分数分别为30.25%、22.04%、34.18%，A4点3个视场的σ相面积分数分别为29.06%、22.37%、32.06%，A5点3个视场的σ相面积分别为22.16%、19.08%、32.09%，试样A的σ相面积分数平均值27.69%；在试样B的5个点中，B1点3个视场的σ相面积分数分别为12.08%、10.14%、18.29%，B2点3个视场的σ相面积分数分别为12.06%、6.08%、11.18%，B3点3个视场的σ相面积分数分别为15.09%、6.05%、23.35%，B4点3个视场的σ相面积分数分别为11.16%、5.29%、27.19%，B5点3个视场的σ相面积分数分别为14.68%、6.77%、31.29%，试样B的σ相面积分数平均值为14.35%。

为验证Pohtoshop定量测定结果准确与否，本文还利用IBAS图像分析仪测定了试样A 5个点的2号视场、试样B 5个点的1号视场的σ相面积分数，结果见表1所示。由表1结果发现，两种不同方法的检测结果间无明显差异，比较接近。

3.2 M8钢乒乓球样夹杂物颗粒尺寸测定

测定M8钢乒乓球样夹杂物颗粒尺寸时，同样需要利用扫描电镜图片及Pohtoshop软件，对于夹杂物颗粒尺寸的测定方法，上文已经叙述过，在此不做赘述。M8钢乒乓球试样中的夹杂物颗粒共7个，分别编号为1～7号，在一定的放大倍率下，测定出电镜谱图片的实际面积，并利用Pohtoshop软件的测定出夹杂物的实际断面面积及等面积圆直径，另外，在测定等面积圆直径时，本文还采用了蔡司显微镜的图像分析软件，对比两种方法的测定结果，结果显示，Pohtoshop测定结果与图像分析软件测定结果基本相同，具体见表2所示。

4 结语

本文以K23合金的σ相、M8钢乒乓球的夹杂物颗粒尺寸为实际应用案例，分析计算机图形处理软件Photoshop定量测定其SEM图像的可行性，通过与其他分析处理软件的测定结果相比刚发现，在Photoshop软件的强大功能下，能够较为准确的处理SEM图像，同时，可以定量测定感兴趣的组织或夹杂物颗粒，使其面积分数、体积分数、颗粒尺寸等更容易获取。SEM图像定量测定中，应用Photoshop软件测定精度一定，且具备快速、简单等优势，可以作为一种测定方法应用于实际中。

参考文献

[1]严顺威.浅谈计算机图形图像处理软件在平面广告设计中的应用[J].艺术科技，2015（12）：193.

[2]黄凤.计算机图像图形处理的点位预测与噪点分析[J].长沙铁道学院学报（社会科学版），2014（04）：329-330.

[3]彭瑞东，翁炜，左建平，等.数字散斑相关法在SEM观测岩石变形时的应用[J].中国矿业大学学报，2012，（04）：650-656.