摘 要

在金相分析的技術上以及準確性上，數字圖像處理技術又進入了一個新的發(fā)展領域，當然也在材料科技學科給予了一種全新的研究方式。這篇文章就是把數字圖像處理技術投入到金相應用中來，對這樣的跨方向的科技創(chuàng)新開展了深入的剖析。這篇文章的主要內容就是將圖像處理技術使用到定量金相剖析中來，而且使用VisualC++6.0編程來研究了金相構成計算機剖析系統(tǒng)。這篇文章勾勒出了金相圖像分析系統(tǒng)的大致的結構和使用方式、創(chuàng)新圖像預處理的算法等，并且說明這些結構的最終用處是配合金相圖像的研究工作。

【關鍵詞】金相分析 圖像處理 圖像分割 金相參數檢測

1 緒論

在國外，金相圖像自動分析系統(tǒng)的探索要比我們國家投入研究的早。早在1960年左右，就有很多生產商抓住商機將其投入到生產中。這類產品有很多，如英國劍橋儀器企業(yè)的T系列、美國Buahc&Lomb公司的QMs系列等等，這樣的比較有年代感的商品使用了光導管掃描裝置來獲得圖像，量化級別相對較低，就像QTM，只有64級灰度。

數字圖像處理在許多的領域都投入使用，而且也已經在人民群眾的生活中得到普及，在國家的安全方面以及經濟進步方面、日常的生活中也越來越發(fā)揮不可替代的作用。以后的圖像處理技術也會在應用以及研究中得到進步。而且進步的方向大致有四個領域。必將向著快速、高分辨率以及多媒體化、立體化、科技化和高性能化這樣的領域逐步前進，實時圖像處理的思想以及探索也會不斷地得到完善。

2 計算機定量金相分析系統(tǒng)設計

2.1 硬件系統(tǒng)結構

一般情況下，計算機定量金相分析系統(tǒng)的主要工作就是使用圖像采集卡來對各種圖片進行收集，所收集到的圖片大部分都是電子顯微鏡下看到的圖片，而且把它變換為數字圖像，然后在儲存到硬盤里；另外一種方式就是通過數碼照相機拍攝到的圖片，保存到電腦中，目的是為了接下來的研究以及剖析；與此同時還使得計算機能簡單的完成顯示以及處理任務。系統(tǒng)的硬件結構如圖1所示。

2.2 軟件系統(tǒng)構造

2.2.1 面向對象的程序研究方案

在一般的結構化程序研究中就是將軟件劃分為各個部分的模塊來完成的，這樣能夠將程序框架變得更加的清楚，有利于研究以及優(yōu)化，然而模塊之間不是所謂意義上的各個獨立。然而其內部之間都是有非常錯綜復雜的關聯(lián)。所以很明顯這樣以編碼為中心的比較基礎的結構化程序構建方式早就不符合要求。然而一定會使用面向對象的語言來完成。其最重要的特點如下：

（l）對象的類描述；

（2）封裝性；

（3）多態(tài)性；

（4）繼承性。

2.2.2 本軟件構造的根本思想

本軟件使用的是軟件工程模型的線性模型，即使這個軟件太過于簡單和不可實現性，早就無法適應和滿足當前軟件發(fā)展的需求了。然而，相關設計人員在設計本軟件的時候，就充分考慮到了這個問題，并建立了線性模型，具體如圖2。

軟件的最本質的性能以及由于對軟件優(yōu)化以及保護需求，本軟件系統(tǒng)大體設計思路如下所示：

（1）文件儲存；

（2）金相參數評估；

（3）圖像處理；

（4）圖像預處理；

（5）框架與結構；

（6）幫助功能。

圖3是軟件結構，圖4是界面設計。

2.2.3 編程環(huán)境

從整體上說，C語言并不是一個單純只面向對象的語言，其中包含有大量的概念機制，能夠對對象概念進行編程；Visua1C++這個平臺具有三個明顯的特點，分別是高度集成、交互和可視化編程，所以在選擇本軟件編程環(huán)境的時候，毫不猶豫地選擇了ViusalC++.60。該系統(tǒng)能夠讓用戶直接使用代碼，而不需要考慮具體的使用細節(jié)，這樣一來，使用者就可以將更多地精力放在圖像處理的算法方面，這樣程序的設計效率得到了大幅度提升。MFC庫具有非常多的功能，通過MFC庫寫出的程序，維護、移植、擴充等都非常簡單。

2.2.4 具體實現設計

系統(tǒng)用到的設計主要包括：

（1）應用類；

（2）主框架類；

（3）子框架類；

（4）視圖類；

（5）文檔類；

（6）處理圖像類；

（7）金相組織類。

本軟件處理的對象主要集中在設備無關位圖（DIB）方面，但是在MFC庫中卻沒有專門針對該類型的類，并且在整個Win32SDKAPI中，涉及到的處理函數數量非常少，基本上無法滿足處理的具體要求。所以在本軟件的設計中，專門設計了CDib。但是在MFC庫中，已經有了一個可以對設備相關位圖（DDB）進行操作的ciBtm。原先計劃把該類當成父類，通過父類派生輸出具體的CDib，但是如果從長遠發(fā)展的角度來看，這種做法并沒有太大的用處。不僅如此，cobject類還有兩個不得不說的優(yōu)點，那就是最低限度的成員數據和函數，派生花費得到了大大的降低。

3 金相圖像預處理技術及其實現

3.1 圖像的數據結構和運算

圖形的畫面存儲形式具有非常明顯的特點，根據這個特點可以很輕松地對其進行區(qū)別：圖像不是矢量結構，而是柵格結構的。所謂柵結構就是將圖像均勻地分成若干個柵格（像素），并對每一個柵格的光度值進行了記錄；像素的坐標通常會有規(guī)則地進行隱藏，并呈規(guī)則排列，最常見的一種排列方式就是矩陣排列。由此圖像可用基于位置坐標的三維函數來表示：

圖像的形式有兩種，即黑白和彩色。黑白圖像就是說在該圖像中，每一個點都不是彩色的，而是紅、綠、藍顏色平等地分布開來，即

對于黑白圖像來說，f（x，y）所代表的是（x，y）所在點的灰度值。

計算機只能夠對一些離散的數據進行處理，所以處理那些連續(xù)圖像函數的時候，就需要事先進行掃描、采集、量化的采集工作，之后才能進行轉化，使之成為數字圖像。數字圖像的表現方式為：由采樣點的值所組成的矩陣。具體如下：

3.2 圖像的存儲格式

圖像在某種程度上可以被看成是簡單的數組，但是圖像在際存儲格式方面卻并不簡單，有著復雜多樣的格式，而且不同格式都有獨特的工作機理和優(yōu)缺點。本系統(tǒng)的圖像格式為BMP格式，這是一種比較常用的一種格式。該格式也被稱為位圖（DIB），和設備沒有任何關系，有時候還會以BMP或者DBI為后綴。其結構如圖5。

3.3 圖像處理及其功能和原理

數字圖像技術主要有兩種目的，第一個目的是讓人能更清晰地看到圖像，第二個目的就是讓圖像的內容能夠更明確清楚地展現出來。第一種被稱為圖像處理，通常會經過變換和增強濾波和信噪比來實現；有些圖像信息微弱，對于這種圖像來說，最好的辦法就是進行灰度變換，提高對比度；對于那些非常模糊的圖像來說，如果想要實現圖像的恢復，那么就需要進行相應的幾何校正工作。通過這些處理的辦法，可以在很大程度上改善圖片的質量，讓人更容易識別。第二種被稱為圖像分析或圖像識別。這種方式進行的基礎是圖像處理，在一些數學理念的基礎上對圖像進行區(qū)域分割、，并對其中的特征進行提取，之后，通過定量的描述建立起參數關系，從而為進一步分類和測量提供參考。

在金相圖像的分析中，出現了很多灰度差異的問題。造成這種問題的主要原因在于，金相試樣制備是殘留了過多的磨痕、拋光粉等異物。這種情況還會造成圖像分析的誤差，因此，就需要進行圖像增強和平滑銳化等預處理。

4 結論與展望

在計算機圖像處理技術發(fā)展的同時，逐漸和材料學進行了融合，并出現了金相組織計算機分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)的出現時必然的，是充分結合了計算機技術、圖像處理、定量金相等技術的綜合性系統(tǒng)。該系統(tǒng)涉及的技術較多，所以在很多的時間內并不能做到盡善盡美，其中還存在很多問題需要我們一起去研究：

（1）軟件問題：很多軟件的功能還需要進一步地進行加強并提升其功能，尤其是金相參數測量方面。

（2）在理論方面，要將重點放在圖像分割方面。金相圖像是個微觀顯示圖像，弱邊緣的問題非常明顯，所以，不能用通常情況下采用的邊緣檢測方式來進行。

（3）在圖像分割技術的支持下，模式識別將會實現對金相組織的自動識別。綜上所述，隨著我國機械行業(yè)的不斷向前發(fā)展，對材料的性能要求也日益增強，在金相分析中也出現了很多圖像處理技術，共同推動其不斷向前發(fā)展。

參考文獻

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作者簡介

劉靜（1982-），女，江蘇省泰興市人。2009年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學計算機科學與技術專業(yè)，工程碩士學位?，F為江蘇聯(lián)合職業(yè)技術學院徐州財經分院信息技術系教師、講師。研究方向為計算機應用。

作者單位

江蘇聯(lián)合職業(yè)技術學院徐州財經分院信息技術系 江蘇省徐州市 221008