金相显微镜对于图像晶粒度的预处理

金相分析是对金属进行研究和性能测试的重要手段，在显微镜下观察，绝大多数的金属材料是由许多细小的晶粒组成。传统的材料学理论认为，晶粒细小材料的常规力学性能如拉伸强度、韧性、塑性等均相对较好；晶粒的尺寸还会影响金属的疲劳强度。因此，在金属性能分析中，晶粒尺寸（即晶粒度）的估算显得十分重要。
金属是由许多大小各异的微小晶粒组成，晶粒与晶粒之间由晶界分隔开，由于金属中的晶粒个体大小各异，而晶粒个体通常不能决定金属的性能，分析某粒晶粒的大小因而没有特别意义，晶粒度往往表征的是晶粒的平均尺寸。
由于金相显微镜原始图像往往存在噪声，晶粒与晶界间大多数情况下不是很清晰，不便于计算机分析，因此，有必要在计算机自动分析前进行适当的预处理。
1、晶粒计数
单位面积中晶粒的数量与晶粒的尺寸有关，晶粒的大小对金属的拉伸强度、韧性、塑性等机械性质有决定性的影响。因此，晶粒的计数在金相分析中具有相当重要的意义。
所谓填充剔除计数法，就是根据行或列扫描图像，当*次碰到一个物体（白色）时，计数器加一，且将该物体填充为别的颜色（黑色），以后再扫描到该物体时，扫描程序不再将其当作物体，即该物体在一次计数后就被剔除，从而保证了该物体被计数一次。
由于细化后的晶界是八连通的网状线条，因此，应用填充剔除计数法时，必须注意选用四连通的方式填充晶粒。
2、晶粒度估算
金属晶粒的尺寸（或晶粒度）对其在室温及高温下的机械性质有决定性的影响，晶粒尺寸的细化也被作为钢的热处理中zui重要的强化途径之一。因此，在金属性能分析中，晶粒尺寸的估算显得十分重要。
3、晶粒面积估算
在平面图像中，晶粒的晶粒度有时由其面积来表征。晶粒的面积定义为：在数字图像中，晶粒的面积就是其所占的像素数。
单个晶粒的面积没有实际意义，但一定区域中所有晶粒的平均面积却可以用来反映金相的晶粒度。其晶粒的平均面积可以用下式来粗略估算：ASG=（S-PB）/N，其中ASG代表晶粒的平均面积，S为图像的大小，PB为晶界所占的总像素，N为图像中晶粒的颗数，S=128×128，N=85，PB可由晶界跟踪算法统计获得，其值为1862，故ASG=170.8个像素。
分析可知，图像边界处的许多晶粒是不完整的，将它们用在统计数据中是不的，往往会造成平均面积变小，因此，为了克服这一缺点，更的统计方法是剔除不完整的晶粒，然后求出所有完整晶粒面积的平均值。
图像边界处的不完整晶粒可以这样剔除：图像向四周各扩展一个白像素点，使图像边界处的不完整晶粒成为一个连通的整体，然后将其填充为黑色。由于白色的封闭区域是晶粒，因此被填充为黑色的不完整晶粒将不被统计。
4、晶粒直径估算
更多时候，晶粒尺寸是由其直径来表征的。例如，许多金属的屈服应力sy和晶粒直径d之间满足Hall—Petch关系：
式中s0和ky为常数。可见，晶粒直径的计算是很有必要的。

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（王春晓）
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