CN101964293B

CN101964293B - 一种金相显微组织图像处理方法

Info

Publication number: CN101964293B
Application number: CN201010262281XA
Authority: CN
Inventors: 刘雄飞; 孙智君; 侯春梅; 张爽; 董晓峰; 郭子静; 陆琪
Original assignee: Xian Aviation Power Co Ltd
Current assignee: AECC Aviation Power Co Ltd; AVIC Aviation Engine Corp PLC
Priority date: 2010-08-23
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2030-08-23
Also published as: CN101964293A

Abstract

本发明属于理化检测技术，涉及对金相显微组织图像处理方法的改进。处理的步骤如下：通过电子显微镜采集金相图片，规定金相图片的图像模式，对变换到HIS模式的图像进行图像滤波，对滤波后的图像进行Hotelling变换，采用人工神经网络聚类算法处理图像，图像特征提取，计算提取后的所有晶粒元素中的像素点的个数，得到晶粒的面积百分比。本发明大大提高了处理效率和分析精度。

Description

一种金相显微组织图像处理方法

技术领域

本发明属于理化检测技术，涉及对金相显微组织图像处理方法的改进。

背景技术

目前，金相电子显微镜采用传统的数字图像分析方法是依赖试验人员经验进行金相图像分析，具体分析方法是：将同一金相显微图片打印出数十份称重，然后将其中的晶粒部分抠出再次称重，最后通过计算晶粒部分的重量占总重量百分比的方法计算晶粒的面积百分比。这种人工处理方法的缺点是：处理效率和分析精度不高。另外，还有采用数字图像处理软件对金相显微组织图像进行处理的方法，其缺点是：现有的数字图像处理软件在实际应用中无法自动识别图像中的干扰项，无法自动剔除图像干扰，处理精度低。

发明内容

本发明的目的是：提出一种处理效率和分析精度高的金相显微组织图像处理方法。

本发明的技术方案是：一种金相显微组织图像处理方法，处理的步骤如下：

1、通过电子显微镜采集金相图片，图片分辨率不低于800×600；

2、规定金相图片的图像模式：将电子显微采集的金相图片的图像模式由RGB模式转换为HIS模式；

2.1、对RGB三色信号做归一化处理：归一化处理的具体方法是：将图像中任意像素点RGB三色信号色度值的除以该像素点的Bit值，得到图像所有像素点数值在0～1之间的归一值；

2.2、对进行RGB模式到HIS模式的转换，转换公式如下：

I＝1/3(R+G+B)............................................................[1]

S＝1-3[min{R，G，B}]/(R+G+B)..........................................[2]

H＝arccos{1[(R-G)+(R+B)]/2[(R-G)²+(R-B)(G-B)]^1/2}...............[3]

上面三式中：I表示亮度，S表示饱和度，H表示色度；

3、对变换到HIS模式的图像进行图像滤波：采用Epanechnikov小波函数均值平移向量的方法，对HIS模式的图像进行滤波，具体方法是：以任意像素点为中心像素点，计算中心像素点周围8个像素点与该中心像素点的距离，然后，将距离小于设定阈值的像素点的平均像素值作为该中心像素点的色度值；

4、对滤波后的图像进行Hotelling变换；

5、采用人工神经网络聚类算法处理图像：具体方法是：设定一个色度阈值，将滤波后图像中的所有像素点分成两类，大于色度阈值的像素点为黑色像素点，小于色度阈值的像素点为白色像素点，将图像变为二值黑白图像；

6、图像特征提取：利用数学形态算法进行图像特征提取，去除比晶粒结构元素小的图像细节；

7、计算提取后的所有晶粒元素中的像素点的个数，然后将晶粒元素的像素点个数除以图像的总像素点个数，即可得到晶粒的面积百分比。

本发明的优点是：大大提高了处理效率和分析精度。与人工处理方法相比，处理效率提高了100倍以上，分析精度比人工处理方法和数字图像处理软件处理方法提高了20％以上。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。一种金相显微组织图像处理方法，处理的步骤如下：

现有的电子显微采集金相图片为RGB模式图片(红、绿、蓝三色组成)，由于RGB三个分量的相关性很强，例如当光线发生变化时，RGB三个分量将同时发生变化。因此，检测结果与转换为灰度图像后的检测结果相比变化不大。为了克服RGB颜色空间的不均匀和不直观的缺点，在彩色图像处理中可以采用更加符合颜色视觉特性的颜色空间。HSI颜色空间便是其中的一种，HSI颜色空间是从人的视觉感知角度建立的。H为色度，是描述纯色的属性；S为饱和度，给出一种纯色被白光稀释的程度的度量；I为亮度，是视觉对光刺激的亮度响应。HSI颜色空间在彩色图像中从携带的彩色信息(色度和饱和度)里消去强度分量的影响，因此这种颜色空间对人来说是自然的、直观的。

2.2、对进行RGB模式到HIS模式的转换，转换公式如下：

I＝1/3(R+G+B)............................................................[1]

S＝1-3[min{R，G，B}]/(R+G+B)..........................................[2]

H＝arccos{1[(R-G)+(R+B)]/2[(R-G)²+(R-B)(G-B)]^1/2}...............[3]

上面三式中：I表示亮度，S表示饱和度，H表示色度；

3、对变换到HIS模式的图像进行图像滤波：采用Epanechnikov小波函数均值平移向量的方法，对HIS模式的图像进行滤波，具体方法是：以任意像素点为中心像素点，计算中心像素点周围8个像素点与该中心像素点的距离，然后，将距离小于设定阈值的像素点的平均像素值作为该中心像素点的色度值；参见《数字图像处理与分析实例教程》(赵书兰主编化学工业出版社2009年版222-234页)

4、对滤波后的图像进行Hotelling变换；

将Hotelling变换应用到金相显微图像各像素数据值组成的数据集合，将颜色进行降维处理即将色彩空间将三维降到二维。应用此变换降维后，晶粒的图形与周围背景的可区分度并没有降低，同时带来了数据运算量的大幅度减少。详细算法参见《数字图像处理》(朱秀昌主编北京邮电大学出版社2002年版51-52页)。

6、图像特征提取：利用数学形态算法进行图像特征提取，数学形态学算法是应用在模式识别领域的算法，用独立的变换和数学概念描述图像基本特征，去除比晶粒结构元素小的图像细节；详细算法参见《数字图像处理》(朱秀昌主编北京邮电大学出版社2002年版144-145页)。

实施例

通过对一组金相显微晶粒图片进行分析得到如下数据：

使用方法分析用时分析结果误差；

人工分析方法 2小时约为20％；

现有软件分析方法 30分钟约为10％；

本发明方法 10分钟约为5％。

Claims

1.一种金相显微组织图像处理方法，处理的步骤如下：

1.1、通过电子显微镜采集金相图片，图片分辨率不低于800×600；

1.2、规定金相图片的图像模式：将电子显微采集的金相图片的图像模式由RGB模式转换为HIS模式；

1.2.1、对RGB三色信号做归一化处理：归一化处理的具体方法是：将图像中任意像素点RGB三色信号色度值的除以该像素点的Bit值，得到图像所有像素点数值在0～1之间的归一值；

1.2.2、对进行RGB模式到HIS模式的转换，转换公式如下：

I＝1/3(R+G+B)............................................................[1]

S＝1-3[min{R，G，B}]/(R+G+B)..........................................[2]

H＝arccos{1[(R-G)+(R+B)]/2[(R-G)²+(R-B)(G-B)]^1/2}............[3]

上面三式中：I表示亮度，S表示饱和度，H表示色度；

1.3、对变换到HIS模式的图像进行图像滤波：采用Epanechnikov小波函数均值平移向量的方法，对HIS模式的图像进行滤波，具体方法是：以任意像素点为中心像素点，计算中心像素点周围8个像素点与该中心像素点的距离，然后，将距离小于设定阈值的像素点的平均像素值作为该中心像素点的色度值；

1.4、对滤波后的图像进行Hotelling变换；

1.5、采用人工神经网络聚类算法处理图像：具体方法是：设定一个色度阈值，将滤波后图像中的所有像素点分成两类，大于色度阈值的像素点为黑色像素点，小于色度阈值的像素点为白色像素点，将图像变为二值黑白图像；

1.6、图像特征提取：利用数学形态算法进行图像特征提取，去除比晶粒结构元素小的图像细节；

1.7、计算提取后的所有晶粒元素中的像素点的个数，然后将晶粒元素的像素点个数除以图像的总像素点个数，即可得到晶粒的面积百分比。