CN105445100B - 一种测定冲击试样断口纤维断面率系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了测定冲击试样断口纤维断面率系统及其方法，该方法包括步骤(1)采用冲击试样断口纤维断面图像采集装置获取冲击试样断口的符合预设清晰度要求的图像；步骤(2)将获取的冲击试样断口面图像转换为冲击试样断口灰度图像，对冲击试样断口灰度图像进行增强区域特性算法处理；步骤(3)生成二值化图像；对二值化图像去除杂点，得到断口面原始截面面积和晶状区边界包围的面积；步骤(4)求取冲击试样断口面的原始截面面积与晶状区边界包围的面积的差值，再将得到的差值与冲击试样断口面的原始截面面积求取比值，获取冲击试样断口的纤维断面率。本发明能够自动寻找晶状区边界，提高了工作效率。

Description

一种测定冲击试样断口纤维断面率系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种测量系统，尤其涉及一种测定冲击试样断口纤维断面率系统及其方法。

背景技术

冲击试样断口纤维断面率是评定构件抗冲击断裂能力的重要参数，为改进设计及加工工艺、合理选材等指明方向。传统测定冲击断口纤维断面率的方法有对比法和游标卡尺测定法，对比法：把试样断口与国家标准中所给的纤维断面率图谱相比较，估算出纤维断面率。游标卡尺测定法：把试样断口晶状区视为矩形或梯形，测量长度后查表，计算出纤维断面率。这两种方法属于间接估算法，容易受人为因素的影响且测定结果偏差较大。

随着计算机和图形处理技术的发展，人们开始利用CMOS相机采集冲击断口图像，通过专业图像处理软件，测定纤维断面率。目前利用图像处理测定冲击试样断口纤维断面率系统由冲击试样放置平台、CMOS相机、相机调焦装置和图像处理软件，在对图像处理寻找晶状区边界时，通过手动画出，然后测定出纤维断面率。在放置试样与CMOS相机镜头中心线保持重合时，需要测量人员手动移动试样调整位置，耗费时间，而且位置偏差较大，影响测量精度。在测定一系列试样断口时，手动寻找晶状区边界会使测量人员的劳动强度加大，且工作效率低。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种测定冲击试样断口纤维断面率系统及其方法。该系统具有高效、自动和精确的显著优点，不需要测量人员手动移动试样调整位置，只需调整平台，大大提高了工作效率和测量精度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种测定冲击试样断口纤维断面率系统，包括：

冲击试样断口纤维断面图像采集装置，其包括底板，所述底板上设置有立柱和二维平台，所述立柱上安装有调焦装置，所述调焦装置还与相机相固定；所述二维平台设置有旋转台；

所述冲击试样断口纤维断面图像采集装置将采集的纤维断面图像传送至中央处理器进行处理，并得到冲击试样断口的纤维断面率。

所述立柱上还安装有照明装置。

所述二维平台上还设置有挡板。

所述调焦装置通过调焦旋钮与立柱固定连接。

所述旋转台通过移动旋钮与二维平台相连接。

一种测定冲击试样断口纤维断面率系统的测定方法，包括：

步骤(1)：采用冲击试样断口纤维断面图像采集装置获取冲击试样断口的符合预设清晰度要求的图像；

步骤(2)：将获取的冲击试样断口面图像转换为冲击试样断口灰度图像，对冲击试样断口灰度图像进行增强区域特性算法处理；

步骤(3)：对步骤(2)处理后图像进行自动分色，生成二值化图像；对二值化图像去除杂点，提取冲击试样断口面边界和晶状区边界，进而得到断口面原始截面面积和晶状区边界包围的面积；

步骤(4)：求取冲击试样断口面的原始截面面积与晶状区边界包围的面积的差值，再将得到的差值与冲击试样断口面的原始截面面积求取比值，最终获取冲击试样断口的纤维断面率。

所述步骤(2)中对冲击试样断口灰度图像进行增强区域特性算法处理的过程为：

根据晶状区和纤维区的特性，任选冲击试样断口灰度图像中的一个像素点；

以选定的像素点为中心，在冲击试样断口灰度图像中的预设区域内，构建并搜索水平线、垂直线以及与水平线和垂直线均成45度夹角的直线上像素点的灰度值；

若搜索到的像素点灰度值在某一方向两端灰度值之间，则在此方向两像素间的像素点的灰度值升高，用于增加晶状区和纤维区的对比度。

所述步骤(3)中，采用OTSU算法对步骤(2)处理后图像进行自动分色，生成二值化图像。

本发明的有益效果为：

(1)本发明根据区域特性的不同，采用区域特性增强算法，使晶状区与纤维区特性增强，晶状区域内灰度值较高，纤维区域的灰度值较低，两个区域的对比区分明显。

(2)本发明采用自动分色处理，自动确定划分晶状区与纤维区的灰度值，此处理方法能够依据不同断口图像的灰度分布，确定不同的灰度值，得到较准确的断口纤维断面率。

(3)本发明在测量较多试样时，能够自动寻找晶状区边界，减小了测量人员的劳动强度，提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明的冲击试样断口纤维断面图像采集装置的结构示意图；

图2是本发明的测定冲击试样断口纤维断面率系统的测定方法流程示意图；

图3是断口图像灰度图；

图4是区域特性增强算法处理的图像。

其中，1.相机；2.调焦旋钮；3.调焦装置；4.照明装置；5.立柱；6.挡板；7.移动旋钮；8.旋转台；9.二维平台；10.底板。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

本发明的测定冲击试样断口纤维断面率系统，包括：

冲击试样断口纤维断面图像采集装置，所述冲击试样断口纤维断面图像采集装置用于采集设置于旋转台上的冲击试样断口的纤维断面图像并传送至中央处理器，所述中央处理器用于对获取的图像进行灰度、区域特征增强、二值化以及去噪处理，提取纤维断面的晶状区边界，最终求取冲击试样断口的纤维断面率。

如图1所示，冲击试样断口纤维断面图像采集装置，包括底板10，所述底板10上设置有立柱5和二维平9台，所述立柱5上安装有调焦装置3，所述调焦装置3还与相机1相固定；所述二维平台9设置有旋转台8。

其中，立柱5上还安装有照明装置4。照明装置4用于增强晶状区域的亮度，利于后续图像处理。

二维平台9上还设置有挡板6。挡板6用于阻挡外部自然光对冲击断口的影响。

调焦装置3通过调焦旋钮2与立柱5固定连接。立柱5用于调整相机1的位置，相机1采集试样断口图像，调焦装置3用于相机调焦，获取清晰的断口图像。

旋转台8通过移动旋钮7与二维平台9相连接。二维平台9用于调整XY水平方向的位置，保证断口中心与相机镜头中心尽量在一条直线上，提高测量结果的精度。

其中，试样断口的缺口方向朝下，旋转平台8用于控制断口缺口的方向。

本发明的测定冲击试样断口纤维断面率系统的测定方法，包括：

将试样断口放置在旋转台8上，调整调焦装置3到立柱5合适的位置，将调焦旋钮2调整到断口图像清晰的位置，手动调整移动旋钮7，使断口图像中心与镜头中心重合，然后调整旋转台8，使试样断口的缺口方向朝外。控制相机1采集断口图像，转换为灰度图像，如图3所示，区域特性增强算法对处理后的图像，如图4所示，然后再自动分色，去除杂点，提取边界计算出纤维断面率。

如图2所示，测定冲击试样断口纤维断面率系统的测定方法，具体包括：

步骤(1)：将试样断口放置在旋转台上，调整调焦装置以及调焦旋钮，直至获取冲击试样断口的符合预设清晰度要求的图像；

步骤(2)：将获取的冲击试样断口面图像转换为冲击试样断口灰度图像，对冲击试样断口灰度图像进行增强区域特性算法处理；

步骤(3)：对步骤(2)处理后图像进行自动分色，生成二值化图像；对二值化图像去除杂点，提取冲击试样断口面边界和晶状区边界，进而得到断口面原始截面面积和晶状区边界包围的面积；

步骤(4)：求取冲击试样断口面的原始截面面积与晶状区边界包围的面积的差值，再将得到的差值与冲击试样断口面的原始截面面积求取比值，最终获取冲击试样断口的纤维断面率。

其中，步骤(2)中对冲击试样断口灰度图像进行增强区域特性算法处理的过程为：

根据晶状区和纤维区的特性，任选冲击试样断口灰度图像中的一个像素点；

以选定的像素点为中心，在冲击试样断口灰度图像中的预设区域内，构建并搜索水平线、垂直线以及与水平线和垂直线均成45度夹角的直线上像素点的灰度值；

若搜索到的像素点灰度值在某一方向两端灰度值之间，则在此方向两像素间的像素点的灰度值升高，用于增加晶状区和纤维区的对比度。

步骤(3)中，采用OTSU算法对步骤(2)处理后图像进行自动分色，生成二值化图像。

在步骤(1)中，对采集的冲击断口图像转换为灰度图像，由于采集的图像为彩色图像，彩色图像的每个像素颜色由红、绿、蓝三个分量组成，此步骤把每个像素颜色转换为单一分量表示，即为灰度值，其范围为0～255，0表示黑色，255表示白色。

在步骤(2)中，冲击试样断口的晶状区的特征为金属光泽的放射状，纤维区特征为无光泽暗灰色，根据晶状区和纤维区的特性不同，对冲击试样断口灰度图像进行增强区域特性算法处理。

在步骤(3)中，对增强区域特性算法处理的图像进行自动分色，即用OTSU算法：

计算图像的灰度值均值u，然后选择一个灰度值t，计算出大于t的像素点所占图像全部像素点的比例w0，均值为u0，小于t的像素点所占图像全部像素点的比例w1，均值为u1，t的范围为0～255，使目标函数为：g(t)＝w0*(u0-u)^2+w1*(u1-u)^2取得全局最大值，确定灰度值t。使灰度值小于t的像素变为0，大于等于t的像素变为255，生成二值化图像。

进一步对二值化图像，去除杂点，即为不属于晶状区域的白色部分，提取晶状区边界，即为晶状区与纤维区的边界，进而计算出纤维断面率。

计算出纤维断面率的公式如下：

其中，C为试样缺口处的原始截面面积，C₀为晶状区域的面积。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1.一种测定冲击试样断口纤维断面率系统的测定方法，其特征在于，包括：

步骤(1)：采用冲击试样断口纤维断面图像采集装置获取冲击试样断口的符合预设清晰度要求的图像；

步骤(2)：将获取的冲击试样断口面图像转换为冲击试样断口灰度图像，对冲击试样断口灰度图像进行增强区域特性算法处理；

步骤(3)：对步骤(2)处理后图像进行自动分色，生成二值化图像；对二值化图像去除杂点，提取冲击试样断口面边界和晶状区边界，进而得到断口面原始截面面积和晶状区边界包围的面积；

步骤(4)：求取冲击试样断口面的原始截面面积与晶状区边界包围的面积的差值，再将得到的差值与冲击试样断口面的原始截面面积求取比值，最终获取冲击试样断口的纤维断面率；

所述步骤(2)中对冲击试样断口灰度图像进行增强区域特性算法处理的过程为：

根据晶状区和纤维区的特性，任选冲击试样断口灰度图像中的一个像素点；

以选定的像素点为中心，在冲击试样断口灰度图像中的预设区域内，构建并搜索水平线、垂直线以及与水平线和垂直线均成45度夹角的直线上像素点的灰度值；若搜索到的像素点灰度值在某一方向两端灰度值之间，则在此方向两像素间的像素点的灰度值升高，用于增加晶状区和纤维区的对比度；

所述步骤(3)中，采用OTSU算法对步骤(2)处理后图像进行自动分色，生成二值化图像。