JP4524494B2

JP4524494B2 - 金属材料の結晶組織検査支援装置および支援方法

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Publication number: JP4524494B2
Application number: JP2005113549A
Authority: JP
Inventors: 俊之吉田; 美明冨田; 幸三金田
Original assignee: University of Fukui
Current assignee: University of Fukui
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2005-04-11
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2025-04-11
Also published as: JP2006292544A

Description

本発明は、金属材料の結晶組織の諸性質の評価技術の改良、更に詳しくは、撮影した結晶粒の原画像に不可避的に含まれる雑音成分や途切れ部分を電気回路シミュレーションを巧みに利用したアルゴリズムを用いることによって修正処理し、本来のエッジ画像処理に適した「watershed法」の性能を十分に活用して、高精度な画像処理をすることができる金属材料の結晶組織検査支援装置および支援方法に関するものである。

結晶組織の物理的性質（例えば、金属材料における疲労強度＜fatigue-strength＞など）や化学的性質あるいは機械的諸性質を評価するためには、光学顕微鏡によって結晶粒度の大小を測定する方法が採用されており、具体的には、ＪＩＳ規格における試験方法（例えば、JIS G 0551、JIS G 0552）があり、拡大画像（図８参照）に示された結晶粒の分布状態とＪＩＳ規格に定められた粒度標準チャートとを比較して、その粒度番号を求めるというものである。

従来、かかる比較作業にあっては、材料の結晶粒同士の境界線の有無や形状を判断する必要があるため、人間が視覚によって直接判断していたが、作業時間および人件費コストがかかってしまうという問題があったことから、コンピュータを用いた画像処理を行うことにより自動化すべく計測方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

かかる画像処理の際には、まず、撮影した原画像における結晶粒の境界を正確に認識しなければならないのであるが、原画像には雑音成分（ノイズ）や、結晶粒の境界線における途切れ部分が不可避的に発生することが問題となり、従来の計測方法にあっては、これらの部分が無視されてしまい、正確な測定ができないという問題があった。

そこで、原画像における結晶粒の境界を明確に把握するために好適と思われる画像処理法の一つとして、画像エッジ（境界線）の輝度を地形に見立て、その地形を水中に沈める過程をシミュレートすることによって静止画像の領域分割を行う「watershed（分水嶺）法」と呼ばれる領域拡張法をベースとするアルゴリズムを用いた画像処理方法が知られている。

しかしながら、かかる「watershed法」を、原画像に直接適用して処理すると、前記の雑音成分や途切れ部分を誤って認識してしまい、領域分割処理において過剰に細分化されてしまったり、あるいは、逆に、エッジの途切れ部分を、本来２つの領域に分割されるべき部分であるのに誤って統合され、単一領域として統合されてしまうなどの誤処理が多発してしまい、非常に精度が悪く、現状からは程遠い結果しか得られないという不満があった。

したがって、このような測定結果に基づいて試験方法を実施したとしても、対象となる結晶組織の正確な危険度評価ができず、例えば、金属材料における金属疲労などの発見が看過されて、材料の破断事故などを引き起こしてしまうおそれがある。
特開平８−１０１１１４号公報（第３−５頁、図１−７）

本発明は、従来の金属材料の結晶組織の諸性質を評価方法に上記のような問題があったことに鑑みて為されたものであり、撮影した結晶粒の原画像に不可避的に含まれる雑音成分や途切れ部分を電気回路シミュレーションを巧みに利用したアルゴリズムを用いることによって修正処理し、本来のエッジ画像処理に適した「watershed法」の性能を十分に活用して、高精度な画像処理をすることができる金属材料の結晶組織検査支援装置および支援方法を提供することを技術的課題とする。

本発明者が上記課題を解決するために採用した手段を添付図面を参照して説明すれば次のとおりである。

即ち、本発明は、金属材料の結晶組織の物理的・化学的あるいは機械的諸性質を評価するための検査支援装置であって、
顕微鏡11によって前記金属材料を拡大して、結晶粒Ｓから成る結晶組織の原画像Ｐを撮影可能な撮影手段１と；この撮影手段１から前記原画像Ｐのデータを受信可能なコンピュータ２とを含んで構成されており、
このコンピュータ２が受信した原画像Ｐの画素の輝度は、輝度検出手段21によって検出され、かつ、エッジ抽出手段22によって、近接する画素同士の輝度の差あるいは白黒画素の反転によって前記原画像Ｐに含まれる各結晶粒Ｓのエッジが抽出可能であると共に、このコンピュータ２は電気回路シミュレータ手段23を含み、
この電気回路シミュレータ手段23には、前記原画像Ｐの各画素を抵抗値に変換した仮想電気回路が構築され、かつ、この仮想電気回路に電圧を印加して回路内の電流分布を求めるシミュレーションが行われて、前記各画素に対応する抵抗に流れる電流量が演算可能であり、かつ、
これら各画素の電流量と、前記原画像Ｐの画素全体としての前記電流量の最大値および最小値とに基づいて前記各画素の仮輝度値ｄを導き、こうして導かれた仮輝度値ｄに対し閾値処理して前記各画素の輝度値Ｄを測定し、
この輝度値Ｄに基づいて、原画像Ｐ内に撮影された前記結晶粒Ｓの境界線の途切れ部分が補間され、かつ、原画像Ｐ内に撮影された雑音成分が除去されることにより、原画像Ｐ内の結晶粒エッジが補間／強調修正され、こうして処理された補間画像に基づいてwatershed（分水嶺）法による画像処理が行われて、結晶粒が領域分割された領域分割画像Ｑが描画手段24により描画可能であり、
当該領域分割画像Ｑにおける結晶粒の分布と結晶粒度標準図とを比較することにより、結晶粒の粒度番号を求めることができるようにするという技術的手段を採用することによって、金属材料の結晶組織検査支援装置を完成させた。

また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、コンピュータ２の電気回路シミュレータ手段23によるシミュレーションは、原画像Ｐの一画素を互いに中央でＸ型に交差する２本の抵抗に置き換えて、これら各抵抗に画素値から計算される抵抗値を与え、これら各抵抗を隣接する全ての画素に対して相互に接続した電気回路モデルにするという技術的手段を採用した。

更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、コンピュータ２の電気回路シミュレータ手段23によるシミュレーションにおける閾値処理をヒストグラムを利用して行い、仮輝度値ｄが当該ヒストグラムにおける最頻値以下の場合には前記仮輝度値ｄが０とする一方、
前記仮輝度値ｄが前記最頻値以上の場合には前記仮輝度値ｄをあらかじめ所定の範囲に定めた輝度値Ｄに直線的に変換するという技術的手段を採用した。

更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、コンピュータ２の電気回路シミュレータ手段23による原画像Ｐの各画素を抵抗値に変換した仮想電気回路を構築し、かつ、この仮想電気回路に電圧を印加して回路内の電流分布を求めるシミュレーションを、前記原画像Ｐを所定の大きさのサブブロックに分割して、このサブブロックごとに行うという技術的手段を採用した。

また、本発明は、金属材料の結晶組織の物理的・化学的あるいは機械的諸性質を評価するための検査支援方法であって、
顕微鏡11によって前記金属材料を拡大して、結晶粒Ｓから成る結晶組織の原画像Ｐを撮影手段１によって撮影し、この撮影手段１から原画像Ｐのデータをコンピュータ２に送信し、
このコンピュータ２に送信された原画像Ｐの画素の輝度を輝度検出手段21によって検出して、かつ、エッジ抽出手段22によって、近接する画素同士の輝度の差あるいは白黒画素の反転によって前記原画像Ｐに含まれる各結晶粒Ｓのエッジを抽出すると共に、このコンピュータ２には電気回路シミュレータ手段23を含んでおり、
この電気回路シミュレータ手段23により、前記原画像Ｐの各画素を抵抗値に変換した仮想電気回路を構築し、かつ、この仮想電気回路に電圧を印加して回路内の電流分布を求めるシミュレーションを行って、前記各画素に対応する抵抗に流れる電流量を演算し、かつ、これら各画素の電流量と、前記原画像Ｐの画素全体としての前記電流量の最大値および最小値とに基づいて前記各画素の仮輝度値ｄを導き、こうして導いた仮輝度値ｄに対し閾値処理して前記各画素の輝度値Ｄを測定し、
この輝度値Ｄに基づいて、原画像Ｐ内に撮影された途切れ部分を補間し、かつ、原画像Ｐ内に撮影された雑音成分を除去することにより、原画像Ｐ内の結晶粒エッジを補間／強調修正し、こうして処理した補間画像に基づいてwatershed（分水嶺）法による画像処理を行って、結晶粒を領域分割した領域分割画像Ｑを描画手段24により描画して、
当該領域分割画像Ｑにおける結晶粒の分布と結晶粒度標準図とを比較することにより、結晶粒の粒度番号を求めて、前記性質を評価するという技術的手段を採用することによって、金属材料の結晶組織検査支援方法を完成させた。

また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、画像の各画素を抵抗に変換した回路に電圧を印加するシミュレーションとして、原画像Ｐの一画素を互いに中央でＸ型に交差する２本の抵抗に置き換え、これら各抵抗に画素値から計算される抵抗値を与え、前記各抵抗が隣接する全ての画素に対して相互に接続された電気回路モデルを用いて行うという技術的手段を採用した。

更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、コンピュータ２の電気回路シミュレータ手段23によるシミュレーションにおける閾値処理をヒストグラムを利用して行い、仮輝度値ｄが前記ヒストグラムにおける最頻値以下の場合には前記仮輝度値ｄを０とし、前記仮輝度値ｄが前記最頻値以上の場合には前記仮輝度値ｄをあらかじめ所定の範囲に定められた輝度値に直線的に変換するという技術的手段を採用した。

更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、コンピュータ２の電気回路シミュレータ手段23による原画像Ｐの各画素を抵抗に変換した回路に電圧を印加するシミュレーションを、前記画像を所定の大きさのサブブロックに分割して、前記サブブロックごとに行うという技術的手段を採用した。

本発明によれば、仮想的な電気回路シミュレーションを巧みに利用したアルゴリズムを用いることによって、本来の「watershed法」の性能を十分に活用することができ、高精度な画像処理をすることができる。

したがって、材料の諸性質（例えば、鉄鋼の金属疲労など）を正確に判断することができるので、保守点検作業などにおいて信頼の高い結果を得ることができ、安全面の向上を図ることができることから、実用的利用価値は頗る高いものがある。

本発明を実施するための最良の形態を具体的に図示した図面に基づいて更に詳細に説明すると、次のとおりである。

本発明の実施形態を図１から図７に基づいて説明する。図中、符号１で指示するものは撮影手段であり、この撮影手段１の顕微鏡11によって前記金属材料の結晶粒Ｓを拡大した原画像Ｐを撮影可能である。本実施形態では、少なくとも１００〜２００倍に拡大が可能な光学顕微鏡11を採用する。

また、符号２で指示するものはコンピュータであり、このコンピュータ２は、前記撮影手段１から前記原画像Ｐのデータを受信可能であり、常用の計算機能を具備したものを採用する（図１参照）。

しかして、本発明は、金属材料の結晶組織の物理的・化学的あるいは機械的諸性質を評価するための検査支援装置であって、その具体的な支援方法の手順を図２のフロー図に沿って以下に説明すると、まず、前記金属材料の結晶粒Ｓから成る結晶組織の原画像Ｐを撮影手段１の顕微鏡11によって撮影し（ステップ〔１〕）、この撮影手段１から原画像Ｐのデータをコンピュータ２に送信する（ステップ〔２〕）。

次に、このコンピュータ２に送信された原画像Ｐの画素の輝度を輝度検出手段21によって検出し（ステップ〔３〕）、かつ、エッジ抽出手段22によって、近接する画素同士の輝度の差、あるいは白黒画素の反転によって前記原画像Ｐに含まれる各結晶粒Ｓのエッジを抽出する（ステップ〔４〕）。

そして、前記コンピュータ２における電気回路シミュレータ手段23により、前記原画像Ｐの各画素を抵抗値に変換した仮想電気回路を構築する（ステップ〔５〕）。

〔シミュレーション具体例〕
ここで、電気回路シミュレータ23によるシミュレーションの具体例を以下に説明する（ステップ〔５−１〜５−５〕）。

まず、図３（ａ）に示すエッジ画像は、直線状に延びる１本のエッジｅと、エッジとして検出されたノイズ成分ｎとからなり、このエッジｅの途中には途切れ部分ｂが含まれているものとする。この図３（ａ）のエッジ画像における、エッジｅとｎの輝度分布を、仮想的な抵抗フィルムｆ上に抵抗値として配置してモデル化したものを図３（ｂ）に示す。なお、かかるモデルでは、エッジｅとｎに対応する部分の抵抗を相対的に小さく設定し、他の部分の抵抗を相対的に大きく設定している。

そして、前記抵抗フィルムｆのＡ―Ａ’とＢ―Ｂ’で示す端部に電極を取り付け、図３（ｃ）に示すように、Ａ―Ａ’とＢ―Ｂ’の間に電圧源ｇを接続し、抵抗フィルムｆに電圧Ｖを印加して電流Ｉを流す（ステップ〔５−１〕）。電流は抵抗値が低い部分に向かって流れる性質があるため、電流Ｉは抵抗値が低いエッジｅに沿って流れる。

この際、印加された電圧のほとんどはエッジｅの途切れた部分ｂに集中するため、抵抗値が相対的に高いエッジｅの途切れ部分ｂにも、少量の電流Ｉが流れる。逆に、ノイズ成分ｎには、このノイズ成分ｎ自体の抵抗値が低いにもかかわらず、周囲が抵抗値の相対的に高い部分に囲まれているため、電流Ｉはほとんど流れない。

そして、図３（ｄ）は、抵抗フィルムｆ上における電流Ｉの分布を示したものであり、エッジｅの途切れ部分ｂにも少量の電流Ｉが流れるため、この電流Ｉの値を検出して、輝度へ再び変換することにより、当該途切れ部分ｂを補間することができると共に、ノイズ成分ｎが抑圧された新たなエッジ画像を得ることができ、この点が最大の特徴でもある。

次に、本実施形態のシミュレーションにおいて用いる仮想電気回路について説明する。前記電気回路シミュレーションは、図４に示す構成要素のように、各画素を互いが中央でＸ型に交差する２本の抵抗ｒに置き換えて、これらの各抵抗ｒに画素値から計算される抵抗値を与え、各抵抗ｒが隣接する全ての画素に対して相互に接続されて構成された、例えば、図５に示すような（４×４の）電気回路モデルを用いて行われる。

なお、この電気回路モデルは、電圧を外部から印加するのではなく、各構成要素に電圧源を内在させており、かかる図中の電圧源の値、gu，glはエッジ強度に依存しない定数とし、また、この回路の端部には、端子ｔ１〜ｔ16が設けられている。なお、これら全ての電圧源（gu・gu…，gl・gl…）には、同一の電圧値を与えるものとする。

そして、図５に示すように、かかる電気回路モデルは前記端子同士（ｔ１〜ｔ16）を全て接続して構成されており、また、電気回路モデルには、各抵抗ｒに斜上方向に電圧を印加する電圧源gu・gu…および各抵抗ｒに斜下方向に電圧を印加する電圧源gl・gl…とを備えている。

本実施形態における、電気回路モデルを用いてシミュレーションについて、以下、その手順を説明する。

各抵抗ｒに与えられる抵抗値は、抵抗ｒに置き換えられる画素の輝度値によって決定される。この場合、輝度値が高い画素は抵抗が小さく、輝度値が低い画素は抵抗が大きくなるような抵抗ｒに置き換える。このように、画素の輝度値から抵抗ｒの抵抗値を決定する関数としては、下記の数式（１）を用いる。

なお、この数式（１）においては、２５６階調のエッジ画像上の画素輝度をＤ、画素に対応する２本の抵抗ｒの相等しい抵抗値をＲとする。また、ｃはこの関数における定数を示しており、画像の種類によって異なるが、ｃ＝５０程度を用いると、一般に良好な結果が得られることが確認されている。

そして、以上のように構成した電気回路モデルを用いて、全ての抵抗ｒに流れる電流の分布を計算する（ステップ〔５−２〕）。

まず、電気回路モデルの斜上方向にのみ電圧（gu・gu…）を印加し、各抵抗ｒに生じる電流分布を計算する。このときの各画素の（ｘ，ｙ）座標に対応する２本の抵抗ｒに流れる電流をＩu1（ｘ，ｙ）およびＩu2（ｘ，ｙ）とする。

然る後、電気回路モデルの斜下方向にのみ電圧（gl・gl…）を印加し、各抵抗ｒに生じる電流分布を計算する。このときの各画素の（ｘ，ｙ）座標に対応する２本の抵抗ｒに流れる電流をＩl1（ｘ，ｙ）およびＩl2（ｘ，ｙ）とする。

このようにして、各構成要素の電圧源gl・gl…をすべて短絡除去した回路の電流分布、および、逆に、電圧源gu・gu…をすべて短絡除去した回路の電流分布をそれぞれ独立に求める。

以上のように、電気回路モデルに電流を流すシミュレーションを、電気回路モデルに斜上方向から電圧を印加する場合と、斜下方向から電圧を印加する場合に分けて行うのは、斜上方向と斜下方向に同時に電圧を印加すると、斜上方向に流れる電流と、斜下方向に流れる電流とが相殺されて適切なシミュレーションが行えない可能性があるためである。

なお、本実施形態では、電気回路モデルに電流を流すシミュレーションには、各抵抗を流れる電流を変数として、両回路に対する節点方程式を導き、これを、例えば、ブロックスカイライン法などの疎行列連立方程式に対する求解法を用いて解くことにより電流分布を計算する。

そして、画素の（ｘ，ｙ）座標に対応する電流量Ｉ（ｘ，ｙ）を求める。この際、当該構成要素中の２本の抵抗は、エッジ画像の単一画素に対応するため、guおよびglを除去したそれぞれの回路において、各構成要素内の２本の抵抗ｒに流れる電流値の絶対値の和を計算する。具体的には、この電流量Ｉは、画素に対応する２本の抵抗ｒに流れる全ての電流Ｉu1（ｘ，ｙ）、Ｉu2（ｘ，ｙ）、Ｉl1（ｘ，ｙ）およびＩl2（ｘ，ｙ）の絶対値の和とする。かかる電流量Ｉを求めるための計算式を下記の数式（２）に示す。

そして、こうして計算されたＩ（ｘ，ｙ）のヒストグラムを取ると、一般に、そのヒストグラムにおいて最も多く出現する画素値（以下、最頻値という）Ｍはゼロに近い値となる。そこで、Ｍ以下のエッジ輝度をゼロにマッピングすることでコントラストを改善することができる。

そこで、まず、画像の画素全体としての、電流量Ｉの最大値をＩｍａｘ、最小値をＩｍｉｎとして、これらと前記電流量Ｉとに基づいて、下記の数式（３）を用いて、画素の仮輝度値ｄを求める（ステップ〔５−３〕）。

こうして求められた仮輝度値ｄを表したヒストグラムを図６に示す。ここで、仮輝度値ｄの多くは、ヒストグラムのゼロ付近に集中しているが、これはエッジ画像における非エッジ部分に相当する。

この際、非エッジ部分の画素値を極力ゼロとするために、最頻値Ｍを一律にゼロに置き換える。また、下記の数式（４）を用いて、前記仮輝度値ｄを直線的に０〜２５５に変換する。

こうして、仮輝度値ｄから最終的な輝度値Ｄを求める（ステップ〔５−４〕）。このことにより原画像Ｐにおけるエッジ画像のコントラストが改善され、対象物体のエッジが明確になる。なお、ここでは、仮輝度値ｄを０〜２５５の範囲で変換したが、あらかじめ仮輝度値ｄの範囲を定めておくことで、他の範囲を取ることもできる。

〔サブブロックによる実施変形例〕
また、一般に扱う静止画像のサイズは大小様々であり、比較的大きなサイズの静止画像からひとつの電気回路モデルを作成し、前記電気回路シミュレータを用いてシミュレーションを行うと、計算時間が増大するという問題が生じる。

そこで、本実施形態では、図７に示すように、対象となる画像をある一定のサイズのサブブロックに分割し、各サブブロックごとにシミュレーションを行うことで、計算時間の短縮を図ることもできる。

このように各サブブロックごとに電気抵抗モデルを作成する際は、各サブブロック同士を一回りオーバーラップさせることにより、自ブロックの周辺の情報もある程度取り入れることができ、境界に生じる影響を軽減することができる。

また、自ブロックの周辺に、画像領域が存在しない境界では、画像の境界で画像を鏡像的に折り返して画像領域を拡張する。この際、サブブロックのサイズは３２×３２画素程度、オーバーラップ量としては上下左右４画素程度が適当である。

なお、各サブブロックの電気回路モデルに電流を流すシミュレーションを行う際は、各サブブロック以外のオーバーラップ領域の電流値Ｉは破棄し、自ブロックの電流値のみを採用する。これは、オーバーラップ領域におけるシミュレーションが、隣接するブロックで行われるからである。

また、サブブロックの中には、非エッジ点しか存在しないものもあり、そのサブブロックでは全体的に仮輝度値ｄが低くなる。そのため、各サブブロックごとに仮輝度値ｄを決定すると、非エッジ点の画素値が０〜２５５の範囲に分散され、結果として画像のノイズを強調することとなる。したがって、仮輝度値ｄを求める際は、全てのサブブロックにおいて求めた電流量Ｉの最大値Ｉｍａｘと最小値Ｉｍｉｎとを用いる。

そして、かかる仮輝度値ｄから最終的な輝度値Ｄを求める際は、各サブブロックごとにヒストグラムを作成し、これらの各ヒストグラムにおける最頻値Ｍを求め、各サブブロックごとに前記数式（４）を用いて輝度値の再割り当てを行い、決定する（ステップ〔５−４〕）。

これは、各ヒストグラムにおける最頻値Ｍがそれぞれ異なるためであり、画像全体で最頻値Ｍを決定すると、あるサブブロックによっては、その最頻値Ｍがエッジの輝度値に該当する場合があるため、結果として強調すべきエッジを消去することになるからである。

以上のようにして求めた輝度値を画像全体に敷き詰めることで、対象物体のエッジに途切れや弱い部分のないエッジ画像を得ることができる。

なお、当該分野で従来公知のスライダー等を利用して閾値処理を行い、エッジ輝度のコントラストを更に改善することもできる（ステップ〔５−５〕）。

以上のようにして得られた輝度値Ｄでは、途切れ部分が補間され、かつ、雑音成分が除去されることにより結晶粒エッジが補間／強調修正された状態となる。

そして、この輝度値Ｄに基づくエッジ修正によって補間画像を作成し（ステップ〔６〕）、この補間画像に基づいて、従来の「watershed（分水嶺）法」による画像処理を行うことにより（ステップ〔７〕）、高精度な領域分割処理をした領域分割画像Ｑを得ることができる。この領域分割画像Ｑは、描画手段24によって描画することができる（ステップ〔８〕）。

なお、結晶粒Ｓの形状が複雑であるなどして、抽出結果に対してユーザが部分的に修正することが必要となる場合には、マウス等のポインティングデバイスを用いて、抽出結果の輪郭線を修正する作業を行うことも可能である。

然る後、前記領域分割画像ＱとＪＩＳの粒度標準図を比較するか、あるいは各領域の面積の統計結果を用いることによって（ステップ〔９〕）、金属材料の性質を正確に測定することができるのである。

本発明は概ね上記のように構成されるが、図示の実施形態に限定されるものでは決してなく、「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、例えば、コンピュータ２の電気回路シミュレータ23における数値的な諸条件は適宜変更可能であり、本発明の技術的範囲に属する。

本発明の実施形態の装置を表わす概略図である。本発明の実施形態のフロー図である。本発明の実施形態の電気回路シミュレーションの基本概念を表わす説明図である。本発明の実施形態の電気回路シミュレーションの基本概念を表わす説明図である。本発明の実施形態の電気回路シミュレーションの基本概念を表わす説明図である。本発明の実施形態の電気回路シミュレーションの基本概念における電流分布を表わす説明図である。本発明の実施形態の電気回路モデルの構成要素を表わす模式図である。本発明の実施形態の電気回路モデルを表わす模式図である。本発明の実施形態のヒストグラムを表わす図である。本発明の実施形態の画像をサブブロックに分割した状態を表わす概略図である。本発明の実施形態の原画像のイメージを表わす説明図である。

１撮影手段
11 顕微鏡
２コンピュータ
21 輝度検出手段
22 エッジ抽出手段
23 電気回路シミュレータ
24 描画手段
Ｓ結晶粒
Ｐ原画像
ｄ仮輝度値
Ｄ輝度値
ｅエッジ
ｎノイズ成分
ｂ途切れ部分
ｆ抵抗フィルム
Ｉ電流量
ｒ抵抗
gu・gl 電圧源
ｔ１〜ｔ16 端子
Ｑ領域分割画像

Claims

金属材料の結晶組織の物理的・化学的あるいは機械的諸性質を評価するための検査支援装置であって、
顕微鏡11によって前記金属材料を拡大して、結晶粒Ｓから成る結晶組織の原画像Ｐを撮影可能な撮影手段１と；この撮影手段１から前記原画像Ｐのデータを受信可能なコンピュータ２とを含んで構成されており、
このコンピュータ２が受信した原画像Ｐの画素の輝度は、輝度検出手段21によって検出され、かつ、エッジ抽出手段22によって、近接する画素同士の輝度の差あるいは白黒画素の反転によって前記原画像Ｐに含まれる各結晶粒Ｓのエッジが抽出可能であると共に、このコンピュータ２は電気回路シミュレータ手段23を含み、
この電気回路シミュレータ手段23には、前記原画像Ｐの各画素を抵抗値に変換した仮想電気回路が構築され、かつ、この仮想電気回路に電圧を印加して回路内の電流分布を求めるシミュレーションが行われて、前記各画素に対応する抵抗に流れる電流量が演算可能であり、かつ、
これら各画素の電流量と、前記原画像Ｐの画素全体としての前記電流量の最大値および最小値とに基づいて前記各画素の仮輝度値ｄを導き、こうして導かれた仮輝度値ｄに対し閾値処理して前記各画素の輝度値Ｄを測定し、
この輝度値Ｄに基づいて、原画像Ｐ内に撮影された前記結晶粒Ｓの境界線の途切れ部分が補間され、かつ、原画像Ｐ内に撮影された雑音成分が除去されることにより、原画像Ｐ内の結晶粒エッジが補間／強調修正され、こうして処理された補間画像に基づいてwatershed（分水嶺）法による画像処理が行われて、結晶粒が領域分割された領域分割画像Ｑが描画手段24により描画可能であり、
当該領域分割画像Ｑにおける結晶粒の分布と結晶粒度標準図とを比較することにより、結晶粒の粒度番号を求めることができるようにしたことを特徴とする金属材料の結晶組織検査支援装置。
コンピュータ２の電気回路シミュレータ手段23によるシミュレーションは、原画像Ｐの一画素が、互いに中央でＸ型に交差する２本の抵抗に置き換えられ、これら各抵抗に画素値から計算される抵抗値を与え、これら各抵抗が隣接する全ての画素に対して相互に接続された電気回路モデルであることを特徴とする請求項１記載の金属材料の結晶組織検査支援装置。
コンピュータ２の電気回路シミュレータ手段23によるシミュレーションにおける閾値処理が、ヒストグラムを利用して行われ、仮輝度値ｄが当該ヒストグラムにおける最頻値以下の場合には前記仮輝度値ｄが０とされる一方、
前記仮輝度値ｄが前記最頻値以上の場合には前記仮輝度値ｄがあらかじめ所定の範囲に定められた輝度値Ｄに直線的に変換されることを特徴とする請求項１または２記載の金属材料の結晶組織検査支援装置。
コンピュータ２の電気回路シミュレータ手段23による原画像Ｐの各画素を抵抗値に変換した仮想電気回路が構築され、かつ、この仮想電気回路に電圧を印加して回路内の電流分布を求めるシミュレーションは、前記原画像Ｐが所定の大きさのサブブロックに分割されて、このサブブロックごとに行われることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の金属材料の結晶組織検査支援装置。
金属材料の結晶組織の物理的・化学的あるいは機械的諸性質を評価するための検査支援方法であって、
顕微鏡11によって前記金属材料を拡大して、結晶粒Ｓから成る結晶組織の原画像Ｐを撮影手段１によって撮影し、この撮影手段１から原画像Ｐのデータをコンピュータ２に送信し、
このコンピュータ２に送信された原画像Ｐの画素の輝度を輝度検出手段21によって検出して、かつ、エッジ抽出手段22によって、近接する画素同士の輝度の差あるいは白黒画素の反転によって前記原画像Ｐに含まれる各結晶粒Ｓのエッジを抽出すると共に、このコンピュータ２には電気回路シミュレータ手段23を含んでおり、
この電気回路シミュレータ手段23により、前記原画像Ｐの各画素を抵抗値に変換した仮想電気回路を構築し、かつ、この仮想電気回路に電圧を印加して回路内の電流分布を求めるシミュレーションを行って、前記各画素に対応する抵抗に流れる電流量を演算し、かつ、これら各画素の電流量と、前記原画像Ｐの画素全体としての前記電流量の最大値および最小値とに基づいて前記各画素の仮輝度値ｄを導き、こうして導いた仮輝度値ｄに対し閾値処理して前記各画素の輝度値Ｄを測定し、
この輝度値Ｄに基づいて、原画像Ｐ内に撮影された途切れ部分を補間し、かつ、原画像Ｐ内に撮影された雑音成分を除去することにより、原画像Ｐ内の結晶粒エッジを補間／強調修正し、こうして処理した補間画像に基づいてwatershed（分水嶺）法による画像処理を行って、結晶粒を領域分割した領域分割画像Ｑを描画手段24により描画して、
当該領域分割画像Ｑにおける結晶粒の分布と結晶粒度標準図とを比較することにより、結晶粒の粒度番号を求めて、前記性質を評価することを特徴とする金属材料の結晶組織検査支援方法。
画像の各画素を抵抗に変換した回路に電圧を印加するシミュレーションとして、原画像Ｐの一画素を互いに中央でＸ型に交差する２本の抵抗に置き換え、これら各抵抗に画素値から計算される抵抗値を与え、前記各抵抗が隣接する全ての画素に対して相互に接続された電気回路モデルを用いて行うことを特徴とする請求項５記載の金属材料の結晶組織検査支援方法。
コンピュータ２の電気回路シミュレータ手段23によるシミュレーションにおける閾値処理を、ヒストグラムを利用して行い、仮輝度値ｄが前記ヒストグラムにおける最頻値以下の場合には前記仮輝度値ｄを０とし、前記仮輝度値ｄが前記最頻値以上の場合には前記仮輝度値ｄをあらかじめ所定の範囲に定められた輝度値に直線的に変換することを特徴とする請求項５または６記載の金属材料の結晶組織検査支援方法。
コンピュータ２の電気回路シミュレータ手段23による原画像Ｐの各画素を抵抗に変換した回路に電圧を印加するシミュレーションを、前記画像を所定の大きさのサブブロックに分割して、前記サブブロックごとに行うことを特徴とする請求項５〜７の何れか一つに記載の金属材料の結晶組織検査支援方法。