（测试计量技术及仪器专业论文）基于面积直方图的碳化物不均匀度评级方法.pdf

j | 鲰 一拉 ” 、 ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt og u a n g d o n gu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n gs c i e n c e am e t h o do fc a r b i d ee v a l u a t i o nb a s e do na r e a h i s t o g r a m m a s t e rc a n d i d a t e ：z h a n gj i s u p e r v i s o r ：p r o f w a n gg u i t a n g j u n e2 0 1 0 s c h o o lo fi n f o r m a t i o ne n g i n e e r i n g g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y g u a n g z h o u ，g u a n g d o n g ，pr c h i n a 。5 10 0 0 6 f 摘要 摘要 金属材料中的碳化物分布情况在很大程度上影响了金属的机械性能。因此， 对于金属材料的研究，碳化物不均匀度是一个重要的内容。对于碳化物不均匀度 的研究主要集中在尺寸、数量、分布和形状等四个因素，当前只能采用人工与标 准图谱对比的定性描述方法来完成其评级。定量描述碳化物不均匀度是金相分析 的主要目标之一。本文采用面积直方图理论对碳化物不均匀度进行描述，并提出 了一种基于面积直方图理论的碳化物不均匀度评级研究方法。 通过深入分析面积直方图基本理论和碳化物分布图像的特征，提出了面积直 方图法描述碳化物不均匀度的适用性。通过采用一般的面积直方图方法对标准图 谱中钨系高速工具钢碳化物图谱的分析研究，论证了工具钢不同级别的碳化物图 像的平均面积直方图和最大面积直方图以及碳化物颗粒数量随级别变化的单调性 趋势。 由于二次碳化物的影响，在碳化物分布图像中出现了大量细小的颗粒斑点， 这些斑点对碳化物面积直方图的统计造成了不良的干扰，导致统计结果无法正确 反映碳化物分布特性。为了正确描述碳化物不均匀度情况，提出了筛选系数的概 念并对面积直方图方法进行改进。通过实验比较得到了最佳筛选系数，保证面积 直方图参数在筛选系数条件下达到最佳的单调性。在完成最佳筛选系数的确定后， 针对同等条件下获取的若干样本进行实验，得到了平均面积和颗粒数量等参数的 标准值并计算得到其振荡范围。通过对该标准值的处理得到了面积直方图法碳化 物不均匀度的评级标准。 采用g u i 工具q t 和开源机器视觉包o p e n c v 设计了跨平台嵌入式金相分析 软件系统。在系统中使用轮廓提取的方法，将碳化物颗粒作为轮廓进行统计和计 算，实现了面积直方图法的碳化物不均匀度评级。 关键词：碳化物评级；平均面积直方图；主要面积直方图；筛选系数； 广东工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t c a r b i d e sd i s t r i b u t i o ni nm e t a lm a t e r i a la f f e c tt h em e c h a n i c a lb e h a v o ro fm e t a l l a r g e l y , s ot h eu n e v e n n e s so fc a r b i d ei so n ei m p o r t a n ta s p e c ti nr e s e a r c ho nm e t a l l i c m a t e r i a l r e s e a r c ho n c a r b i d e sc o n t r i b u t i o nf o c u so nf o u r a s p e c t s s i z e ，a m o u n t ，d i s t r i b u t i o na n ds h a p e t h ev a l u a t i o no fc a r b i d e sa l ld e p e n d so nt h e c o n p a r i s o nw i t hs t a n d a r df i g u r eb ym a n u a la n a l y s i sn o w q u a n t i t a t i v ed e s c r i p t i o no f c a r b i d e sd i s t r i b u t i o ni so n eo ft h em a i na s p e c t so nm e t a l l o g r a p h i ca n a l y s i s t h i st h e s i s u s e s a r e ah i s t o g r a mt od i s c r i b et h eu n e v e n n e s so fc a r b i d e ，a n da d v a n c e san e wm e t h o d t os t u d yc a r b i d eu n e v e n n e s sb a s e do na r e ah i s t o g r a m b ya n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r so fa r e ah i s t o g r a mt h e o r ya n dc a r b i d ed i s t r i b u t i o n ， t h i sp a p e ra d v a n c e st h ea p p l i c a b i l i t yw h i c hu s e st h ea r e ah i s t o g r a mm e t h o dt od e s c r i b e t h ec a r b i d e su n e v e n n e s s r e s e a r c h i n go nt h es t a n d a r df i g u r eo fw h i g hs p e e dt o o l s t e e lw i t hu s u a la r e a h i s t o g r a m ，w e f i n dt h ed i r e c t i o no f a v e r a g e a r e a h i s t o g r a m ，p r o m i n e n ta r e ah i s t o g r a ma n da m o u n tg ow i t ht h ec a r b i d e sd e g r e e t h a n k st ot h es e c o n d a r yc a r b i d e s ，t h e r ea r em a n ys m a l l s p o t si n t h ec a r b i d e s c o n t r i b u t i o nf i g u r e ，t h e s es p o t sm a k eb a di n f l u e n c e st ot h es t a t i s t i c so fa r e ah i t o g r a m ， a n dm a k et h er e s u l t sc a n tr e f l e c tt h er i g h td i r e c t i o no fc a r b i d e sc o n t r i b u t i o n f o r d e s c r i b i n gt h er i g h td i r e c t i o n ，t h i st h e s i sa d v a n c e st h ec o n c e p t i o no ff i l t e rc o e f f i c i e n t t oi m p r o v ea r e ah i s t o g r a mm e t h o d b yt h er e s u l t so fe x p e r i m e n t ，w of i n dt h eb e s tf i l t e r c o e f f i c i e n tt om a k et h ea r e ah i t o g r a mp a r a m e t e r sw i l lt o u c ht h eb e s tm o n o t o n i c i t y a f t e rd e t e r m i n i n gt h eb e s tf i l t e rc o e f f i c i e n t ，w ed oe x p e i m e n t so nt h es a m p l e sw h i c h g o tu n d e rt h es a m ec o n d i t i o n s ，a n dg e tt h es t a n d a r tp a r a m e t e r sa n dt h es h o c kr e g i o n a f t e rt h ea l l ，w ea c h i e v et h es t a n d a r dv a l u eo fc a r b i d e sv a l u a t i o nb a s e do na r e h i s t o g r a m t h i st h e s i sd e s i g n sac r o s sp l a t f o r mm e t a l l o g r a p h i ca n a l y s i ss y s t e ms o f t w a r ew i t h q t ，ag u it o o l ，a n do p e n c v i nt h i ss y s t e m ，w ec o m p u t et h ep a r a m e t e r so fa r e a h i s t o g r a mb yc o n t o u rd e t e c t i o n ，m a k et h ec a r b i d e sa sc o n t o u r st oc o u n ta n dc a l c u l a t e ， a n da c h i e v e st h ec a r b i d e su n e v e n n e s se v a l u a t i o nb a s e do na r e ah i s t o g r a mm e t h o d a bs t r a c t k e y w o r d ：c a r b i d e se v a l u a t i o n ；a v e r a g ea r e ah i s t o g r a m ；p r o m i n e n ta r e ah i t o g r a m ； f i l t e rc o e f f i c i e n t i i l 广东工业大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i v c o n t e n t s v i 第一章绪论1 1 1 金相分析的发展和碳化物评级研究现状1 1 1 1 定量金相学1 1 1 2 定量金相分析系统2 1 1 3 碳化物评级研究现状4 1 2 研究意义和内容5 第二章面积直方图基本理论7 2 1 颜色直方图7 2 1 1 颜色直方图出现的背景i 7 2 1 2 基于颜色直方图的图像检索8 2 2 平均面积直方图和主要面积直方图9 2 2 1 面积直方图出现的背景1 0 2 2 2 面积直方图1o 2 2 3 平均面积直方图和主要面积直方图1 1 2 2 4 面积直方图的主要应用1 3 第三章基于面积直方图的大块碳化物不均匀度评级研究1 4 3 1 高速工具钢碳化物及其评级1 4 3 1 1 高速工具钢1 4 3 1 2 高速工具钢大块碳化物评级方法1 5 3 2 面积直方图法在碳化物评级中的适用性分析1 7 3 2 1 大块角状物图像特征1 7 3 2 2 高速钢碳化物图像特征与研究方法选择1 8 i v 目录 3 2 3 碳化物分布与面积直方图一18 3 3 碳化物分级的面积直方图方法研究2 0 3 3 1 研究方法总体规划一2 0 3 3 2 预处理2 l 3 3 3 平均面积直方图与主要面积直方图的测定一2 5 3 3 4 实验数据及分析2 6 3 4 碳化物分级的面积直方图方法研究改进2 9 3 4 1 碳化物分级面积直方图方法问题2 9 3 4 2 碳化物分级方法改进3 1 3 4 3 实验结果分析3 2 3 5 基于面积直方图的碳化物分级研究方法总结3 5 第四章嵌入式金相及碳化物评级系统设计3 7 4 1 嵌入式设计基础3 7 4 1 1 嵌入式l i n u x 系统一3 8 4 1 2 跨平台g u i 开发工具q t 3 9 4 1 3 跨平台机器视觉开发工具o p e n c v 3 9 4 2 系统设计。一4 l 4 2 1 软件整体设计一4 1 4 2 2 图像预处理程序设计一4 2 4 2 3 硬度测量实现4 8 4 2 3 直方图碳化物评级法的程序设计实现5 1 4 3 样本验证5 5 结论一5 6 参考文献5 7 攻读学位期间发表的论文6 0 独创性声明6 1 致 射6 2 附录：高速钨系工具钢a 列大块角状碳化物1 4 级面积参数测试数据6 3 v 广东工业大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t i i c o n t e n t s v i c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n ，1 1 1d e v e l o p m e n ta n dc u r r e n ts t a t u so fm e t a l l o g r a p h i c a la n a l y s i s 1 1 1 1q u a n t i t a t i v em e t a l l o g r a p h y 1 1 1 2q u a n t i t a t i v em e t a l l o g r a p h i c a la n a l y s i ss y s t e m 2 1 1 3c u r r e n ts t a t u so ft h er e s e a r c ho fc a r b i d e sv a l u a t i o n 一4 1 2b a s i cr e s e a r c hc o n t e n to f t h i ss u b j e c t 5 c h a p t e r 2b a s i ct h e o r yo f a r e ah i s t o g r a m 7 2 1c o l o r h i s t o g r a m 7 ：! 1 1b a c k g r o u n do fc o l o rh i s t o g r a m 7 2 1 2i m a g er e t r i e v a lb a s e do nc o l o rh i s t o g r a m 8 2 2a v e r a g ea r e ah i s t o g r a ma n dp r o m i n e n ta r e ah i s t o g r a m 9 2 2 1b a c k g r o u n do fa r e ah i s t o g r a m 10 2 2 2a r e ah i s t o g r a m 10 2 2 3a v e r a g ea r e ah i s t o g r a ma n dp r o m i n e n ta r e ah i s t o g r a m 11 2 2 4a p p l i c a t i o n so fa r e ah i s t o g r a m 13 c h a p t e r3v a l u a t i o no fc o a r s ec a r b i d eb a s e do na r e ah i s t o g r a m 1 4 3 1h i g hs p e e dt o o ls t e e lc o a r s ec a r b i d ea n di t sv a l u a t i o n 1 4 ：；1 1h i g hs p e e dt o o ls t e e l 1 4 3 1 2m e t h o do fh i g hs p e e dt o o ls t e e lc o a r s ec a r b i d ev a l u a t i o n 15 3 2a p p l i c a b i l i t ya n a l y s i so f a r e ah i s t o g r a mu s e di nc a r b i d ev a l u a t i o n 17 3 2 1c h a r a c t o r so f c o a r s ec a r b i d ef i g u r e 1 7 3 2 2m e t h o dc h o i c eo fc a r b i d ev a l u a t i o n 18 3 2 3c a r b i d ec o n t r i b u t i o na n da r e ah i s t o g r a m 18 3 3r e s e a r c ho fc a r b i d e sv a l u a t i o nb a s e do na r e ah i s t o g r a m 2 0 3 3 】p l a no f t h er e s e a r c h 2 0 v 1 c o n t e n ts 3 3 2p r e t r e a t m e n t 2 1 3 3 3m e a s u r e m e n to f a a ha n dp a h 2 5 3 3 4d a t aa n da n a l y s i s 2 6 3 4a d v a n c e dc a r b i d ev a l u a t i o nb a s e do na r e ah i s t o g r a m 2 9 3 4 1p r o b l e m so fa r e ah i s t o g r a m ：2 9 3 4 2a d v a n c e m e n to fv a l u a t i o nm e t h o d 31 3 4 3d a t aa n da n a l y s i s 3 2 3 5s u m m a r y 3 5 c h a p t e r4d e s i g no fe m b e d d e dm e t a l l o g r a p h i c a la n a l y s i sa n dc a r b i d ev a l u a t i o n s y s t e m ：j ? 3 7 4 1b a s eo fe m b e d d e ds y s t e m 3 7 4 1 1e m b e d d e dl i n u xo s 3 8 4 1 2c r o s s p l a t f o r mg u it o o lq t 3 9 4 1 3c r o s s p l a t f o r mm a c h i n ev i s i o nt o o lo p e n c v 3 9 4 2d e s i g no fs y s t e m 4 1 4 2 1d e s i g no fs y s t e ms o f t w a r e 4 1 4 2 2p r o g r a md e s i g no fi m a g ep r e t r e a t m e n t 4 2 4 2 3i m p l e m e n to fh a r d n e s sm e a s u r e m e n t 4 8 4 2 3p r o g r a mo fc a r b i e d ev a l u a t i o nb a s e do na r e ah i s t o g r a m 51 4 3i n s p e c t i o ns a m p l ea n dc a l c u l a t i o n 5 5 c o n c l u s i o n 5 6 r e f e r e n c e 5 7 t h ep u b l i s h e dp a p e r si ns c i e n t i f i cr e s e a r c hd u r i n gt h em a s t e rp e r i o d 6 0 p r o m e t h e a nd e c l a r e 61 a c k n o w l e d g e m e n t s 6 2 a p p e n d i x ：t e s td a t ao fwh i g hs p e e dt o o ls t e e lc a r b i d e sc o n t r i b u t i o nb a s e do n a r e ah i s t o g r a m 6 3 v i i 第一章绪论 第一章绪论 1 1 金相分析的发展和碳化物评级研究现状 金相分析是以金属及其内部组织结构为研究对象的一门学科。作为控制材料 显微结构和机械结构内在品质的重要手段，金相分析技术在新材料、新工艺和新 产品的开发研究和提高金属制品内在质量的科研工作中得到了广泛的应用。 从分析技术上来讲，金相分析主要包括宏观组织分析，光学显微组织分析和 电子显微分析三类。其中用金相显微镜进行光学金相分析是使用最为广泛的一种。 随着材料学科的不断发展，金相分析所研究的领域也不断的拓展，新的金相分析 技术也不断出现。随着扫描电镜、透射电镜等先进的电子金相分析设备的普及使 用，大幅提高了放大倍数，使得细节分析更加有力。而具有观察范围大、使用方 便、设备成本低等优点的传统光学金相分析技术，至今仍拥有强大的生命力，并 不断得到新的发展。 在金相技术的主要发展方向中，如下两点显得尤为突出：金相分析标准从一 种定性的描述逐步过度到半定量和定量的标度；计算机技术尤其是数字图像处理 技术的发展，使得采用自动图像分析代替人工操作分析成为可能n ，。 1 1 1 定量金相学 定量金相学陋1 ( q u a n t i t a t i v em e t a l l o g r a p h y ) 是利用体视学原理，由二维金相 试样磨面或薄膜上显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌，从而 建立合金成分、组织和性能间的定量关系的，故又称为体视金相学( s t e r e o m e t r i e m e t a l l o g r a p h y ) ，或称定量金属组织学。 金属材料对可见光是不透明，各种各样的合金组织又十分复杂，这就使得由 金相分析的二维组织形貌定量地推证组织的三维空间形貌变得十分困难。较长时 期以来，人们对金属材料显微组织的分析和评定大多是定性的或半定量的，例如 晶粒大小及钢中非金属夹杂物的评级等。 定量金相分析则能确定金属材料成分、组织和性能间的定量关系，即首先定 广东工业大学硕士学位论文 量地确定金属材料组织的数量、大小、形状和分布，然后分析组织特征参数与成 分或性能间的内在联系，从而建立它们之间的定量关系，例如已经建立的合金组 织晶粒大小与屈服强度的定量关系、扩散型相变组织转变量与转变时间的定量关 系等。 定量金相学作为一门综合型的应用科学，它主要包括三个方面的内容扭，： 1 定量金相学的基础理论研究，主要涉及体视学原理、几何学、拓扑学、概 率论和数理统计等数学方法的应用。 2 定量金相学的测试方法和设备仪器的研究，主要包括图像处理与测试技 术、计算程序和误差分析等。 3 定量金相学的应用研究，主要包括材料科学中理论研究的各个方面和材料 生产过程的自动检验与控制等。 1 1 2 定量金相分析系统 定量金相分析系统作为定量金相学的实际应用，又被称为自动图像分析仪， 是定量金相测量和计算用的仪器。它能对各种平面图像进行定量的参数测量和计 算，应用现代图像处理技术和电子计算机控制，使图像分析得到快速而且准确的 结果。它工作时首先用肉眼在成像系统( 金相显微镜或扫描电镜) 下直接观察试 样，选定需要分析区域。再用数码摄像头或数码相机进行图像采集，经过光电转 变，把光信号转变成电信号。再经过a d 转换( 模拟信号转换为数字信号) ，形成 试样的数字影像文件。然后通过图像采集卡的数字文件接口传入计算机，由计算 机进行图像处理和定量金相分析。最后计算结果可经视频分配器分配给电脑显示 器或电视机显示，也可由打印机直接打印输出。 应用自动图像分析仪虽然能够较好的完成金相图像的定量分析，但金相分析 仪价格昂贵，使用也不够灵活。相比较而言，基于图像处理技术的计算机辅助定 量分析已是大势所趋。一台普通的计算机，配以图像输入输出设备，及定量金相 分析软件，就能构成廉价的定量金相分析系统，它具有使用灵活方便、分析精度 高、速度快、维护简单等优点。其中定量金相分析软件主要完成图像处理和定量 金相分析计算，是整个系统的关键部分，因而是本定量金相分析系统的开发重点。 随着体视学和定量金相学理论研究的深入，特别是六十年代末应用现代电子 2 第一章绪论 计算机和图像分析技术以来，图像处理在金相领域方面已有了比较成功的应用， 定量金相分析系统有了长足的发展n ，。 国外在定量金相分析系统研究方面起步较早。6 0 年代初，由英国剑桥仪器公 司生产的q u a n t i m e ta 型，可以说是世界上最早的金相图像分析仪，它率先采用光 导摄像管扫描装置，将图像转换成电信号。不过这种仪器很快被q u a n t i m e tb 所代 替，q u a n t i m e t b 是世界上第一台全自动的图像分析仪。但由于分辨力低及他一些 缺点，其用途十分有限，1 9 6 9 年末又被q u a n t i m e t 7 2 0 代替，该分析仪具有多种功 能和较完善的操作系统，到现在还在许多科研单位和企业生产中广泛应用着。1 9 8 6 年，日本t o h o k u 大学在彩色金相技术方面研究成功高分辨电子显微图的图像分析 系统( h r e m ) ，为晶向结构研究提供了一个极为有利的工具“，。意大利b u e h l e r 有限 公司l e i t h n e r 1 等人于1 9 9 6 年研制的金相图像分析系统，以微型计算机和显微镜 作为开发工具，利用图像处理与分析、数形态学的方法，精确地对一幅金相图像 提取一系列的特征参量。目前，美、英及日本等国家已研制出各种分析仪，有代 表性的如英国l e i c o 公司推出的q u e t i m e n ts 0 0 系统，可对金相试样进行立体扫描， 从而获得三维金相图，分析十分准确，但该系统大多专用于某一种材料，具有局 限性。日本o l y p u s 公司生产的金相图像分析系统虽然比较完备，功能齐全、速度 较快、分析准确，但是其价格较高，不容易被广泛应用，。 我国在定量金相分析方面的研究起步较晚，早期主要靠引进国外先进的设备 来满足生产和研究的需求。不过近年来，国内的金相图像分析系统也有了很大的 发展。北京材料工艺研究所研制的x 射线适时成像图像处理系统可以适时检测钢、 铝等合金在焊接时所发生的金相组织变化n ，。文献 8 】研制的焊接金相组织的图像 识别系统，抽取了多个焊接金相组织的特征参数，设计了最小距离法分类器，较 好的实现了碳钢及低合金钢焊接金相组织的自动定量识别，对于建立焊接金相组 织和性能间的定量关系、选择合理的工艺参数、提升焊接c a d 技术具有重要的理论 和实际意义。文献【9 利用筛选法开发出镁铝合金半固态金相组织分析软件，可以 得到固相率，在经过颜色过滤后，用计算像素个数的方法得到晶粒尺寸。文献【1 0 】 开发出非枝晶固相组分计算机分析系统，运用调色板对相片固相组分中色度最前 和最深处取值，完成固液相组分分离阈值设定，再由计算机逐行扫描，最后计算 得到固相组分。文献【1 l 】提出了适用于金相分析的图像处理方法，研制了铸铁材 料金相分析的图像处理系统，并对球墨铸铁的图片进行了图像处理及识别。 广东工业大学硕士学位论文 综上所述，可以清楚地看到，近几十年来，不论是在国外还是在国内，定量 金相分析系统都得到飞速发展。由于计算机处理速度的快速提升，图像处理算法 的层出不穷，使得自动图像分析仪不断地得到改进和完善，因而其应用领域也不 断扩展，功能也不断加强。 1 3 碳化物评级研究现状 传统的碳化物评级采用标准图片比对的方法，评定结果主要取决于人的感官 认知，缺乏精密性；测量时需要操作人员牢记各种组织特征并不断对比，缺乏便 利性；在一定程度上依赖于操作者的情绪，存在随意性；不是建立在定量数据的 基础上，缺少科学性。因而，从某种意义上说，评定的级别也就没有良好的重现 性。 由于过去计算机图形学和图像处理技术并不发达，对共晶碳化物不均匀度的 评级一直停留在人工测量阶段，只能依靠技术人员的经验对样品进行评定，所以 由于人为因素带来的主观上的误差比较普遍，严重影响了碳化物评定的准确度。 故国内外出现了一些基于计算机图形学和数字图像处理技术的研究，希望能够完 成碳化物的自动评级。 1 基于纹理分析的共晶碳化物评级 灰度共生矩阵是建立在估计灰度上的二阶组合条件概率密度函数基础上的 纹理分析方法，描述的是在某个方向相隔一定距离的一对像元灰度出现的统计规 律。灰度共生矩阵反映的是图像关于方向、相邻间隔、变化幅度的综合信息。分 析灰度共生矩阵可以分析图像的局部模式和排列规则，从灰度共生矩阵中可以提 取出很多图像的纹理特征。 文献 1 2 1 提出选择角二阶矩( 能量) 、熵、惯性矩( 对比度) 、局部平稳和相 关5 个参数来描述共晶碳化物图谱的纹理特征。尽量通过这5 种参数表征的纹理 特性来完成碳化物评级的标定，并希望借此将碳化物分级进行量化。 2 共晶碳化物不均匀度分维研究 分形概念是美国i b m 公司研究中心物理部研究员暨哈佛大学数学系教授 m a n d e l b m t 在1 9 7 5 年首次提出的。在欧氏空间中，点对应零维，线、面、球面分 别对应一、二、三维。还可以引入更高维的空间，但都是整数维。而分形中的维 4 第一章绪论 数可用来表示分形集的不规则程度，从而从测度的角度将维数从整数扩大到分数， 突破了一般拓扑集维数为整数的界限。 文献【1 3 】提出用分形维数来描述共晶碳化物的不均匀度，其中共晶碳化物的 堆积程度是需要提取的特征参数之一，作为进一步实现碳化物自动评级的基础。 3 共晶碳化物分布的多重分形谱研究 简单的分形维数对所研究的对象只能作一整体性的、平均性的描述与表征， 无法反映不同区域、不同层次、不同局域条件形成的各种复杂的分形结构全面精 细的信息，不能完全的揭示出产生相应分形结构的动力学过程，为此人们提出了 多重分形的概念。文献 1 4 】在就简单分形维数分析共晶碳化物分布的基础上又提 出了采用多重分形谱的方法，进一步得到了多重分形谱参数与共晶碳化物分布之 间的联系。 4 基于尺度的带状共晶碳化物分级 文献【1 5 】提出对碳化物总面积百分数、碳化物条带平均宽度以及条带内碳化 物占整个碳化物比例进行测定的方法来确定钨系高速钢带状共晶碳化物的不均匀 度特征，并通过拟合的方法得到不均匀度级别与特征参数之间的关系。 1 2 研究意义和内容 碳化物是影响合金钢材性能的重要因素之一，碳化物的分布的不同直接导致 其使用和进一步加工的性能，所以如何判断碳化物分布情况就成了金相研究的重 要方向之一。钢材中碳化物的不均匀度和规律性都较差，故对其进行有效的量化 描述比较困难，现今比较通用的碳化物不均匀度评级方法就是依靠人工与标准图 谱对比来实现评级。由于图像的各异和操作人员的差别，往往不能对评级工作达 到完全的客观和准确，这就切实的需要一种完全量化的方法来约束评级过程，使 得碳化物评级更加客观、科学和准确。 碳化物自动化评级一直是计算机定量金相分析的重要组成部分。由于碳化物 的分布无规律性和各级别间差别的不清晰性，导致其评级始终找不到合适的量化 标准，国内外对此做出的研究并不甚多。本文采用面积直方图理论，力图找到一 种符合图像本身特征和具有实际意义的合理的碳化物评级参数和标准，并最终找 到了同等条件下的碳化物颗粒数量、最大碳化物颗粒面积和平均碳化物颗粒面积 广东工业大学硕士学位论文 作为参数。 本文主要内容如下： 第一章，介绍计算机定量金相分析技术的发展和现状，阐述碳化物分级的必 要性。 第二章，叙述面积直方图的基本理论，并介绍通常情况下该理论的应用。 第三章，介绍碳化物评级及其标准，在对比各种研究方法后，提出使用面积 直方图的方法进行碳化物评级研究，给出了完整的研究方法的流程，并最后通过 分析得到最佳的碳化物评级条件和对应条件下的评级标准。 第四章，设计跨平台的金相分析系统，并介绍了系统软件的设计原理，详细 说明了如何在跨平台条件下完成面积直方图法的碳化物评级。 6 第二章面积直方图基本理论 第二章面积直方图基本理论 本章重点介绍了面积直方图理论的主要几个主要概念，简单介绍了一直以来 应用于图像检索技术中的颜色直方图理论及从中引出的的面积直方图的定义，最 后介绍了该理论的一些主要应用领域。 2 1 颜色直方图 2 1 1 颜色直方图出现的背景 图像检索技术先后经历了两个发展阶段：基于文本的图像检索( t e x t b a s e d i m a g er e t r i e v a lt b i r ) 技术与基于内容的图像检索( c o n t e n t b a s e di m a g er e t r i e v a l c b i r ) 技术。其中，基于内容的图像检索技术是当前最活跃、最重要的研究领域 之一。 无论是t b i r 还是c b i r ，主要包括以下三个方面的内容：1 对用户需求的分 析和转化，形成可以检索数据库的查询。用户可以向系统提交一幅图像、局部特 征、特征组合以及文本描述作为查询；2 收集和加工图像资源，提取特征，分析 并进行索引，建立图像的索引数据库。图像的加工主要包括统一尺寸、格式以及 去除噪声等处理，为后期提取特征做准备。特征的提取可以是基于整幅图像的， 也可以是基于区域的。在大型图像数据库应用中，为了加快检索速度，有时还需 要对索引进行过滤；3 根据相似性计算方法，计算用户查询与索引数据库中记录 的相似度，提取出满足阈值的图像，按照相似度降序的方式输出。这一点与常规 数据库采用的精确匹配很不同。为了进一步提高检索的准确性，许多检索算法结 合信息检索( i n f o r m a t i o nr e t r i e v m ) 领域的相关反馈( r e l e v a n c ef e e d b a c kr f ) “盯技术 收集用户对检索结果的评价反馈信息，实现逐步求精的图像检索过程。 基于内容的图像检索方法的研究开始于2 0 世纪9 0 年代。基于内容的检索技 术依靠计算机自动提取图像的视觉内容特征作为索引，如色彩、纹理、形状等， 将图像视为由这些内容特征向量之一或组合构成的空间。图像的相似性由图像内 容特征向量距离决定n ”。目前，基于内容的图像检索方法是科研领域投入研究最 多、发表论文最多的方向。 7 广东工业大学硕士学位论文 颜色特征是图像检索中应用最为广泛的视觉特征之一，主要原因是颜色往往 和图像中所包含的物体或场景十分相关。此外，与其他视觉特征相比，颜色特