1 PODSTAWY METALOGRAFII ILOŚCIOWEJ I KOMPUTEROWEJ ANALIZY OBRAZU
2 Metalografia - nauka o wewnętrznej budowie materiałów metalicznych (metale i ich stopy), oparta głównie na badaniach mikroskopowych.
3 ZASADY POWSTAWANIA I ARCHIWIZACJA OBRAZÓW MIKROSTRUKTURY
4 OBSERWACJE MIKROSKOPOWE PREPARATÓW NIEPRZEŹROCZYSTYCH MIKROSKOP PREPARATYKA Wgłębienie na powierzchni Wypolerowana i wytrawiona powierzchnia - wycięcie próbki - inkludowanie - szlifowanie - polerowanie - trawienie Granica ziarna www.msm.cam.ac.uk Obserwacja w świetle odbitym
5 OBSERWACJE MIKROSKOPOWE PREPARATÓW NIEPRZEŹROCZYSTYCH www.msm.cam.ac.uk MIKROSKOP Wypolerowana i wytrawiona powierzchnia Obserwacja w świetle odbitym
6 ZASADA POWSTAWANIA OBRAZU W MIKROSKOPIE METALOGRAFICZNYM www.msm.cam.ac.uk Obiekt Soczewka Ogniskowa Płaszczyzna obrazu Zasada działania soczewki
7 ZASADA POWSTAWANIA OBRAZU W MIKROSKOPIE METALOGRAFICZNYM Obserwacja przedmiotu A B: a) gołym okiem, b) za pomocą lupy, c) za pomocą mikroskopu F - ogniska, f - odległości ogniskowe, A - odległość między ogniskami obiektywu i okularu (długość optyczna tubusu) [ 1 ]
8 BUDOWA MIKROSKOPU METALOGRAFICZNEGO [ 1 ] Schemat optyczny mikroskopu metalograficznego: L - źródło światła, K - kondensor, PA - przesłona aperturowa, S1 i S2 - pomocnicze soczewki oświetlacza, P - przesłona pola widzenia, PP - płytka płasko równoległa, Ob - obiektyw, Ok - okular, Pr - pryzmat, Z - badana próbka
9 PODSTAWOWE PARAMETRY MIKROSKOPU POWIĘKSZENIE CAŁKOWITE P = P 1 P 2 P 1 - powiększenie obiektywu, P 2 - powiększenie okularu ZDOLNOŚĆ ROZDZIELCZA [ 1 ] gdzie: n - współczynnik załamania światła (szkła optycznego), δ - kąt zmiany kierunku promienia (= ß/2, rys >), λ - długość fali świetlnej, Kąt rozwarcia obiektywu β APERTURA OBIEKTYWU
10 RODZAJE MIKROSKOPÓW METALOGRAFICZNYCH I METOD OBSERWACJI Mikroskop w układzie prostym Mikroskop odwrócony PODSTAWOWE METODY OBSERWACJI: w jasnym i ciemnym polu widzenia, w świetle ukośnym, w świetle spolaryzowanym, z zastosowaniem kontrastu fazowego (DIC)
11 ARCHIWIZACJA OBRAZU MIKROSTRUKTURY METODY ANALOGOWE BŁONA FOTOGRAFICZNA METODY CYFROWE APARATY I KAMERY CYFROWE
12 PODSTAWOWE PARAMETRY STEREOLOGICZNE MIKROSTRUKTURY METALI I ICH STOPÓW Stereologia - nauka zajmująca się opisem trójwymiarowej struktury obiektów na podstawie ich dwuwymiarowego obrazu
13 PODSTAWOWE PARAMETRY STEREOLOGICZNE MIKROSTRUKTURY METALI I ICH STOPÓW Parametry stereologiczne dwufazowych stopów tytanu ROZMIAR ZIARN KSZTAŁT ZIARN OBJĘTOŚĆ WZGLĘDNA FAZ
14 KORELACJA ROZMIARU ZIARNA I GRANICY PLASTYCZNOŚCI MATERIAŁÓW POLIKRYSTALICZNYCH R ed = σ 0 + k d -1/2 Równanie HALLA-PETCH A R ed dolna granica plastyczności; σ 0 naprężenie tarcia sieci; k stała, d - średnia średnica ziarn.
15 METALOGRAFIA ILOŚCIOWA
16 WYBÓR PŁASZCZYZNY OBSERWACJI [ 2 ]
17 DOBÓR POLA WIDZENIA [ 2 ]
18 KLASYFIKACJA STEREOLOGICZNYCH PARAMETRÓW MIKROSTRUKTURY STOPÓW [ 2 ]
19 KLASYFIKACJA STEREOLOGICZNYCH PARAMETRÓW MIKROSTRUKTURY STOPÓW [ 2 ] Schemat bryły wypukłej Γ przeciętej płaszczyzną E i sieczną G
20 WPŁYW RODZAJU SZLIFU (ZGŁADU) I JEGO UMIEJSCOWIENIA NA REZULTAT ILOŚCIOWEJ ANALIZY MIKROSKOPOWEJ [ 2 ]
21 WPŁYW RODZAJU SZLIFU (ZGŁADU) I JEGO UMIEJSCOWIENIA NA REZULTAT ILOŚCIOWEJ ANALIZY MIKROSKOPOWEJ [ 2 ]
22 STRUKTURA TRÓJWYMIAROWA Przecięcie płaszczyznami równoległymi [ 2 ]
23 STRUKTURA TRÓJWYMIAROWA Przecięcie liniami (siecznymi) równoległymi [ 2 ]
24 STRUKTURA TRÓJWYMIAROWA Skanowanie płaszczyzną [ 2 ]
25 STRUKTURA DWUWYMIAROWA Przecięcie prostymi równoległymi [ 2 ]
26 STRUKTURA DWUWYMIAROWA Skanowanie prostą [ 2 ]
27 STRUKTURA DWUWYMIAROWA Rzucanie punktów [ 2 ]
28 OKREŚLENIE SKŁADU OBJĘTOŚCIOWEGO MIKROSTRUKTURALNEGO LUB FAZOWEGO - Zasada Cavalieriego [ 2 ]
29 OKREŚLENIE SKŁADU OBJĘTOŚCIOWEGO MIKROSTRUKTURALNEGO LUB FAZOWEGO - Zasada Cavalieriego-Hacquerta [ 2 ]
30 OKREŚLENIE SKŁADU OBJĘTOŚCIOWEGO MIKROSTRUKTURALNEGO LUB FAZOWEGO - Metoda planimetryczna [ 2 ]
31 OKREŚLENIE SKŁADU OBJĘTOŚCIOWEGO MIKROSTRUKTURALNEGO LUB FAZOWEGO - Metoda planimetryczna [ 2 ]
32 OKREŚLENIE SKŁADU OBJĘTOŚCIOWEGO MIKROSTRUKTURALNEGO LUB FAZOWEGO - Metoda liniowa [ 2 ]
33 OKREŚLENIE SKŁADU OBJĘTOŚCIOWEGO MIKROSTRUKTURALNEGO LUB FAZOWEGO - Metoda liniowa [ 2 ]
34 OKREŚLENIE SKŁADU OBJĘTOŚCIOWEGO MIKROSTRUKTURALNEGO LUB FAZOWEGO - Metoda punktowa [ 2 ]
35 OKREŚLANIE LICZBY I ROZMIARU CZĄSTEK - Metoda porównawcza [ 2 ]
36 OKREŚLANIE LICZBY I ROZMIARU CZĄSTEK - Metoda porównawcza [ 2 ]
37 OKREŚLANIE LICZBY I ROZMIARU CZĄSTEK - Metoda Jeffries a [ 2 ]
38 OKREŚLANIE LICZBY I ROZMIARU CZĄSTEK - Metoda punktów węzłowych [ 2 ]
39 OKREŚLANIE LICZBY I ROZMIARU CZĄSTEK - Metoda planimetryczna [ 2 ]
40 KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU Obraz na górze zawiera pewne informacje zupełnie niewidoczne dla oczu ludzkich, które można ujawnić stosując bardzo proste przekształcenie (obraz na dole) [ 3 ]
41 KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU KOREKCJA OBRAZU OCENA RZECZYWISTYCH I NIERZECZYWISTYCH (tzw. ARTEFAKTÓW) ELEMENTÓW MIKROSTRUKTURY [4 ]
42 Profil liniowy Skala szarości Położenie na prostej Obraz wyjściowy KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU - Korekcja obrazu Tablice korekcji LUT (Look Up Table) Obraz wyjściowy ze zwiększoną jasnością Obraz wyjściowy po zastosowaniu gamma-modulacji Regulacja jasności i kontrastu [ 3 ]
43 KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU - Korekcja obrazu Gamma-modulacja (fot. po prawej) umożliwia obserwację detali zlokalizowanych w ciemniejszych obszarach wyjściowego obrazu powierzchni przełomu (po lewej) Obraz uzyskany za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) [ 3 ]
44 Obraz wyjściowy [ 3 ] Obraz wyjściowy po zastosowania wyrównania histogramu KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU - Korekcja obrazu Tablice korekcji LUT (Look Up Table) Obraz wyjściowy po zastosowaniu gamma-modulacji Efekt zastosowania wyrównania histogramu i gammamodulacji
45 KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU - Korekcja obrazu - FILTRY Sygnał wyjściowy Sygnał filtrowany Sygnał Czas lub dystans Zasada działania filtru [ 3 ]
46 KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU - Binaryzacja Przykład binaryzacji obrazu mikrostruktury żeliwa (zgład nietrawiony) [ 3 ]
47 [ 3 ] KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU - Binaryzacja Binaryzacja jest to przekształcenie, którego działanie sprowadza się do zamiany obrazów wieloodcieniowych na obrazy czarno białe (binarne). Górny i dolny próg binaryzacji Przykładowa mikrostruktura i odpowiednie dla niej ustawienia progów binaryzacji
48 KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU - Binaryzacja [ 3 ] Częstość Skala szarości Funkcja rozkładu skali szarości obrazu i automatyczny próg binaryzacji
49 KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU - Matematyczna morfologia Obiekt przed erozją Obiekt po erozji [ 3 ] Schemat działania erozji PRZECIWNE DZIAŁANIE NIŻ EROZJA POWODUJE OPERACJA ZWANA DYLATACJĄ
50 KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU - Matematyczna morfologia EROZJA => DYLATACJA >>>> OTWARCIE DYLATACJA => EROZJA >>>> ZAMKNIĘCIE [ 3 ] Przykład transformacji opartych na operacji erozji i dylatacji. Obraz: wyjściowy (a), po erozji (b), po otwarciu (c), obraz wyjściowy po dylatacji (d), po zamknięciu (f), po zamknięciu a następnie otwarciu (f)
51 KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU - Szkieletyzacja (SKIZ) Przykładowe figury (a) i ich cyfrowe szkielety (b) [ 3 ]
52 KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU - Detekcja obiektów [ 3 ] Detekcja granic ziarn w stopie modelowym o dużej zawartości wtrąceń. Obraz wyjściowy (a), wtrącenia (b), obraz binarny (c), szkieletyzacja obrazu c (d), erozja (e) i końcowa detekcja (f)
53 KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU - Analiza [ 3 ] Schemat zależności pomiędzy analizą obrazu (image analysis), przetwarzaniem obrazu (image processing) i jego zrozumieniem (image understanding)
54 [ 3 ] KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU Analiza POMIAR POJEDYNCZYCH OBIEKTÓW Podstawowe parametry obiektów: rzeczywisty widok obiektu (a), powierzchnia (b), obwód (c), średnice Fereta (d,e), maksymalna szerokość (f) i długość (g), położenie środka ciężkości (h) i punktu początkowego (i), opisanie wypukłe (j), opisanie prostokątne (k) oraz ilość otworów (l)
55 KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU Analiza - ROZDZIELCZOŚĆ POMIARU [ 3 ] Rzeczywista powierzchnia obiektu (czarna linia) wraz z odpowiadającą jej powierzchnią wyrażoną w pikselach
56 KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU Analiza - KSZTAŁT OBIEKTÓW [ 3 ] Współczynnik wydłużenia a f 1 = b Pole powierzchni Najczęściej stosowany współczynnik kształtu Obwód f 2 = L 2 4ΠA Inny sposób obliczania współczynnika kształtu f 3 = d 2 d 1 Podstawowe parametry służące do opisu kształtu obiektu
57 KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU Interpretacja wyników [ 4 ]
58 KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU Przykłady zastosowania [ 4 ]
KOMPUTEROWA ANALIZA OBRAZU Przykłady zastosowania [4] Politechnika Rzeszowska - Materiały inżynierskie - I DUT - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka Detekcja obszarów liniowo zorientowanych (przedstawiony przypadek: kolonie płytek fazy α w stopach tytanu) 59
60 Literatura źródłowa: 1. Dobrzański L. A.: Mikroskopia świetlna i elektronowa. WNT, Warszawa 1998 2. Ryś J.: Stereologia materiałów. Fotobit Design, Kraków 1995 3. Wojnar L.: Image Analysis Applications in Materials Science Engineering. CRC Press, New York 1999 4. Szala J.: Zastosowanie metod komputerowej analizy obrazu do ilościowej oceny struktury materiałów. Wyd. Pol. Śl., Gliwice 2001 Literatura uzupełniająca: Wojnar L., Majorek M.: Komputerowa analiza obrazu, Fotobit Design, Kraków, 1994 Wojnar L., Kurzydłowski K. J., Szala J.: Praktyka analizy obrazu. PTS, Kraków 2002