本發(fā)明屬于圖像處理，具體涉及一種基于計算機視覺的晶界鋸齒化表征方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、晶界鋸齒化是通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に噷⒔饘俨牧现械碾S機晶界轉(zhuǎn)變?yōu)殇忼X狀的特殊晶界的一種方法。根據(jù)現(xiàn)有的研究，鋸齒狀的晶界具有可以有效防止晶界間滑動、延長晶界沿晶擴展路徑以及抑制沿晶裂紋產(chǎn)生和擴展等特性，可以用于改善鎳基合金與奧氏體耐熱鋼等材料的高溫力學(xué)性能。晶界鋸齒化的表征主要是通過測量材料顯微組織圖像中鋸齒化晶界的振幅來衡量晶界發(fā)生鋸齒化的程度，通常需要采集材料顯微組織圖像，手動截取具有鋸齒化晶界特征的部分，并手動測量晶界的振幅，或是將晶界作為波形進行快速傅里葉變換獲取相應(yīng)正弦波的波長與振幅。但這樣的手動截取的方法效率較低，無法進行大量的晶界鋸齒化表征，這會導(dǎo)致選擇的晶界樣本數(shù)量較少不能很好的表征材料的整體情況，且在選擇晶界時會受到主觀因素的影響。因此需要一種能從材料的顯微組織圖像中自動篩選并提取晶界，并能客觀表征各段晶界鋸齒化程度的方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明提供了一種基于計算機視覺的晶界鋸齒化表征方法及裝置，能高效準確的進行大量的晶界鋸齒化表征。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種基于計算機視覺的晶界鋸齒化表征方法，包括以下步驟：

3、(1)圖像采集：獲取具有鋸齒化晶界特征的圖像并確定其比例尺；

4、(2)圖像前處理：對圖像作濾波、二值化操作以獲得二值化圖像；

5、(3)濾雜處理：對圖像進行去噪和去毛刺；

6、(4)晶界網(wǎng)絡(luò)提?。簩D像進行形態(tài)學(xué)操作后使用細化算法提取晶界網(wǎng)絡(luò)；

7、(5)拆分單段晶界：將晶界網(wǎng)絡(luò)拆分成不連續(xù)的單段晶界，并將提取指定長度的晶界；

8、(6)晶界鋸齒化表征：使用快速傅里葉變換計算各段晶界的特征正弦波，并獲得其波長與振幅。

9、進一步地，步驟(2)所述圖像前處理包括：

10、濾波處理：通過雙邊濾波對圖像進行濾波處理；

11、單通道處理：選擇晶界與周圍區(qū)域?qū)Ρ茸顝娏业念伾ǖ啦⒋祟伾ǖ老聢D像轉(zhuǎn)換成灰度圖；

12、直方均衡化：通過自適應(yīng)直方圖均衡化對圖像進行增強處理；

13、標準化：通過二值化將非晶界部分所對應(yīng)的數(shù)值調(diào)整為0，將屬于晶界的部分所對應(yīng)的數(shù)值調(diào)整為255。

14、進一步地，步驟(3)所述的濾雜處理包括：

15、連通域分割：通過連通域處理函數(shù)將圖像按照連通域分割，并獲得每個連通域?qū)?yīng)的序號、位置、面積的參數(shù)，并根據(jù)獲得的連通域面積繪制連通域面積分布統(tǒng)計圖；

16、連通域篩選：根據(jù)連通域面積分布統(tǒng)計圖選擇合適的面積閾值，將面積大于閾值的連通域重繪在與原圖像素尺寸相同的新圖像上，獲得去除噪點與小段不連續(xù)晶界后的晶界輪廓；

17、形態(tài)學(xué)操作：通過形態(tài)學(xué)操作，去除晶界輪廓上的毛刺。

18、進一步地，步驟(4)所述的晶界網(wǎng)絡(luò)提取包括：

19、膨脹處理：根據(jù)圖像尺寸大小選擇合適尺寸的卷積核，使用該卷積核對圖像進行膨脹處理；

20、細化處理：對膨脹后的晶界輪廓使用細化算法提取晶界網(wǎng)絡(luò)，該晶界網(wǎng)絡(luò)尺寸與原圖像像素尺寸相同，晶界寬度均為1像素。

21、進一步地，步驟(5)所述拆分單段晶界包括：

22、交點查找：使用3×3的單位矩陣作為卷積核，對晶界網(wǎng)絡(luò)所有非零像素點做卷積運算，并根據(jù)運算結(jié)果判斷該像素點是否為交點；

23、打斷交點：檢查并篩選交點，并將篩選后的交點所對應(yīng)像素數(shù)值設(shè)置為零；

24、長度分布統(tǒng)計：使用連通域處理函數(shù)，獲得所有單段晶界的序號、位置、面積的信息，根據(jù)長度信息繪制單段晶界長度分布統(tǒng)計圖，并結(jié)合原圖比例尺信息將像素單位換算成比例尺單位；

25、篩選晶界：預(yù)設(shè)長度閾值篩選滿足長度要求的晶界，并獲得像素坐標信息；

26、單段提?。焊鶕?jù)獲得的晶界像素坐標信息，創(chuàng)建對應(yīng)尺寸的新圖像，并重繪該段晶界，對圖像進行合適的旋轉(zhuǎn)和裁剪，使得圖像中晶界走勢趨于水平，左右兩端的第一列像素均有非零像素，隨后將該圖像保存為單獨的圖像文件，并記錄晶界序號與長度。

27、進一步地，步驟(6)所述晶界鋸齒化表征包括：

28、波形采樣：讀取單段晶界的圖像，并根據(jù)非零像素點的位置信息將圖像轉(zhuǎn)換成以(x，y)坐標點組成的連續(xù)波形；

29、基線矯正：對該波形進行基線矯正；

30、快速傅里葉變換：對基線矯正后的波形進行快速傅里葉變換，獲得一系列正弦波；

31、提取特征正弦波：根據(jù)快速傅里葉變換所得結(jié)果，計算出振幅-頻率譜和振幅-波長譜，根據(jù)振幅-頻率譜峰值去除循環(huán)周期最小所對應(yīng)的正弦波，隨后選取振幅最大的三個峰值所對應(yīng)的正弦波作為該段晶界的特征正弦波；

32、獲得波長振幅：根據(jù)振幅-波長譜獲得該段晶界三個特征正弦波的波長與振幅，將波長與振幅相乘得到晶界鋸齒化指數(shù)。

33、進一步地，所述面積閾值為100。

34、進一步地，所述卷積核大小為3×3或5×5。

35、進一步地，所述長度閾值為10μm。

36、本發(fā)明所述的一種裝置設(shè)備，包括存儲器和處理器，其中：

37、存儲器，用于存儲能夠在處理器上運行的計算機程序；

38、處理器，用于在運行所述計算機程序時，執(zhí)行如上所述的一種基于計算機視覺的晶界鋸齒化表征方法的步驟。

39、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明能快速的對大量晶界進行鋸齒化表征，即可以單次在同一張顯微組織圖像中提取并表征多段晶界，表征效率更高，更能反應(yīng)材料整體鋸齒化的程度；其次，使用快速傅里葉變換表征鋸齒化程度與手動測量振幅與波長相比更加準確；此外，用于表征的圖像可以使用光鏡圖、掃描電鏡圖等多種圖像，具有良好的兼容性。

技術(shù)特征：

1.一種基于計算機視覺的晶界鋸齒化表征方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于計算機視覺的晶界鋸齒化表征方法，其特征在于，步驟(2)所述圖像前處理包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于計算機視覺的晶界鋸齒化表征方法，其特征在于，步驟(3)所述的濾雜處理包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于計算機視覺的晶界鋸齒化表征方法，其特征在于，步驟(4)所述的晶界網(wǎng)絡(luò)提取包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于計算機視覺的晶界鋸齒化表征方法，其特征在于，步驟(5)所述拆分單段晶界包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于計算機視覺的晶界鋸齒化表征方法，其特征在于，步驟(6)所述晶界鋸齒化表征包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于計算機視覺的晶界鋸齒化表征方法，其特征在于，所述面積閾值為100。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于計算機視覺的晶界鋸齒化表征方法，其特征在于，所述卷積核大小為3×3或5×5。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于計算機視覺的晶界鋸齒化表征方法，其特征在于，所述長度閾值為10μm。

10.一種裝置設(shè)備，其特征在于，包括存儲器和處理器，其中：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于計算機視覺的晶界鋸齒化表征方法及裝置，獲取具有鋸齒化晶界特征的圖像并確定其比例尺，對圖像作濾波、二值化操作以獲得二值化圖像，并進行去噪和去毛刺，對圖像進行形態(tài)學(xué)操作后使用細化算法提取晶界網(wǎng)絡(luò)，將晶界網(wǎng)絡(luò)拆分成單段晶界后，再根據(jù)晶界信息篩選出合適的晶界并將其提取，隨后通過快速傅里葉變換提取其特征正弦波并計算其鋸齒化指數(shù)，并以此表征其鋸齒化的程度。本發(fā)明能快速地對大量晶界進行表征，且表征的晶界鋸齒化結(jié)果更能反映材料整體的晶界鋸齒化程度；此外，用于表征的圖像可以使用光鏡圖、掃描電鏡圖等多種圖像，具有良好的兼容性。

技術(shù)研發(fā)人員：馮文,周俊杰,汪詩昊,孫挺,趙恬玉,賀毅強,劉漢,徐天池
受保護的技術(shù)使用者：江蘇海洋大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14