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计算机图形处理软件在SEM图像定量测定中的应用分析

来源:论文联盟  作者:卢正宽 [字体: ]

计算机图形处理软件在SEM图像定量测定中的应用分析

  材料表面微观世界研究时,采用的电子光学仪器为扫描电镜,是一种先进的、新颖的仪器,具有比较高的分辨率、比较大的景深,能够连续的调节放大倍数,图像具备立体感。通过扫面电镜图片与计算机图形处理软件Photoshop的结合,能够实现定量分析图像。Photoshop具有大众化的特点,可以编辑、处理、统计、计算各种照片及图形,操作简单,将其应用在SEM图像定量测定中具有比较强的可行性,可降低测定的难度,保证测定工作便捷的开展。 
  1 SEM图像及计算机图形处理软件概述 
  1.1 SEM图像 
  SEM图像是指扫描电镜照出来的图片,扫描电镜照相时,照明源为电子束,电子束聚焦非常细,以光栅状扫描方式照射到试样上,产生相关于试样性质的信息,之后通过相应的收集、处理操作,放大试样的微观形貌[1]。由于入射电子相互作用于物质后,形成的各种信息为其成像信息,受到入射电子自身所具备的波动性的影响,再加上球相差、外界震动、统计涨落噪音等相关因素影响成像时的图片质量,导致最终的SEM图像质量比较低,影响定量测定的顺利开展。为避免此种影响,需要采取相应的软件处理SEM图像,提升图像质量,使定量测定顺利完成。 
  1.2 计算机图形处理软件 
  计算机图形处理软件是指广泛应用于广告制作、平面设计等领域的软件,目前比较常用的图形处理软件包含光影魔术手、数码伴侣、Photoshop、True Photo、PhotoBrush照片刷子等,这其中,应用最广泛的即为Photoshop。Photoshop由Adobe Systems开发、发行,以像素工具构成的数字图像为该软件主要处理的软件,功能涉及图像、图形、视频等多个方面。 
  2 计算机图形处理软件定量测定SEM图像的理论步骤 
  近年来,定量测定SEM图像时,开始应用Photoshop软件,主要体现在两个方面,一方面为测定细小相面积分数或体积分数,另一方面为测定夹杂物颗粒的尺寸,测定不同方面时,Photoshop软件具体的测定步骤不同,下面逐一对其作出阐述。 
  2.1 细小相面积分数或体积分数测定 
  由德莱赛定律可知,当某一组元存在于组织中时,在随机截面上,该组元于断面上测定的面积分数(AA)相同于其体积分数(VV),即AA=VV[2]。一幅图片中,研究对象断面统计面积分数如果能够测定出来,那么其体积百分比就可以计算出来。具体测定过程中,步骤共包含4个:(1)在计算机中存储电镜高倍图片,打开Photoshop软件,读取图片文件,确定阈值为首先需要进行的工作,为将确定过程中产生的视觉误差尽量减小,应处理研究图片,增大研究图片与基体间的反差,提升阈值确定的准确性,此外,还需备份研究图片,便于确定阈值;(2)研究图片与备份图片均在Photoshop主界面中打开;(3)选择“图像”-“调节”命令,接着选择“阈值”,阈值调节对话框弹出后,滑块用鼠标拖动,对图片亮颗粒做出调节,调节后的恰好相当于原图尺寸后,将灰度值读取出来;(4)选择“图像”-“直方图”命令,直方图对话框弹出后,在选取阈值的位置处用鼠标拖动,达到255后,研究对象面积分数获得[3]。 
  2.2 夹杂物颗粒尺寸测定 
  描述夹杂物颗粒尺寸时,可采用等面积圆直径,而其尺寸的测定可以采用Photoshop软件。如果试样选取的视场足够多,能够测定出颗粒等面积圆直径的统计分布。首先,照相时选取适当的放大倍率,将电镜图片文件获得,同时,在此放大倍率下,电镜图片实际长度(L1)、实际宽度(L2)准确记录,实际宽度与实际长度的乘积即为实际面积(S);其次,图片文件利用Photoshop软件打开,经处理后,增大夹杂物与基体间的反差,降低分辨的难度;再次,整个图片全选,选择“图像”-“直方图”命令,直方图对话框弹出后,整个图片文件的总像素(T1)即可获得;最后,夹杂物用魔棒工具选取,再次弹出直方图对话框,将夹杂物像素(T2)确定,之后用T1/T2,再乘以实际面积(S),得到夹杂物颗粒的实际断面面积(A),并可依据计算出等面积圆直径(d)。 
  3 计算机图形处理软件定量测量SEM图像的实际应用案例 
  3.1 K23合金σ相面积分数测定 
  K23合金属于镍(Ni)-铬(Cr)-钴(Co)基铸造高温合金,强化物质为钼(Mo)、铝(Al)、钛(Ti)。空心导向冷却叶片工作时,温度高达750℃,制造此种叶片时,即可采用K23合金。合金铸态组织组成部分包含三个,分别为γ基体、γ’、MC相,高温时效长期维持后,会析出σ相,σ相形状为针状或颗粒状,比较细小。利用扫描电镜照相后,得到试样的电镜图片,定量测定图片的σ相时,即可采用Photoshop软件。 
  本文在实际测定K23合金σ相面积分数时,共选择2个试样,试样A具有较高的Cr含量,试样B则具有较低的Cr含量。高温时效的条件设置为850℃、100h,试样经过处理后,析出大量的σ相。分别利用50倍及1000倍的扫描电镜照实验的组织,观察照片发现,无论是试样A还是试样B,析出的σ相均呈灰白色针状或颗粒状。测量时,為使结果存在统计学意义,需要在多个视场中进行,因此,从试样边缘开始,向着心部,间隔1mm取1个点,点处选取的视场为3个。试样A与试样B选取的点均为5个,视场共15个。定量测定σ相面积分数时,采用Photoshop软件根据上面叙述的步骤进行,结果显示,在试样A的5个点中,A1点3个视场的σ相面积分数分别为25.17%、28.04%、35.04%,A2点3个视场的σ相面积分数分别为27.19%、24.36%、31.18%,A3点3个视场的σ相面积分数分别为30.25%、22.04%、34.18%,A4点3个视场的σ相面积分数分别为29.06%、22.37%、32.06%,A5点3个视场的σ相面积分别为22.16%、19.08%、32.09%,试样A的σ相面积分数平均值27.69%;在试样B的5个点中,B1点3个视场的σ相面积分数分别为12.08%、10.14%、18.29%,B2点3个视场的σ相面积分数分别为12.06%、6.08%、11.18%,B3点3个视场的σ相面积分数分别为15.09%、6.05%、23.35%,B4点3个视场的σ相面积分数分别为11.16%、5.29%、27.19%,B5点3个视场的σ相面积分数分别为14.68%、6.77%、31.29%,试样B的σ相面积分数平均值为14.35%。 
  为验证Pohtoshop定量测定结果准确与否,本文还利用IBAS图像分析仪测定了试样A 5个点的2号视场、试样B 5个点的1号视场的σ相面积分数,结果见表1所示。由表1结果发现,两种不同方法的检测结果间无明显差异,比较接近。 
  3.2 M8钢乒乓球样夹杂物颗粒尺寸测定 
  测定M8钢乒乓球样夹杂物颗粒尺寸时,同样需要利用扫描电镜图片及Pohtoshop软件,对于夹杂物颗粒尺寸的测定方法,上文已经叙述过,在此不做赘述。M8钢乒乓球试样中的夹杂物颗粒共7个,分别编号为1~7号,在一定的放大倍率下,测定出电镜谱图片的实际面积,并利用Pohtoshop软件的测定出夹杂物的实际断面面积及等面积圆直径,另外,在测定等面积圆直径时,本文还采用了蔡司显微镜的图像分析软件,对比两种方法的测定结果,结果显示,Pohtoshop测定结果与图像分析软件测定结果基本相同,具体见表2所示。 
  4 结语 本文由论文联盟http://www.LWlm.COM收集整理
  本文以K23合金的σ相、M8钢乒乓球的夹杂物颗粒尺寸为实际应用案例,分析计算机图形处理软件Photoshop定量测定其SEM图像的可行性,通过与其他分析处理软件的测定结果相比刚发现,在Photoshop软件的强大功能下,能够较为准确的处理SEM图像,同时,可以定量测定感兴趣的组织或夹杂物颗粒,使其面积分数、体积分数、颗粒尺寸等更容易获取。SEM图像定量测定中,应用Photoshop软件测定精度一定,且具备快速、简单等优势,可以作为一种测定方法应用于实际中。 

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