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摘要：显微镜光学图像利用数字技术实现了“图像信息采集-计算机处理与存储-打印与输出”的过程，取代了原有的胶片摄影和暗室工作。数字显微照片的组织结构层次清晰，不仅能满足金相检测对图像的要求，改善金相图像质量，提高工作效率，节约检测成本，而且使金相图像的获取和保存更加安全方便，更适应于现代高效的检测工作。
关键词：金相检测；图像；数字化；系统
在钢铁产品的检测和分析中，金相检测往往需要大量的显微照片来描述钢结构、非金属夹杂物以及各种缺陷的形貌。以前，低倍和实物照片一般用相机拍摄，而高倍显微照片则用卡带和金相底片拍摄。这些照片是通过胶片曝光和暗房获取照片，需要一系列的过程，速度慢、耗时长，严重制约了金相检测的速度，同时增加了检测成本。金相检测工作频率高、数量多，而胶片摄影和暗室工作导致经常出现一个试样占多人等的现象，成为制约检测速度的瓶颈，使快速、及时、准确的检测工作难以满足生产和科研服务的要求。
一、系统的建立
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1.市场调研：目前，金相实验室配备的数字化影像系统大致有三种方式:（1）与显微镜耦合的CCD相机，分辨率相对较低，通常只有几十万像素；（2）显微镜显微数码相机，特别符合对应显微镜，具有更高的分辨率和特定的接口，比如OLYMPUS DP10显微镜专用相机（130万像素，分辨率1280×1024），此外，还有一种美国数字显微镜Pixera 120es，最大分辨率为120万像素（1260×960），以及一种偏振DMC相机，最大分辨率为192万像素（1600×1200），但是价格都很昂贵；（3）用普通数码相机代替特殊的显微数码相机是占比率最高的，比如日本的尼康COOLPIX 990，最高分辨率为315万像素（2048×1536），此外，由于商业原因，这些设备比专业数字设备更新得更快、更频繁，分辨率也更高。使用普通数码相机可以利用最新的技术进步，以较低的成本升级基本设备。然而，对于一个普通的数码相机来说，不可能有一个现成的与显微镜的接口。由于该接口不仅涉及精密加工，还必须解决同步成像和放大等光学问题，因此需要一定的经济技术支撑。目前，在国内使用数字化图像处理系统的显微镜通常具有较大的需求，而整个“宏观-低-高”系列的金相实验室图像数字处理系统则很少。
2.系统设计市场研究：结合实验室的情况和工作性质，提出了以下设计思路。
考虑到由于金相实验室负责的任务，既需要质量较高、便于使用，并且有尽可能高的分辨率的摄影设备，来获得一个最佳的金相图像。图像数字化原则上应使用高分辨率设备（包括彩色激光打印机）进行，宏观摄影应直接用数码相机拍摄。有专业的公司负责系统及相关软件的配置、安装及调试，经过多次修改，已经取得了巨大的成功，该系统满足所有技术要求，并已正式投入使用。
3.系统组成。金相检测图像的数字化处理系统由三个部分组成。（1）宏观部分由数字摄像机直接输入计算机，从还原到放大。（2）低功率部分由装有数码相机的立体显微镜拍摄，并以3-50倍的放大倍数输入计算机。（3）高功率部分由OLYMPUS显微镜采集，该显微镜配有数码相机，放大倍数在50~1000之间。系统结构示意图如图1所示。
二、数字化处理系统的实际使用
1.宏观照相。宏观形貌用数码相机拍摄的，储存的照片被输入电脑，通过网络传输或打印出来进行处理。图2和图3是金相检测人员在现场拍摄的钢板表面裂纹的低功率图像。图像由计算机图像处理系统进行放大，清晰地反映了裂纹的形态和细节。这种快速成像过程大大提高了检测效率，以前的普通胶片相机在信息传输方面是不可与之比较的。
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图2钢板折弯后裂纹
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图3钢板折弯后裂纹（放大后）
2.微观照相。显微照相放大倍率在50~1000倍之间，金相分析的图像放大处理系统，对于研究金属产品的表面、内部组织缺陷和内部组织性能分析非常有效，同时也弥补了原显微镜使用胶卷相机拍照然后再洗照片的不足和复杂性。显微镜的光信号被转换，并与数码相机获取的信息一并传输到电脑中，在电脑上打开专业金相分析软件可以观察到获得的图像。然后使用“手动对焦”装置调整对焦，点击相关功能键，直到图像最清晰。利用金相分析软件中特定的系统设置功能键对图像进行处理。在偏光显微镜下，通过均衡校正、亮度调节和灰度变换，使图像清晰。对于不同锐度的图像，通过扩展集合可以得到最佳的图像组合。根据不同的分析目标，对图像进行专业处理，然后进入专项分析。分析结果将自动显示在计算机上，并生成检测报告。图像和报告可以通过网络传输到相关部门。下面的应用实例说明了图像数字处理系统在实际中的应用。
三、效果对比
1.降低劳动强度，提高检测效率。使用胶卷照相机要经过曝光、显影、定影、水洗、干燥、成像等一系列工艺工序，一张令人满意的金相照片几乎需要一天的时间。事实上，在图像的形成过程中有太多的影响因素，无论采用何种方法，都很难获得令人满意的金相图像，有时必须从头开始。另一方面，图像数字处理系统在处理金相图像方面要简单方便得多。将数码相机记录的金相图像信息输入计算机进行专业图像处理，照片可与金相分析结果同时打印，这一切将在几分钟内结束。这大大降低了工作时间，提高了检测的效率。
2.图像清晰，分析处理快速准确。胶卷相机需要非常专业的人员来进行金相图像的拍摄与冲洗，没有经过专业培训与长期实际操作的人员，往往会因为对焦不准、快门不够、景深不足、感光度太高等等原因导致拍摄的照片不清楚，不能满足金相检测对图像的要求，进而影响到最终的检测分析结果。而通过使用数字处理系统，即便获得的原始图像不是很清晰，我们也可以在系统软件中使用特定的功能来处理图像，非常方便快速地使其组织形态清晰可见，进而使检测人员的工作变得更加简单、快速和准确。
3.图像的保存和检索。通过计算机检索功能可以快速准确地定位金相图像，检测结果和结构图像也可以通过网络及时传输给需要的人。计算机存储是非常重要的，可以在金相图像上存储大量的信息，通过计算机可以更容易、更快地检索各种类型的信息。它比阅读手工金相照片更快、更准确。可以使用现代网络工具，如移动硬盘、光盘和软盘，所以图像自动处理系统优势更为明显。
4.降低成本，提高效率。金相图片数字化处理系统的应用，可以节约胶片、相纸、显影液、定影液、水、电等等用于胶片摄影的消耗成本，减少了大量的人力、物力和时间，简化图像处理过程，大大提高了工作效率和质量。
结束语：
利用自动处理系统能够满足金相检验的要求，提高生产效率，节约生产成本，便于保存、查阅与交流，从而使金相检验的图像处理来满足科学研究的一切要求以及生产的速度和精度要求，很大程度上提高了工作质量和工作效率，提高了检验检测的速度，促进了金相检测行业的发展。
参考文献:
[1]宋建.金相检测处理系统的建立及应用.冶金工业出版社.2018
[2]李力.金相检测图像数字化处理系统的建立及其应用.2018