[发明专利]球墨铸铁中显微粒子的自动分类评级方法

摘要

本发明球墨铸铁中显微粒子的自动分类评级方法，涉及金相显微图像数据处理，步骤是：采集图像；客户输入分类的显微粒子类别数目估计值；图像预处理；图像聚类分类；提取和计算图像中的显微粒子的形态特征，结合相应国标来区分球墨铸铁中显微粒子的种类并确定级别。本发明方法采用将改进的K均值聚类算法与图像分割算法融合应用并结合金相特征值的手段，依据图像中显微粒子的种类将其分割成相应数量的样本图像，分割后的每张图像中只包含一种显微粒子，用户可根据自己需求选择适当的显微粒子进行分类评级，克服了现有金相显微分析技术对金相图像的处理，特别是含有多种组织的金相图像的处理缺乏检验的准确性和权威性的缺点。

主权项

1.球墨铸铁中显微粒子的自动分类评级方法，其特征在于具体步骤如下：第一步，采集图像通过光学显微镜和CCD相机采集球墨铸铁的金相图像，所用CCD相机的分辨率在130万～300万像素，采用USB接口通信，视频采集时每秒帧数为11～31帧，抓拍其中效果较好的一帧保存为BMP或JPG格式的图像；第二步，客户输入分类的显微粒子类别数目估计值考虑到球墨铸铁的金相组织评级的定量性，确定客户输入分类的显微粒子聚类数目估计值为k＝2～5类；第三步，图像预处理将由第一步采集的图像经过图像预处理，其操作过程是先对图像进行灰度化处理，然后将三通道图像转换成单通道图像，再根据用户选择进行滤波操作使图像清晰化，这里采用高斯滤波和中值滤波两种滤波相结合的滤波方法；第四步，图像聚类分类将改进的K均值聚类算法与图像分割算法融合应用，即采用多阈值迭代的分割方法并将K均值聚类算法融入其中，对第三步图像预处理的图像聚类分类，具体步骤是：4.1为每个聚类确定一个初始的聚类中心，这样k个聚类存在k个聚类中心，4.2将样本集中的每一个样本按照最小距离原则分配到k个聚类中的某一个，4.3使用每个聚类中所有样本的均值作为新的聚类中心，4.4如果聚类中心有变化则重复4.2和4.3步直到聚类中心不再变化为止，4.5最后得到的k个聚类中心就是聚类的结果，4.6找出图像中的亮度特征，通过迭代方法将其归类标记为1，2，3…K类；第五步，提取和计算图像中的显微粒子的形态特征，结合相应国标来区分球墨铸铁中显微粒子的种类并确定级别将由第四步图像聚类分类好的球墨铸铁的金相图像抽取显微粒子的形态特征，包括显微粒子的球化率、面积率、粒子大小和珠光体数量，通过计算这些显微粒子的形态特征，结合相应的国家标准来区分球墨铸铁中显微粒子的种类并确定级别，具体步骤如下：5.1球墨铸铁中石墨显微粒子种类的区分先通过计算各个石墨显微粒子的球化率和面积率，球化率计算：v=1×n1.0+0.8×n0.8+0.6×n0.6+0.3×n0.3+0×n0n1.0+n0.8+n0.6+n0.3+n0---(I)]]>式中，n_1.0、n_0.8、n_0.6、n_0.3、n₀分别表示五种球状修正系数的石墨显微粒子颗数，面积率计算：u=Siπr2---(II)]]>上式中，S_i为各个石墨显微粒子的实际面积，单位为mm²，r为各个石墨显微粒子的外接圆半径，单位为mm，(I)式中的五种球状修正系数的石墨显微粒子颗数与(II)式计算所得的面积率大小范围的对应关系分别为：n_1.0对应u≥0.81、n_0.8对应u＝0.80～0.61、n_0.6对应u＝0.60～0.41、n_0.3对应u＝0.40～0.21和n₀对应u≤0.20，再用面积率来区分球墨铸铁球化中的石墨显微粒子的种类，由计算的面积率数值与GB9441-88对比，石墨显微粒子面积率小于0.2的为片状石墨；大于0.2至小于0.4的为蠕虫状石墨；大于0.4至小于0.6的为团絮状石墨；大于0.6至小于0.8的为团状石墨；大于0.8至小于1.0的为球状石墨；5.2球墨铸铁中石墨显微粒子的大小评级计算各个石墨显微粒子平均直径的计算公式为D‾=2×Σi=1nSiπ(n0+n1+n2+n3+n4+n5)---(III)]]>上式中，S_i为各个石墨显微粒子的实际面积，单位为mm²，n₀、n₁、n₂、n₃、n₄和n₅分别对应石墨显微粒子直径D的范围为：大于25至50、大于12至25、大于6至12、大于4至6、大于1.5至4和≤1.5的石墨显微粒子个数，由计算得到的球墨铸铁中石墨显微粒子大小的平均直径数值与国标GB 9441-88对比，来判断不同石墨显微粒子大小所属级别，这里根据国标GB 9441-88规定，石墨显微粒子平均直径的范围为：大于25至50的级别为3级，大于12至25的级别为4级，大于6至12的级别为5级，大于3至6的级别为6级，大于1.5至3的级别为7级，≤1.5的级别为8级；5.3球墨铸铁中珠光体数量评级计算出珠光体的数量百分比M，计算公式为：M=ΣiSiSall×100%---(IV)]]>上式中S_i为各个珠光体显微粒子的实际面积，S_all为整个图像的大小，单位均为mm²，将所计算得到的珠光体数量百分比与国标GB 9441-88对比，来判断珠光体数量级别，国标GB 9441-88规定，珠光体数量百分比范围大于等于90的为珠95，大于等于80至小于90的为珠85，大于等于70至小于80的为珠75，大于等于60至小于70的为珠65，大于等于50至小于60的为珠55，大于等于40至小于50的为珠45，大于等于30至小于40的为珠35，≈25的为珠25，≈15的为珠15，≈10的为珠10，≈5的为珠5。