Способ определения степени однородности и изотропности структуры объектов

Способ определения степени однородности и изотропности структуры объектов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться для анализа плоскостных изображений металлических, керамических, биологических, геологических и других объектов, полученных с помощью микроскопа или с помощью телевизионной, аэро-фото-, рентгеновской или другой съемки. Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет получения количественной интегральной характеристики степени однородности и изотропности структуры объекта. Способ включает сравнение реальной структуры изображения объекта с эталонной, при этом классифицируют элементы структуры изображения исследуемого объекта по одному или по каждому из следующих параметров: линейному размеру, площади, кривизне поверхности, форме, определяют координаты центров тяжести для каждого элемента, измеряют расстояния между центрами тяжести элементов структуры изображения, относящихся к одному классу, строят для каждого класса эталонное изображение по наиболее вероятному расстоянию между центрами тяжести элементов структуры, относящихся к одному классу, определяют количество элементов структуры для каждого класса на исходном и эталонном изображениях, вычисляют суммарное реальное и суммарное эталонное количество элементов, после чего производят сравнение этих сумм.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

6 ЫОИЗИМ

ПЬ ГН . Г:, :," ЧВНЦ " 1 .-.-.А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМИ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4642651/24-24 (22) 26,01.89 (46) 23.12.90. Бюл. Р 47 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт фарфоро-фаянсовой промышле нности (72) С.И.Ковбаса, В.Г.Пантелеев и К.С Рамм (53) 681.3. 019 (088. 8) (56) Сталь инструментальная легированная. ГОСТ 5950-73.

Опубликованная заявка Великобритании

У 1431207, кл, G 4 А, С 06 Р 15/20, опублик. 1976, Патент США У 4571697, кл. G 06 Е 15/20, опублик. 1986. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ОДНОРОДНОСТИ И ИЗОТРОПНОСТИ СТРУКТУРЫ

ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться для анализа плоскостных изображений металлических, керамических, биологических, геологических и других объектов, полученных с помощью микроскопа или с помощью телевизионной, аэро-, фото-, и рентгеновской или другой съемки, Целью изобретения является, Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться для аналиэа плоскостных изображений металлических, керамических, биологических, геологических и других объектов, получе IHbIx с помощью микрос;;опа или с помощью телевизионной, аэро„,,80, ж575о А1 (5!)5 С 06 Р 15/70, G 01 И 21/00

2 повышение точности и расширение функциональных воэможностей за счет получения количественной интегральной характеристики степени однородности и изотропности структуры объекта.

Способ включает сравнение реальной структуры изображения объекта с эталонной, при этом классифициру.ят элементы структуры изображения исследуемого объекта по одному или по каждому из следукицих параметров: линейному размеру, площади, кривизне поверхности, форме, определяют косрдинаты центров тяжести для каждого элемента, измеряют расстояния между центрами тяжести элементов структуры иэображения, относящих я к одному классу, строят Е для каждого класса эталонное иэображение по наиболее вероятному расстоянию между центрами тяжести элементов структуры, относящихся к одному классу, определяют количество элементов структуры для каждого класса на исходном и эталонном изображениях, вы числяют суммарное реальное суммарное эталонное количество элементов, после чего производят сравнение этих сумм. фото- и рентгеновской или .,ругой съемки.

Цель изобретения — повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет получения к<личественной интегральной хара <теристи >15750 ки степени однородности и;отропности реальной структуры объекта.

Для того, чтобы предлагаемым способом произвести сравнение реальной структуры изображения объекта с эталонной на количественном (а не на качественном) уровне, необходимо иметь эталонное изображение структуры, параметры которого можно определить или измерить.

Для получения такого иэображения предварительно классифицируют элементы структуры изображения исследуемого объекта по линейному размеру, площа1 ди, кривизне поверхности или форме (т.е, элемейты структуры по одному или по каждому из перечисленных выше параметров делят на классы, определяя интервал значений этого параметра 20 ,для каждого класса). Далее определяют, координаты центров тяжести для каждо го элемента структуры, измеряют рас стояния между центрами тяжести эле,ментов структуры изображения, отно- 25 сящихся к одному классу. Затем строят гистограммы распределения этих расстояний для каждого класса элементов ! структуры, гистограммы аппроксимируют одной из кривых распределений Пирсона,10 получая функцию распределения

1 (x, 9 ), где х - случайное расстояние между центрами тяжести элементов структуры;

9 — параметры функции распределения, Находят наиболее вероятное расстояние L между центрами тяжести элементов структуры в каждом классе, вычисляемое по функции распределения. Затем по наиболее вероятному расстоянию между центрами тяжести элементов структуры, относящихся к одному классу стРоят для каждого класса эталон- 45 ное изображение (того же формата, что и исходное), представляющее собой плоскость, содержащую только Равноудаленные элементы (т,е. плоскость правильного разбиения на равносторонние треугольники со стороной, равной

L) После построения эталонных изображений определяют количество элементов структуры для каждого класса на соответствукщем ему эталонном изобра55 жении, Затем, зная границы каждого

l класса и число элементов, соответствующих каждому классу на реальном и эталонных изображениях, строят функцию распределения элементов на реальном изображении

r (х,8 ), где х — случайное значение выбранного ,,„ параметра; — параметры функции распределения и функции распределения элементов по эталонному изображению, сравнивают эти две функции, для чего подсчитывают величину

$ = Я x((.,в )- (-)I, где n — общее число измерений;

max измеряют по х среди всех интервалов,соответствующих выбранным вначале классам. затем находят из таблицы значение функции Смйрнова-Колмогорова КЩ) и вычисляют степень однородности и изотропности no o M e U=i K()).

Операции построения и сравнения функций распределения элементов на реальном и эталонном изображениях по физическому смыслу аналогичны определению количества элементов структуры для каждого класса на исходном и эталонном изображениях, вычислению суммарного реального и суммарного эталонного количества элементов и сравнению этих сумм, результатом которого является величина, принимающая значение из интервала (О, 1) .

Способ определения степени однородности и изотропности структуры может быть реализован следующим образом.

Пример 1. Из представительного образца корундовой керамики изготовляют аншлиф. На оптическом микроскопе фирмы Opton получают изображение представительного участка поверхности. Анализ степени однородности и изотропности распределения пор проводят по площади. Измеряют площади всех пор на изображении, Минимальная площадь поры 0 25 мкм, максимальная

64 мкм, Измеренные площади пор разделяют на классы, определив интервалы значений площади для каждого класса.

Эти интервалы в данном примере следующие,, мкм : 1-й 0,25-0,5; 2-й 0,51,0, 3-й 1,0-2,0, 4-й 2,0-,4,0, 5-й

4, 0-8, О; 6-й 8, 0-16,0, 7-й 16,0-32, О, 8-й 32 0-64,0, количество классов восемь.

Определяют координаты центров тяжести для каждой поры. Измеряют расстояния между центрами тяжести.для

1615750 каждых трех ближайших по отношению один к другому элементов, относящихся к одному классу. По результатам измерения расстояний триад ближайших элементов строят гистограммы распределения этих расстояний для каждого класса пор. Гистограммы аппроксимируют экспоненциальной функцией

Ге (х) = е ", х =" О, Q =const, К .Я и, hj -- i к Ф х,п, где n — число зерен в частичном ин1 тервале; х . — среднее значение частичного

1 интервала.

По выбранной величине доверительной вероятности проверяют гипотезу о том, что найденные кривые хорошо аппроксимируют гистограммы. По функциям распределений находят наиболее вероятные расстояния между центрами тяжести пор, относящихся к одному классу. Их величины .(в соответствии с номерами классов) следующие, мкм:

1-й 52,6, 2-й 17, 02; 3-й 13,23, . 4-й

15,99; 5-й 17,31; 6-й 9,49; 7-й

14, 17, 8-й 46, 02.

Строят для каждого класса эталонное изображение и определяют количе ство элементов структуры для каждого ! класса на соответствующем ему эталон ном изображении. В соответствии с номерами классов эти количества следующие: 1-й 5; 2-й 49; 3-й 81, 4-й 55;

5-й 47, 6-й 157; 7-й 71, 8-й 7. Зная интервалы значений площадей пор и число пор, соответствующих каждому классу на реальном и эталонных изображениях, строят функции распределения элементов на реальном и эталонном изображениях.

Сравнивают эти функции в метрике

1, т.е. подсчитывают величину ; .

Она равна 0,71. Затем по таблице значений функции Смирнова-Колмогорова находят К((), где К() — распределение Колмогорова, равйое в данном примере 0,3. Вычисляют степень однородности и изотропности. Табулированные значения функции Смирнова-Колмогорова показывают, что анализируемая структура является однородной и изотропной при U О, 1. При U (0,1 анализируемая структура неоднородна и неизотропна.

Общая погрешность измерения д представляет собой сумму аппаратурной

f (h U ) и методической (Ь У ) погреша ностей, Аппаратур ная погрешность, в свою очередь, складыв ется из погрешности измерения линейных размеров или площадей элементов изображений, а также из погрешности процессора, 10 У современных модификаций информационно-вычислительных комплексов, предназначенных для анализа изображений (например, IBAS фирмы Opton, на котором проведено определение площадей

15 пор), аппаратурная погрешность измерения площадей составляет 1%, аппаратурная погрешность измерения линейных размеров 0,8%.

Методическую погрешность определя20 ют следунхцим образом: Q . U =1-U

+ М где Б — результат измерения степени однородности и изотропности, полученной по описанной измерительной процедуре, у эталонной структуры U =0,995, 25 ф ц+=0,005 или 0,5%. В сумме погрешность измерения составляет 1 5%.

Пример 2. Определяют степень однородности и изотропности распределения частиц лесса. Анализ степени

30 однородности и изотропности распределения частиц лесса проводят по линейному размеру (средней хорде), Измеряют средние хорды всех частиц на изображении, Минимальная длина сред35 ней хорды составляет 8, 2 мкм, максимальная 163,0 мкм. Измерение длины разделяют на классы, количество которых равно восьми. Величина интервала составляет 20 мкм в диапазоне от 8

40 до 168 мкм. Определяют координаты центров тяжести для каждой частицы и проводят нсю измерительную процедуру по примеру 1. Величина в этом примере ранна 1,12, K(() 0,84, степень

45 однородности и из отропности U=1-0 р 84=

=О, 16, аппаратурная ошибка составляет

0,8%, методическая 0,5%. В сумме погрешность измерения составляет 1,3%.

Пример 3. Определяют степень

50 однородности и изотропности распределения зерен в сплаве ЭП220 по форме этих зерен. Измеренный фактор формы для всех зерен имеет минимальное значение 0,352 отн.ед., максимальное

0,693 отн.ед. Количество классов семь, величина интервала 0,05 в диапазоне от 0,35 до 0,70. Определяют координаты центров тяжести для каждо- го зерна и проводят всю описанную

1615750

Формула изобретения

Способ определения степени однородности и иэотропности структуры объектов, включающий сравнение реальной структуры изображения объекта с эталонной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных воэможностей за счет получения количественной интегральной характеристики степени однородности и иэотропности geалькой структуры объекта, классифицируют элементы структуры изображения объекта по одному или по каждому иэ следукщих параметров: линейному размеру, площади, кривизне поверхности, форме, определяют координаты центров

Составитель ЛеЖеренов

Техред Л.Олийнык Корректор Т.Малец

Редактор А.Козориэ

Заказ 3990 Тираж 579 Подписное

ВНИИПИ Государственного ко) лтета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

\ в примерах 1 и 2 измерительную процедуру. Величина равна 1,38, К()

0,96, степень оДнородности и изотропности 0,04. Аппаратурная ошибка составляет 1,9, методическая 0,5, суммарная погрешность измерения 1,95/.

Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ дает возможность

1 выразить степень однородности и изотропности реальной структуры числом; погрешность определения этого числа

,в каждом случае может быть установ-! лена и не превьппает 2 .

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению, из-... вестными более точное выявление бра. ка при текущем контроле качества металлопродукции, а также продукции предприятий, производящих другие материалы (керамику, огнеупоры и т.д.); более надежное выявление области применения того или иного металла, 1 ! огнеупора и других материалов в соответствии с их качеством. тяжести каждого элемента структуры, измеряют расстояние между центрами тяжести элементов структуры соответ5 ствукщего класса, строят гистограммы распределения этих расстояний для каждого класса элементов структуры, аппроксимируют гистограммы одной из кривых распределения Пирсона, получают функцию распределения, вычисляют наиболее вероятное расстояние ме)кду центрами тяжести элементов структуры соответствующего класса, строят для каждого класса эталонное изображение того же формата, что и исходное изображение, в виде плоскости правильного разбиения на равносторонние треугольники со стороной, равной расстоянию между центрами тяжести элементов структуры того же класса, подсчитывают количество элементов структуры для каждого класса на соответствукщем ему эталонном иэображении, строят функцию распределения элементов на реаль25 ном изображении

F(x,0 ), где х — случайное значение выбранного параметра; — параметры функции распределе30 ния и функции распределения элементов по эталонному изображению, сравнивают функции путем подсчета величины

ЗР (= п еех(Р(х,g )-F(x)(, где n — общее число измерений;

max найден по х среди всех интервалов, соответствующих

40 выбранным классам, находят из таблицы значение функции

Смирнова-Колмогорова К(), вычисляют степень однородности и изотропности па формуле U=l-K(().