2022年基于Matlab的球墨铸铁金相图像处理分析.docx
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1、精品学习资源基于 Matlab 地球墨铸铁金相图像处理分析第一章 绪论1.1 讨论背景和意义Matlab 是 MATrixLABoratory ( “矩阵试验室 ”)地缩写,是由美国MathWorks 公司开发地集数值运算、符号运算和图形可视化三大基本功能于一体地,功能强大、操作简洁地语言.是国际公认地优秀数学应用软件之一.时至今日,经过MathWorks公司地不断完善,Matlab 已经进展成为适合多学科,多种工作平台地功能强大地大型软件.在国外地很多高校,Matlab 已经成为线性代数、自动掌握理论、数理统计、数字信号处理、动态系统仿真等高级课程地基本数学工具.Matlab地主要特点有:语
2、言简洁紧凑,使用便利敏捷,库函数机器丰富;运算符丰富;具有结构化地掌握语句(如 for 循环, while 循环, break 语句和 if 语句);程序限制不严格,程序设计自由度大;程序地可移植性很好,基本上不做修改就可以再各种型号地运算机和操作系统上运行;Matlab地图形功能强大;功能强大地工具箱是Matlab 地另一特色;缺点是和其他高级程序相比,程序执行速度较慢 .它将数值分析、矩阵运算、图形图像处理、信号处理和仿真等诸多强大地功能集成在较简洁使用地交互运算机环境之中,为科学讨论、工程运用供应了一种功能强、效率高地编程工具 .利用 Matlab 对球墨铸铁进行金相图像分析时,就是使用
3、图像处理工具包地函数种类很多:图像显示、图像文件输入与输出、几何操作、像素值统计、图像分析与增强、图像滤波、滤波器、图像变换、图像类型转换等.1.2 存在地问题图像处理在 Matlab 中地应用是由一系列支持图像处理地操作函数组成,如几何操作、区域操作、块操作、滤波、变换、图像分割、图像边缘提取、图像增强等,为便于应用,在该软件中形成图像处理工具包 .图像处理工具包地函数种类很多:图像显示、图像文件输入与输出、几何操作、像素值统计、图像分析与增强、图像滤波、滤波器、图像变换、图像类型转换等 .该工具包与其它欢迎下载精品学习资源一样,使用者可以依据需要自行编写函数.其中就有很多地问题显现: 1.
4、图像采集问题:在采集图片时由于相机地成像成效、拍照角度、拍照人员地自身感觉等因素都会影响到后边图像处理地工作和成效,由于颜色和灰度是打算一幅图像表现才能地关键因素;2.图像处理问题: 图像读入 imread ,是 Matlab 支持地 7种格式之一,显示图像用imshow h 语句, h 为图像句柄;输出图像如需要永久储存,可用imwriteh,map,filename.bmp , b写m入p存储,器 .留意在该语句前要设置调色板,即map=gray256. 要留意图像格式地转化.不同地图像格式对应不同地处理方式,假如处理与格式不符,将引起错误 . 尽管 Matlab 答应未定义使用数组,但在
5、实际应用中这样常常出错,特殊是遇到在double和uint8 型之间地转换时 .所以最好仍是养成用前定义地习惯,防止显现不必要地错误. 在做完肯定量地运算后,一般要用Clear 清除内存变量,以防影响后面地程序运行. 一般默认路径在 Matlab 安装文件下地 work 文件夹中,程序和资源都放在此,假如需要引用新地文件,应事先指明路径. 应留意语句结尾 “; ”地使用,特殊是图像处理中. 应做好程序地注释工作.1.3 讨论地内容和方法本设计主要工作内容为讨论基于Matlab 对球墨铸铁金相图像处理分析、从图像分割、球墨铸铁组织地定位、组织特点地提取及对提取地组织地特点分析等.,选取适合地图像
6、处理方法对图像进行二值化,对二值化后地图像进行图像分割和特点提取,最终对球墨铸铁组织进行金相分析.主要研究地内容包括:1. 球墨铸铁金相图像预处理,包括:RGB 彩色图像地灰度化、图像灰度拉伸、图像边缘检测、灰度图地二值化等;直方图均衡化、图像增强、中值滤波等.2. 图像分割及特点提取.先对定位后地金相图像进行预处理,然后用边缘检测、面积提取法来确定特点区域 .3. 特点分析 .对提取出来地特点进行形状分析,并进行球墨大小分级 ,球化率地运算 .主要讨论方案欢迎下载精品学习资源如下:(1) 、采集球墨铸铁金相样本;(2) 、对图像预处理 灰度变换增强、图像平滑处理、图像锐化得到包含信息量较小和
7、噪声较低地图像;(3) 、用边缘检测、面积提取法来确定特点区域;(4) 、提取出特点区域;(5) 、对提取出地特点区域进行简洁分析;(6) 、对本次球墨铸铁金相讨论进行总结.主要地技术路线如下表1.表1 技术路线其次章 图像采集与预处理图像是当光辐射能量照在物体上经过发射或透射,或由发光物体本身发出光地能量,在人地视觉器官或者机器视觉中所出现出地物体地视觉信息.图像源于自然景物,是其原始地势状,是连续变换地模拟量 .图像每个像素点都有自己地属性,如颜色、灰度等.颜色和灰度是打算一幅图像表现才能地关键因素.图像地颜色是依据光地颜色打算地,人对图像颜色感觉打算于光谱成分.灰度是像素地亮度,它用于表
8、示图像像素在黑白之间地可区分程度,用等级来度量,级数越多,黑白图像地表现力就越强 .图像可以依据其表现形式和生成方式做出不同地划分,按形式分可以分为:实际图像和抽像图像 . 按图像亮度等级分分为:二值图像和灰度图像. 依据光谱分分为:彩色图像和黑白图像.依据图像是否随时间而变换分:静止图像和活动图像. 依据图像所占空间地维数分:二维图像和三维图像等 .图像预处理是相对于图像识别、图像懂得地一种前期处理. 通常图像会显现边缘过于模糊、图像上显现一些不知来源地黑点或白点,图像失真、变形等,因而要进行图像增强,按特定需欢迎下载精品学习资源要突出一幅图像中地某些有用信息;同时,减弱或去除某些不需要地信
9、息,改善图像质量,如转变图像对比度、去除噪声或强调边缘等处理【】.图像预处理主要包括以下内容:1) 图像增强 .主要包含灰度变换增强、图像平滑处理、图像锐化处理等;2) 灰度化 .变换增强主要使用地是直方图均衡化histeq 和对比度增 imadjust ;3) 图 像平滑 . 图像平 滑地 主要 目地是 削减图 像噪 声 .Matlab供应 地图像平 滑函 数主要 有wiener2 、medfilt2和 ordfilt2.wiener2用于实现线性平滑滤波;medfilt2用于实现中值滤波; ordfilt2 是二维统计次序滤波,它是中值滤波地推广;4) 图像锐化 .图像锐化地目地就是使边缘
10、和轮廓线模糊地图像变得清楚,并使其细节清楚.由于锐化会使噪声受到比信号仍强地增强,故一般先去除或减轻干扰噪声后才能进行锐化处理.可以用laplacian 算子锐化和 prewitt 模板锐化【】 .基本地流程图表 2.表 2 图像处理流程图2.1 图像采集图像采集方法主要有三种:(1)用数码相机拍照静态图片,这种方法简洁,图像清楚度高,移动性强,可在野外进行;不足地是图像易倾斜、畸变、光照不均显现阴影,增加图像处理难度.( 2)用数字摄像机采集动态图像.一般是把数字摄像机摄像头 固定在支架上,通过图像采集卡把数字影像输入运算机,通过运算机观看动态图像,依据需要采集静态图像.这种方法采集速度和传
11、输速度快,图像较小.通过在不同角度放置光源,来排除阴影,比较具有可塑性,通过支架地调剂仍能排除图像畸变,因而应用较多.但这种方法同样存在光照不匀称问题,仍需要图像尺寸地标准参照 .所设计地系统硬件由运算机,数码相机、光源等组成.本论文主要采纳地是第一种方法即用数欢迎下载精品学习资源码相机拍照静态图片然后进行处理.如图 1 所示.图 1 球墨铸铁地金相图拍照时成效处理后成效图 2 45#金相图像2.2 图像读入对一幅图像假如整体进行处理,不仅铺张时间,而且图像其它部分可能会影响处理成效.因此,可以先通过图像剪切函数imcrop 剪切所关怀地、特点明显地一部分图像,然后对这部分图像进行相关地处理
12、.Matlab 工具箱中地imread 函数读入图像,支持以下几种图像文件格式:BMP ,GIF , TIFF , JPEG, HDF , PCX ,XWD , PNG, ICO , CUR ,PGM , PPM 和 RAS 等类型 .可利用图像处理工具箱中地imrade 和 imwrite 函数来实现 ,同时可利用 imshow 函数将该图像显示出来 . 其程序如下 :(如我把图像存在D 盘,并面命为 “qt.jpg)”clear, close allA = imread qt.jdp:g;imshow A;欢迎下载精品学习资源imwrite A,qt.jpdg:;2.3 图像显示1. im
13、age 函数是 matlab 供应地最原始地图像显示函数(主要彩色显示图像),程序如下:a=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 ;imagea;结果显示为图3 所示.图 3 彩色显示图像2.colorbarcolorbar函数用显示图像地颜色条.通常,颜色映象进行过调剂,把数据从最小扩展到最大,也就是说整个颜色映象都用于绘图. 有时或许想转变颜色使用地方法. 函数 caxis代表颜色轴, 由于颜色增加了另一个维数,它答应对数据范畴地一个子集使用整个颜色映象或者对数据地整个集合只使用当前颜色映象地一部分.cmin,cmax=caxis返回映射到颜色映象中第一和最终输入项地最小和
14、最大地数据 . 它们通常被设成数据地最小值和最大值. 比如,函数meshpeaks会画出函数peaks 地网格图,并把颜色轴caxis设为 -6.5466, 8.0752 ,即 Z 地最小值和最大值【】. 这些值之间地数据点,使用从颜色映象中经插值得到地颜色. 如:i=imreadd:qt.jpg;imshowi;colorbar;结果如图 4 所示.欢迎下载精品学习资源图 4 图像颜色映射2.4 图像灰度化将彩色图像转化成为灰度图像地过程成为图像地灰度化处理.彩色图像中地每个像素地颜色有R、G、B 三个重量打算,而每个重量有255 中值可取,这样一个像素点可以有1600 多万( 255*25
15、5*255 )地颜色地变化范畴 .而灰度图像是 R、G、B三个重量相同地一种特殊地彩色图像,其一个像素点地变化范畴为 255 种,所以在数字图像处理中一般先将各种格式地图像转变成灰度图像以使后续地图像地运算量变得少一些 .灰度图像地描述与彩色图像一样仍旧反映了整幅图像地整体和局部地色度和亮度等级地分布和特点 .图像地灰度化处理可用两种方法来实现【 5】.第一种方法使求出每个像素点地R、G、B 三个重量地平均值,然后将这个平均值赐予给这个像素地三个重量 .其次种方法是依据 YUV 地颜色空间中, Y 地重量地物理意义是点地亮度,由该值反映亮度等级,依据 RGB 和YUV 颜色空间地变化关系可建立
16、亮度Y 与R、G、B三个颜色重量地对应: Y=0.3R+0.59G+0.11B ,以这个亮度值表达图像地灰度值.灰度化结果如下列图,程序:A=imreadd:qt.jpg ;B=rgb2grayA ;figure subplot1,2,1 ;imshowAtitle 原图 ;subplot1,2,2 ;欢迎下载精品学习资源imshowBtitle 原图灰度图像 其结果如图 5 所示.欢迎下载精品学习资源2.5 图像分割图 5 图像灰度化欢迎下载精品学习资源图像分割一般采纳地方法有边缘检测(edge detection)、边界跟踪( edge tracing)、区域生长( region grow
17、ing )、区域分别和聚合等. 图像分割算法一般基于图像灰度值地不连续性或其相像性. 不连续性是基于图像灰度地不连续变化分割图像,如针对图像地边缘有边缘检测、边界跟踪等算法. 相像性是依据事先制定地准就将图像分割为相像地区域,如阈值分割、区域生长等.图像分割其实也是对图像进行二值化.分割地目地是从图像中将讨论对象 球墨铸铁中地石墨形状提取出来,通过增强有用信息、抑制无用信息,改善图像地视觉成效,提高球墨铸铁图像地可辨论性,使球墨铸铁图像更利于机器分析.图像二值化是对图像灰度取阈值,用 将图像数据分成两大部分 :大于 地像素群和小于地像素群 ,如输入图像为 f x, y , 输出图像为 f x,
18、y就, :欢迎下载精品学习资源f x,y1, f 0,fx, y x,y( 1)欢迎下载精品学习资源二值图像汇总全部地像素值能从0 和 1 两个值中取,因此在matlab 中,二值图像使用一个由0和 1 组成地二维矩阵表示.这两个可取地值分别对应于关闭和打开,关闭表征该像素处于背景,而打开表征该像素处于前景.以这种方式来操作图像可以更简洁识别出图像地结果特点.二值化程序如下:A=imreadd:qt.jpg ;figure欢迎下载精品学习资源subplot1,2,1 ;imshowAtitle 原图 C=im2bwA,0.2 ;subplot1,2,2 ;imshowCtitle 原图二值图
19、结果如图 6 所示 .图 6 二值化图像进行阈值挑选是一个较复杂地问题,必需依据图像地统计性质(直方图),即从概率角度来挑选 合适地阈值 .最大方差阈值地设定方法是阈值自动挑选地最优方法,且成效良好 .该阈值可通过相应地Matlab 程序运算得出 .Matlab 供应了多种图像类型转换函数,其中二值化图像函数主要有dither和im2bw. 函数 dither 通过颜色抖动来达到转换图像地目地;函数im2bw 通过设置阈值将灰度及真彩图像转换成二值图像,结果如下图8,图像直方图程序如下:灰度 .jpg ;B=rgb2grayI ;imshowB,40 255 ;figure ;imhistBt
20、itle 直方图 ;J=imadjustB,0.15 0.9,0 1;figure ;欢迎下载精品学习资源imhistB,64title 均衡直方图 结果如图 7、8 所示.图 7 直方图图 8 均衡直方图图像分割地关键问题在于如何确定分割地阈值,系统中供应了两种选取阈值地方法 Ostu 法和指定阈值法 .为了增加敏捷性,在这里我们选取了指定阈值法对图像进行背景分割.阈值分割地 Matlab 主程序如下:A=imreadd:qt.jpg ;figure subplot1,4,1,欢迎下载精品学习资源imshowA ;title 原图像 B=im2bwA,91/255 ;subplot1,4,2
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- 2022 基于 Matlab 球墨铸铁 金相 图像 处理 分析
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