La necesidad de considerar sistemas de imagen digital se basa en el reconocimiento de los principios estereolgicos y cuantitativa metalografa / materialografa como conceptos esenciales en la ciencia de los materiales. La aplicacin de cuantitativa metalografa / materialografa en ciencia de materiales requiere la medicin de microestructuras. Se puede argumentar que el estudio de los materiales no puede ser llamado una "ciencia" si no utiliza mtodos cuantitativos.Los equipos que utilizan tecnologa de imagen digital no es esencial para la implementacinde metalogrficos mtodos cuantitativos / materialogrficas. Cuantitativa metalografa / materialografa puede ser practicado utilizando mtodos no digitales vase el captulo 17.Tecnologa de imagen digital se aplica a la ciencia de materiales pro- expeditaducir las medidas estructurales requeridas por metalogrficos cuantitativa / normas materiales grficos. Realizacin de anlisis de imgenes no es una meta; sino que es un medio para lograr un objetivo. Para escuchar un tcnico de laboratorio o gerente discutir la necesidad de "hacer anlisis de imgenes "es inquietante. Lo que en realidad necesita ser realizada en un laboratorio de ciencias de los materiales es la medicin de microestructuras, es decir, metalo- cuantitativa grafa / materialografa. Los productos necesarios de metalografa cuantitativa /materialografa son las dimensiones medidas de caractersticas microestructurales, numrico valores que describen la extensin fsica de las estructuras. Los objetivos de la cuantitativa metalografa / materialografa puede lograrse ms fcilmente a travs del uso de la tecnologa digitalTecnologas de medicin imagen para simplificar y maximizar el control de la medicin proceso ambiente. En el sentido ms bsico un sistema de anlisis de imagen es nada ms que una medidor; principalmente no es diferente de un micrmetro, escala, u otro dispositivo utilizado para extraer dimensiones fsicas de un objeto. Un sistema de anlisis de imagen es nada ms que una herramienta diseada para ofrecer imgenes digitales, extraer los datos de las mediciones estructurales requeridas por metalografa cuantitativa / materialografa y, como un bono, proceso y gestionar los datos. En primer lugar, un sistema de este tipo ofrece la posibilidad de hacer precisa y mediciones reproducibles de caractersticas microestructurales. La disponibilidad de relativamente equipos de bajo costo de imagen digital facilita en gran medida la extraccin de datos de imgenes microestructurales, as como la produccin de datos que estn inmediatamente listos para ser almacenados y analizados utilizando una amplia variedad de herramientas de gestin de informacin comnCualitativa y cuantitativa Metalografa /Materialografa18.2.1 La transicin a las Normas cuantitativasLas barreras para la implementacin de los mtodos cuantitativos son principalmente la continua exis-tencia de los estndares cualitativos; falta de coste eficaz y eficiente de instrumentacin; y tal vez lo ms importante, la existencia de obstculos de procedimiento. Traer rigurosa mtodos cuantitativos a metalografa / materialografa requiere la existencia de especificaciones y normas que requieren estos mtodos, el equipo y operativa procedimientos para producir los resultados especificados en las normas, y, finalmente, el deseo de organizacin para instituir estos mtodos.Casi todos los mtodos de prueba estndar ms recientes producidos por ASTM Internacional, as como otros organismos de normalizacin y la industria privada, son cuantitativos enn naturaleza y requiere la medicin real de caractersticas estructurales en vez de la comparacin tradicional carta u otros mtodos subjetivos. Nuevas normas en general, tienden a eliminar el uso de la comparacin grfica y esquemas de calificacin o indexacin. En su lugar, el informe de los valores medidos reales para la longitud, anchura, rea, etc., as como la adecuada valores estadsticos. En muchos casos, la norma cuantitativa en realidad simplifica el mtodo de ensayo.El equipo necesario para realizar las operaciones requeridas por cuantitativa mtodos es fcilmente disponible. Adems de un microscopio, los componentes necesarios para montar un sistema de anlisis de imgenes, generalmente, incluyen: ordenador con monitor, cmara, y la impresora. Primeras implementaciones de sistemas de anlisis de imagen requerida especializado y componentes de hardware relativamente caro. Afortunadamente, el aumento exponencial en el uso del consumidor de computadoras y cmaras digitales se ha beneficiado del uso de anlisis de imgenes en ciencia de los Materiales. Muchas de las tecnologas que se utilizan en productos de imagen de consumo son directamente transferibles a los sistemas de anlisis de imgenes microestructurales. Por ejemplo, el disponibilidad de componentes de la computadora personal de produccin masiva y chips de sensores de imagen se han traducido en menores costos dramticamente de hardware del sistema.Existe una cierta simbiosis entre el avance de la componente de imagen digital la tecnologa y la propagacin de los estndares cuantitativos. Los avances tecnolgicos y la reduccin de costes de componentes han facilitado la adopcin de normas ms cuantitativos en virtud de aliviar los esfuerzos y costos de implementacin de las normas.Por el contrario, el aumento del nmero de normas cuantitativas se ha ampliado la demanda de la industria para sistemas ms eficientes y rentables para realizar las mediciones incorporadas en estas normas.Tal vez la barrera restante ms significativo para el uso de los mtodos cuantitativos es la organizacin de naturaleza procesal. Mientras que la imprecisin y las deficiencias de mtodos no cuantitativos son ampliamente reconocidos, sigue habiendo en muchos laboratorios metalogrficos / materialogrficas una fuerte inercia frenar la adopcin de nuevas normas. El avance de la ciencia de los materiales cuantitativa menudo sufre de un proceso engorroso de nuevo la aprobacin de normas. En muchas organizaciones requiere el esfuerzo para asegurar la aprobacin de la organizacin de las nuevas normas es difcil, tedioso, y presenta una formidable barrera a lo que es tcnicamente y lgicamente obvio. Ninguno de los procedimientos cualitativos menos, mtodos y normas cuantitativas estn reemplazando paulatinamente, impulsado por la emisin por lderes de la industria, tanto pblicas como privadas, de las normas cuantitativas y la relacin precio / rendimiento constante mejora de los equipos necesarios para con-convenientemente aplicar las normasEstructura, estereologa y EstadsticasQu parmetros estructurales deben ser cuantificados? La metalurgia fsica y el estudio de relaciones de propiedad microestructura proporcionan las respuestas. Un problema obvio es que la preparacin de materiales para la observacin microscpica y la cuantificacin produce una planar, superficie bidimensional en el que se muestran la fase tres dimensiones y caractersticas estructurales en algunas vistas en seccin transversal. La solucin est en el cuerpo de principios estereolgicos que proporcionan una base cientfica extrapolar la medicin plana datos para dar informacin de la estructura de material volumtrico vlida.

La extensin fsica de microestructuras como lo demuestra la preparacin metalogrfica incluyendo nmero de funcin, longitud, anchura, y el rea, son las dimensiones estructurales primarios de importancia. Casi todas las normas para la medicin de materiales microestructuras llaman para la determinacin de algunos o todos de estos parmetros. Varias otras mediciones son a veces requeridas incluyendo permetro, as como los datos calculados como porcentaje de rea, densidad, distancia de una superficie, relacin de aspecto, y el factor de forma. Para la mayora de los estndares cuantitativos los requisitos de extraccin de datos son muy bsicos. Por lo general, en la aplicacin de estndares cuantitativos utilizando software de anlisis de imagen, se requiere mucho ms esfuerzo en el procesamiento de los datos de medicin para proporcionar informes en el formato requerido por el estndar. Esta situacin se encuentra sobre todo en la traduccin de los mayores estndares de calidad, por ejemplo, el mtodo de prueba ASTM estndar para determinar el contenido Inclusin de acero E 45 que dependen de calificacin u otras manipulaciones para producir resultados expresa como un ndice o valor relativo en lugar de datos como estereolgicos.Un aspecto muy importante de estndares cuantitativos es el papel de la estadstica conceptos. No slo es la validez de los principios estereolgicas predicadas en la satisfaccin de ciertas condiciones estadsticas, pero los resultados que se calcula tambin consiste casi enteramente de parmetros estadsticos, como la desviacin estndar de la media y el intervalo de confianza. Es de vital importancia que el personal de laboratorio que se dedican a la realizacin y el uso de mtodos cuantitativos tienen un conocimiento bsico de los conceptos estadsticos con el fin de obtener resultados precisos.En este captulo se har cargo de los elementos bsicos de los sistemas de anlisis de imagen y su aplicacin prctica a varios de los estndares cuantitativos ms comunes. Las secciones siguientes presentan una visin general de las funciones de anlisis de imgenes que se encuentran con frecuencia para ser til en metalografa cuantitativa / materialografa. Esta visin general no est diseada para ser un examen detallado de la amplia gama de funciones de procesamiento de imgenes. Por una discusin a fondo de muchas de estas funciones de procesamiento de ver la obra de John C.Russ.

Principios de la Imagen Digital18.3.1 Qu es el anlisis digital de imgenes?Debido a que la terminologa usada en la descripcin de los equipos y sistemas es la imagen digital confuso, a menudo ambigua, y debido a los rpidos cambios en la tecnologa, con tendencia a obsolescencia a corto plazo la discusin que sigue minimiza referencia a componentes especficos.Cmo es el anlisis de imagen digital aplicada a la ciencia de materiales? Anlisis de la imagen es un conjunto de funciones de software que se puede utilizar para extraer datos cuantitativos a partir de imgenes microestructurales. Tecnologa de imagen digital integrado en un "sistema" se utiliza como una herramienta para proporcionar la medicin de microestructuras como es requerido por los mtodos cuantitativos.Empleando el poder de la tecnologa de imagen digital, la extraccin de los datos se lleva a cabo de una manera ms oportuna y eficiente.18.3.2 Adquisicin de imgenesGeneralmente una imagen de materiales microestructura consiste en una rectangular o cuadrada rea que muestra huecos estructura fsica o lmites de grano o fases materiales embebidos en una matriz. En la mayora de los casos el objetivo de anlisis cuantitativo es medir la extensin fsica de la estructura o de fase, ms comnmente longitud, anchura, o rea. En haciendo lo que es necesario para eliminar la porcin de matriz de la imagen de la consideracin.Por esta razn todos de procesamiento de imgenes es esencialmente un problema de reduccin de datos. Incluso para una cmara de formato NTSC estndar del nmero de pxeles de una imagen es 307 200. Cadapaso en la adquisicin de la imagen y el procesamiento se lleva a cabo con el objetivo de la eliminacin de pxeles que representan material de matriz de informacin de la consideracin. Irnicamentelas cmaras digitales de gran formato capaces de suministrar imgenes que tengan ms de1 000 000 pixeles uno mega pxeles proporcionan una mayor cantidad de datos que deben estareliminado para producir la informacin cuantitativa requerida. El argumento puede serhicieron ms pxeles que no siempre son un beneficio en la extraccin de mediciones desdemateriales microestructura. Muy poco se ha trabajado en la identificacin del nivel dedigitalizacin de imgenes que es ptima para el trabajo de extraccin de datos a la mano. La suposicin de que ms pxeles son mejores no es una verdad universal, es decir, no se debe aplicar atodas las situaciones de anlisis. Ms bien, el nmero mnimo de pxeles necesaria para cuantificar laestructura, basada en los requisitos de la norma debe tenerse en cuentacuando se selecciona una cmara. Cuantos ms datos de imgenes capturadas ms all de eso obligados a proporcionar las tolerancias de medicin requeridos por la norma, el ms elaborado y,por lo tanto, ms expuestos al error la reduccin de datos de procesamiento de imgenes ser

Imagen Digitization- Escala de grisesLa digitalizacin es el proceso de convertir un campo microscpico escena continua de vistaen un bloque de valores numricos un nmero de filas horizontales y vertical de una serie delas columnas. Unidades individuales en las filas y columnas son elementos de imagen pxeles. Los pxeles son la unidad bsica de imgenes digitales. Pxeles tienen una ubicacin dentro de la imagen. X es laposicin horizontal e Y es la posicin vertical. Cada pxel tambin tiene una intensidad de brillo, iluminacin, del valor de color. Estos valores numricos asociados con cada pxelconstituir una imagen digital. Despus de un campo de vista estructural se ha digitalizado, toda imagenel procesamiento y la medicin se basa en los valores cuantitativos de cada pxel. Una discusin de los detalles de la imagen digitalizacin puede llenar fcilmente un volumen, pero un profundoconocimiento de la tecnologa no es necesario. Ver el excelente trabajo de Inoue yPrimavera para una discusin detallada de la imagen digitalizacin.4La informacin de posicin X, Y asociado con un pxel es sencillo. Lospxeles en la que la imagen se divide forma una matriz o rejilla. La posicin relativa decada pxel dentro de la imagen global de rejilla se puede expresar como una ubicacin de coordenadas.Una vez una calibracin se ha establecido la posicin de cada pxel puede ser expresado como unala distancia real desde el origen del sistema de coordenadas o de cualquier otro punto del pxelarray. El mnimo comn denominador para una matriz de pxeles de imagen como produce a partir de unNTSC cmara de vdeo estndar tiene unas dimensiones de 640 pxeles en cada fila horizontal y480 pxeles en cada columna vertical. Una imagen mega pxeles llamada tiene arriba de 1000horizontal por 1000 pxeles verticales.El tercer valor posedo por cada pxel es una medida de su nivel de iluminacin. Estevalor es una cuantificacin de la cantidad relativa de luz que se encuentra en que la ubicacin de laimagen. El rango de valores posiblemente vara y depende de las especificaciones tcnicasde la cmara y la digitalizacin de los componentes utilizados para realizar la digitalizacin. En la digitalizacinrango total de la iluminacin de la luz no negro puro a la mxima cantidad de luz blanca pura se divide en un nmero igual de niveles. Comnmente, una imagen de unacmara monocromtica se digitaliza en 256 niveles distintos, empezando por 0 para ninguna luzhasta un mximo de 255 para la mxima cantidad de luz. En este esquema de todos los niveles deiluminacin tiene un valor de 0 a 255. Esta gama de valores de iluminacin digitales se llamala escala de grises. A escala de grises que tiene un intervalo de 0 a 255 es una escala de grises de 8 bits, desde unaordenador digital representa nmeros "bits" y contar hasta 255 requiere 8 bits. Iluminacin de la imagen puede ser digitalizada en rangos distintos de 0-255. Cuanto ms amplia sea la gama de niveles de iluminacin digitales, se requieren los ms bits de contarlos. El nmero debits utilizados en la digitalizacin de la iluminacin se llama la profundidad de bits. Para digitalizar una imagen de color verdaderorequiere por lo menos 24 bits y produce un total de 16,7 millones de iluminacin posible oniveles de color.

El histogramaDigitalizacin de los niveles de iluminacin dentro de un campo de vista microestructural es de hecho unamedicin de la iluminacin. Tomados en conjunto, las mediciones de iluminacin pixel muestran un patrn de variacin que representa las diversas fases y estructurasdentro de la imagen. Contando el nmero de pxeles en cada valor de iluminacin en una imagen digitalizada, una distribucin de frecuencias de iluminacin puede ser producida. La frecuencia odistribucin cuantitativa es un mtodo estadstico bsico para resumir los datos. Una vezcampo microestructural de vista se ha digitalizado la distribucin de los valores de iluminacinse puede ver grficamente mediante la construccin de un histograma.5El histograma iluminacin imagen tpica utiliza el rango de escala de grises como la horizontal, el eje X, y el recuento de pxeles que caen en cada uno de los niveles de escala de grises como el eje vertical Y. De hecho, la frecuenciala distribucin de la iluminacin presenta los datos de imgenes en bruto sobre el que todo el procesamiento de la imagen se basa y de la que se extraen todas las mediciones de la estructura material. Si elcaractersticas estructurales que deben medirse no estn representados en los datos en bruto iniciales deliluminacin distribucin cuantitativa, a continuacin, la medicin de esas caractersticas no serposible. La forma y la posicin del histograma iluminacin proporciona informacin importante sobre el brillo, el contraste y la mensurabilidad de la imagenLos efectos de brillo y contraste de la Iluminacin DistribucinLos efectos de los diferentes niveles de brillo de iluminacin sobre la distribucin cuantitativa puedeser visto como mensurabilidad considerando el ejemplo de una imagen de un trmicamenteestructura de revestimiento pulverizado digitaliza a una profundidad de 8 bits, que tiene un rango posible de valores de iluminacin medidos de 0-255 mostradas en la Fig. 18,1 a.Un histograma de la distribucin de brillo de los pxeles de este campo de vista se muestra en laderecha en la Fig. 18.1 b. Los valores de brillo de los pxeles Digitized se muestran en la horizontal Xeje comenzando con un valor de 0 en el extremo izquierdo del eje. El eje vertical Y muestra elnmero de pxeles en cada valor de escala de grises. Una inspeccin de la distribucin revela varias cosas. En primer lugar, observe que esta distribucin es aproximadamente normal; tiene la formaclsico de la curva de "campana" de una distribucin normal. Tambin hay un pequeo pero prominente

"Pico" o relativamente alto nmero de pxeles en el nivel de la escala de grises 0 o negro. Adems, la mayora de las mediciones de brillo se agrupan algo a la derecha,o el final brillante de la distribucin, en torno al nivel 180. Para mostrar los efectos de un cambioen los niveles de iluminacin en la distribucin resultante, el nivel de brillo se redujoen un 15% para el mismo campo de visin. La imagen y su histograma asociado se muestran enFig. 18.2.Tenga en cuenta que la distribucin es bsicamente la misma forma, pero se ha movido a la izquierdao el extremo ms oscuro de la escala y que el valor de iluminacin ms frecuente es ahora aproximadamente 140. Adems, el nmero de pxeles en el nivel 0 de iluminacin ha aumentado casitres veces.A continuacin, el nivel de brillo de la imagen se increment en un 15%. El brillo medionivel de la imagen resultante es de aproximadamente 213 y las reas ms brillantes dentro de la imagen se ha ajustado a 255, el ms alto de saturacin nivel posible. Nota en la Fig. 18.3 quela distribucin se desplaza hasta ahora a extremo derecho de la escala que una porcin de la distribucinha sido recortado. Esto significa que en los ms altos niveles de iluminacin se han perdido algunos datos que representan las caractersticas estructurales ms brillantes. En la mayora de los casos, la prdida de la primadatos de iluminacin de la imagen debido a la excesiva o insuficiente brillo de la imagen debe ser evitado.

Ahora vamos a examinar los efectos sobre la distribucin de la iluminacin imagen de los cambiospara el campo de visin de contraste. El contraste es una medida de la gama de valores de iluminacin

entre las zonas ms oscuras y ms claras dentro del campo de visin. Una vez ms, refirindose a ladistribucin que se muestra en la Fig. 18.1 una, el rango de valores de brillo se extiende a travs de latoda 0-255 rango de escala de grises. Se muestra el resultado de la disminucin del contraste en un 10%en la Fig. 18,4 a.Observe en la figura. 18.4 b que la gama de valores de iluminacin ha sido reducido yla distribucin ya no llena la escala de grises con el valor ms bajo algo por encima 0y los valores ms altos un poco por debajo del 255 mximo. Una disminucin en el contraste tieneel efecto de la compresin de la distribucin de la iluminacin. El aumento del contraste en un 10%produce la imagen y la distribucin que se muestra en la Fig. 18.5.En este caso, el rango de distribucin ha sido expandida o estirada. Tenga en cuenta las lagunasen los bares trazada en la figura. 18.5 a, lo que indica que despus de aumentar el contraste algunos niveles de iluminacin no estn presentes en la imagen. Ver ms en "estiramiento" en la seccin de procesamiento de imgenes de este captulo. Sobre la base de estos ejemplos, varias generalizaciones pueden serhecho sobre las condiciones de iluminacin ptimas para la extraccin de los datos de medicina partir de imgenes digitales. En primer lugar, el nivel de brillo de la iluminacin seleccionada para la imagendebe proporcionar la gama ms amplia posible de los valores en el histograma de distribucinevitando al mismo tiempo el recorte en cada extremo de la escala de grises. Tambin el nivel de contraste debe serseleccionado para maximizar el rango de valores de iluminacin presentes en la distribucin de escala de grises

La razn para la bsqueda de estas condiciones es simplemente crear una imagen que ofrecela mxima cantidad de datos en bruto que se utiliza para definir y medir la microestructura del material.El control de la iluminacin es esencial. Y mientras que el software de procesamiento de imgenes incluye muchos mtodos poderosos para alterar el brillo de la imagen digital y el contraste,estas tcnicas matemticas deben ser considerados como herramientas secundarias. El primarioy el control ms potente para controlar la iluminacin microestructura es el microalcance o metalgrafo utilizan para obtener las imgenes. Ningn software alteracin de las caractersticas de iluminacin imagen debe llevarse a cabo antes de un uso reflexivo de microscopiocontroles de iluminacin incluyendo nivel de iluminacin, la abertura, el filtrado, etc., para produciruna imagen que posee las condiciones de iluminacin ptima para el uso previsto de laimagen. Durante el proceso de establecimiento de condiciones de iluminacin con el microscopio de laoperador puede digitalizar rpidamente imgenes candidatos y utilizar el software de imgenes para ver un histograma de distribucin. Una serie de ajustes de iluminacin del microscopio debeser hecho ya comprobado viendo el histograma hasta que la distribucin de la iluminacin esoptimizado. Slo despus de un proceso de este tipo se debe realizar el ajuste de iluminacin software adicional si es necesario.El estado de la distribucin de la iluminacin de imagen junto con los usos previstos de la imagen digitalizada determina lo que, en su caso, de procesamiento de imgenes puede o debe serrealizado.