采用交叉线的镁锂合金图像晶粒计数方法及系统与流程

1.本发明涉及一种采用交叉线的镁锂合金图像晶粒计数方法及系统，用于材料学，计算机视觉和模式识别等应用领域，在航天、航空、兵器工业、核工业、汽车、电子行业、医疗器械等方面都有实际应用价值。属于计算机视觉和材料学领域。


背景技术：

2.镁锂合金是一种超轻质合金，是军民两用的轻量化材料，具有较高的比强度和比刚度，减震性和电磁屏蔽性较好，是宇航、兵器行业中理想的轻质结构材料之一，被誉为未来“绿色环保”的革命性材料。采用图像处理技术可以把镁锂合金图像里晶界、晶粒等重要信息提取出来，以便于分析及与其他信息的融合。研究解决这一课题，将为材料分析提供新的参照工具。
3.在过去的几十年中，快速确定微观结构中晶粒数量和大小的研究很少。s.r.biswal等人使用sobel、robert、prewitt和canny边缘检测算子检测光学图像上的晶粒边界。d.g.leo prakash等人开发了一种用于az91合金微观结构的图像处理算法，以确定晶粒尺寸，并将结果与铸造法生产的材料进行比较。o.b.abouelatta结合两种方法对铜和铜合金的微观结构进行分类，利用图像处理、纹理特征和神经网络对铜和铜合金的微观结构进行检测。但这些研究都没有开展镁锂合金晶粒计数的工作。fatih akkoyun等人采用了一种计算机视觉方法用于计算美国材料与试验协会(astm)合金的微观结构的晶粒数量并确定astm合金的晶粒尺寸。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决对镁锂合金图像中关键信息晶粒进行计数的问题，提出一种采用交叉线的镁锂合金图像晶粒计数方法，该方法先提取镁锂合金图像上的所有晶界和各个晶界之间的交叉点，再将所有晶界交叉点用直线连接，根据直线(交叉线)产生的交叉点计算图像中晶粒的数量。本镁锂合金晶粒计数系统由显微镜摄像头和单片机系统组成，显微镜摄像头采集镁锂合金表面的图像，通过usb接口传给普冉py32f030系列arm单片机，单片机系统采用图像处理技术进行晶界提取、晶粒计数等。为实现这样的目的，本发明的技术方案中，提出了一种新的交叉线方法将属于同一晶粒的交叉线进行聚类，再根据交叉线聚类结果进行晶粒的计数。首先，采用显微镜摄像头采集镁锂合金表面的图像，采用卷积方法提取图像中所有晶界交叉点，采用canny算子提取图像中所有晶界(边缘线)，采用霍夫变换直线检测方法提取所有边缘直线。然后按顺序将图像中各个晶界交叉点与不相邻(不在同一晶界的两端)的其他晶界交叉点用直线连接，采用卷积方法提取这些直线(交叉线)产生的交叉点，将提取的交叉点进行聚类，将属于同一晶粒的交叉点存入同一数组。最后统计数组的数量值，求得的数量值为图像中的晶粒数量。
5.本发明的晶粒计数方法具体包括以下几个步骤：1.镁锂合金表面图像采集和特征提取
采用显微镜摄像头采集镁锂合金表面的图像，采用卷积方法提取图像中所有晶界的交叉点，采用canny算子提取图像中所有晶界(边缘线)，采用霍夫变换直线检测方法提取所有边缘直线。
6.2.采用交叉线的晶粒提取按顺序将图像中各个晶界交叉点与不相邻(不在同一晶界的两端)的其他晶界交叉点用直线连接，采用卷积方法提取这些直线(交叉线)产生的交叉点，将提取的交叉点进行聚类，将属于同一晶粒的交叉点存入同一数组。
7.3.晶粒计数统计数组的数量值，求得的数量值为图像中的晶粒数量。
8.本发明方法简单，实现容易，只需要将所有晶界交叉点用直线连接就可以有效地提取晶粒。本发明方法适合于各种图像中完整多边形和不完整多边形的检测。提取多边形的方法简单，降低了晶粒计数的计算复杂性。
附图说明
9.图1为晶粒计数系统硬件结构图。
10.图1中，mcu采用普冉py32f030系列arm单片机。
11.图2为晶粒计数系统硬件电路图。
12.图2中，主控芯片采用普冉py32f030系列arm单片机。
13.图3为镁锂合金图像检测出的晶界和晶界交叉点。
14.图3中，红色点为提取的晶界交叉点，棕色线段为采用霍夫变换直线检测方法提取所有边缘直线。
15.图4为镁锂合金图像上的交叉线和提取的交叉点。
16.图4中，蓝色线段为晶界交叉点的直线连接结果，紫色点为交叉线产生的交叉点的提取结果。实施方式
17.为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图和实施例作进一步的详细描述。实施例具体针对附图进行晶粒计数过程的描述。
18.晶粒计数系统如图1和图2所示，系统采用显微镜摄像头采集镁锂合金表面的图像，通过usb接口传给单片机。
19.如图3所示，采用卷积方法提取图像中所有晶界的交叉点(红色点)，采用canny算子进行边缘检测提取图像中所有晶界(边缘线)。采用霍夫变换直线检测方法提取所有晶界的边缘直线(棕色线段)，提取图像中所有晶界(边缘线)和图像边界的交叉点。
20.3.对图像中所有晶界的交叉点进行编号：a1、a2、
……
、as。
21.4.如图4所示，按顺序将图像中各个晶界交叉点与不相邻(不在同一晶界两端)的其他晶界交叉点用直线连接(蓝色线段)，采用卷积方法提取图像中所有蓝色线段的交叉点(紫色点)。
22.5.确定图像中各个交叉点(紫色点)和其他交叉点(紫色点)是否属于同一晶粒，如果两个交叉点(紫色点)在同一根交叉线(蓝色线段)上，则这两个交叉点(紫色点)被认定属于同一晶粒，将这两个交叉点(紫色点)存入同一数组c
p
中。
23.6.统计数组c
p
的数量值p，p值为最终晶粒数量。


技术特征：
1.一种采用交叉线的镁锂合金图像晶粒计数方法及系统，其特征在于包括如下步骤：1)采用显微镜摄像头采集镁锂合金表面的图像，通过usb接口传给单片机，采用卷积方法提取图像中所有晶界交叉点，采用canny算子提取图像中所有晶界(边缘线)，采用霍夫变换直线检测方法提取所有边缘直线；2)按顺序将图像中各个晶界交叉点与不相邻(不在同一晶界的两端)的其他晶界交叉点用直线连接，采用卷积方法提取这些直线(交叉线)产生的交叉点，将提取的交叉点进行聚类，将属于同一晶粒的交叉点存入同一数组；3)统计数组的数量值，求得的数量值为图像中的晶粒数量。2.如权利要求1所述的一种采用交叉线的镁锂合金图像晶粒计数方法及系统，其主控芯片采用普冉py32f030系列arm单片机。

技术总结
一种采用交叉线的镁锂合金图像晶粒计数方法及系统，该方法先提取镁锂合金图像上的所有晶界和各个晶界之间的交叉点，再将所有晶界交叉点用直线连接，根据直线（交叉线）产生的交叉点计算图像中晶粒的数量。首先，采用显微镜摄像头采集镁锂合金表面的图像，采用卷积方法提取图像中所有晶界交叉点，采用Canny算子提取图像中所有晶界（边缘线），采用霍夫变换直线检测方法提取所有边缘直线。然后按顺序将图像中各个晶界交叉点与不相邻（不在同一晶界的两端）的其他晶界交叉点用直线连接，采用卷积方法提取这些直线（交叉线）产生的交叉点，将提取的交叉点进行聚类，将属于同一晶粒的交叉点存入同一数组。最后统计数组的数量值，求得的数量值为图像中的晶粒数量。本发明方法简单、实现容易，降低了晶粒计数的计算复杂性。降低了晶粒计数的计算复杂性。降低了晶粒计数的计算复杂性。


技术研发人员：杨胜军 唐颂 潘海朗
受保护的技术使用者：深圳南芯智控技术有限公司
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/8/9