數(shù)碼照相與計算機(jī)技術(shù)在臺式金相顯微鏡上的應(yīng)用

李占堅

（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧530007）

金相組織的觀察、檢驗、評級及金相組織照片，能提供產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的直觀表達(dá)形式，被廣泛地應(yīng)用于教學(xué)、科研及生產(chǎn)等領(lǐng)域。傳統(tǒng)獲得金相照片的方法，是在光學(xué)顯微鏡上加裝普通照相裝置，再經(jīng)過拍攝（負(fù)片）、沖印、裁剪等等大量耗時費力的暗室技術(shù)工作才能完成，即便是熟練的技術(shù)人員，也要花大半天的時間，并且每年需要消耗大量的暗室設(shè)備和材料（如底片、相紙、曝光機(jī)、上光機(jī)等），所得金相照片還無法和文字一起在計算機(jī)上編輯，只能粘貼在文中，試驗報告不容易保存，有時會出現(xiàn)脫色、丟失等等，查找、管理也很不便，極不適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)和管理的要求。而目前國內(nèi)外使用的圖像分析儀，一方面價格較貴，另一方面分析軟件只能檢測出一些特殊組織的特定項目，對于稍微復(fù)雜的組織的分辨，現(xiàn)在仍然是難題。隨著數(shù)碼照相設(shè)備、計算機(jī)圖像分析軟件、高分辨率的噴墨打印機(jī)的普及，使得數(shù)碼照相技術(shù)和計算機(jī)輸出高質(zhì)量的圖像成為可能。利用數(shù)碼照相技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，對臺式金相顯微鏡的照相系統(tǒng)進(jìn)行改造，既經(jīng)濟(jì)又實用，并且操作簡便，可以實現(xiàn)金相照相的計算機(jī)化，對推動金相技術(shù)的發(fā)展有重大的現(xiàn)實意義。

1 系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成及組件的配置原則

1.1 系統(tǒng)設(shè)備的構(gòu)成

實現(xiàn)數(shù)碼照相與計算機(jī)技術(shù)在金相顯微鏡上的應(yīng)用所需設(shè)備：數(shù)碼照相機(jī)、計算機(jī)和打印機(jī)。

（1）利用普通數(shù)碼照相機(jī)采集金相顯微鏡中的金相組織圖像，并將其輸入計算機(jī)。

（2）利用計算機(jī)圖像處理軟件，對金相組織圖像進(jìn)行各種處理，使之更清晰。

（3）利用打印機(jī)將清晰的金相組織圖像打印成金相照片（稱為電子金相照片）。

（4）采取“臺式金相顯微鏡+普通數(shù)碼照相機(jī)+計算機(jī)+激光（或噴墨）打印機(jī)”的系統(tǒng)，系統(tǒng)的安裝調(diào)試較容易實現(xiàn)，完成電子金相照片的獲取、標(biāo)注、存儲、打印輸出等，所需的時間僅為數(shù)分鐘。這樣，既取消了大量繁雜的暗室工作，又節(jié)約了大量的材料，操作上更加便利和輕松。

1.2 系統(tǒng)設(shè)備的配置原則

系統(tǒng)中組件的選擇，視經(jīng)濟(jì)能力而定。配置的原則以較低的成本，獲取清晰的金相照片。

每一組件分辨率的高低，都會影響金相照片的質(zhì)量。為了考慮經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)合理選擇輸入和輸出設(shè)備的分辨率。基本原則是每一組件的分辨率應(yīng)相近。數(shù)碼照相機(jī)的分辨率用像素來表示，像素越多，分辨率越高，圖像越清晰。目前，市場上銷售的數(shù)碼照相機(jī)的分辨率有300萬、400萬、500萬、800萬像素等。從成本性能綜合考慮，選用400萬像素的數(shù)碼照相機(jī)，即可采集到較佳的金相組織圖像。打印機(jī)的分辨率應(yīng)和數(shù)碼相機(jī)的分辨率相對應(yīng)，否則仍無法得到高清晰度的金相組織照片，選用EPSON/Ex3噴墨打印機(jī)打印出來的金相照片，完全可以與采用傳統(tǒng)方法沖洗的照片相媲美。

2 試驗內(nèi)容

廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院目前主要用4XB型臺式金相顯微鏡，進(jìn)行金相組織顯微分析。其具有光學(xué)金相分析的常用功能，為了使數(shù)碼照相與計算機(jī)技術(shù)在金相顯微鏡上得到推廣應(yīng)用，筆者選擇它與愛普泰克DV6000數(shù)碼照相機(jī)、SONY筆記本電腦、EPSON/Ex3噴墨打印機(jī)進(jìn)行了試驗。主要連接方法如圖1所示。

圖1 金相顯微鏡、數(shù)碼照相機(jī)、電腦與噴墨打印機(jī)連接方法

在拍攝過程中，利用三角架和DV6000數(shù)碼照相機(jī)的微距、延時自拍功能，保證圖像清晰和穩(wěn)定；在圖像編輯處理時，利用WORD軟件即可進(jìn)行一般的編輯處理，利用Photoshop等圖像處理軟件，可以進(jìn)行更多的圖像處理。

2.1 打印照片與沖洗照片的對比

通過數(shù)碼照相機(jī)采集的T12鋼退火金相組織圖像，經(jīng)過計算機(jī)處理、編輯后，再用EPSON/Ex3噴墨打印機(jī)打印出電子金相照片見圖2（a），從中可以清晰地看到珠光體和網(wǎng)狀二次滲體組織。圖2（b）為傳統(tǒng)方法沖洗的照片。從中可見圖2（a）比圖2（b）更清晰。這證明了數(shù)碼照相技術(shù)完全可以應(yīng)用于臺式金相顯微鏡，取代傳統(tǒng)的金相照相技術(shù)。

圖2 T12鋼退火組織金相組織圖像（400×）

2.2 圖像處理

計算機(jī)圖像處理軟件，相當(dāng)于一個“電子暗房”，不僅可對一幅顯微圖像的反差和灰度加以調(diào)整，而且可對圖像進(jìn)行放大（或縮?。⑽恢玫男D(zhuǎn)、尺寸的裁剪、圖像的疊加和文字的注釋等。隨著圖像處理軟件的不斷開發(fā)、更新，圖像處理的功能會不斷增加。利用計算機(jī)放大時，放大倍數(shù)不能超過原金相組織倍數(shù)的2倍，否則會降低分辨率和圖像清晰度。圖3（a）為用數(shù)碼照相機(jī)采集的45鋼的鐵素體和珠光體金相組織圖像。圖 3（b）、圖 3（c）分別為經(jīng)計算機(jī)縮小、放大的圖像。

圖3 45鋼的鐵素體和珠光體金相組織圖像

2.3 圖像的保存

金相圖像可保存為多種格式的計算機(jī)圖像文件，如果采用特定的電子相冊軟件，還可以將所存儲的電子金相照片整理歸檔，便于保存與查詢。因此，與膠片和相紙相比，電子金相照片更易于保存而不失真。

3 系統(tǒng)特點

（1）數(shù)人同時觀察圖像。利用數(shù)碼照相機(jī)的攝像頭功能和計算機(jī)顯視器，可數(shù)人觀察。普通臺式金相顯微鏡的顯微組織觀察是一人用單筒目鏡或雙筒目鏡進(jìn)行，而如今該系統(tǒng)是數(shù)人同時觀察，使教學(xué)和研究討論更直接明了，針對性更強(qiáng)；

（2）圖像處理量化、準(zhǔn)確。利用圖像分析軟件得到的視場參數(shù)，比目測的視場參數(shù)更加具體、量化，使分析結(jié)果更具有科學(xué)性和客觀性，屬于定量分析，而大部分傳統(tǒng)金相分析為定性分析；

（3）圖像保存信息化和高效率。從拍攝到打印出照片僅需10 min左右，傳統(tǒng)方法根本做不到。同時，利用計算機(jī)保存保證了圖像不失真和傳遞的迅速，隨著國際互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，達(dá)到顯微組織的同時共享，共享的范圍可以擴(kuò)大到世界上任何地方，可實現(xiàn)無紙化辦公，傳統(tǒng)方法卻難以實現(xiàn)；

（4）金相處理的經(jīng)濟(jì)化。利用該系統(tǒng)進(jìn)行圖像拍攝，減少沖印所用的各種材料，系統(tǒng)的安裝調(diào)試較容易實現(xiàn)，可大大節(jié)省實驗經(jīng)費，減少工作時間，大幅度提高了工作效率。

4 結(jié)束語

（1）數(shù)碼照相和計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于臺式金相顯微鏡打印的照片質(zhì)量，可與傳統(tǒng)方法沖洗的照片相媲美，完全可以取代傳統(tǒng)的金相照相技術(shù)，為教學(xué)、科研、生產(chǎn)提供檢驗依據(jù)。

（2）計算機(jī)技術(shù)為金相技術(shù)帶來高效率、自動化和智能化，借助圖像軟件處理提高量化分析水平。

（3）金相組織圖像可保存在計算機(jī)或磁盤上，可直接插入其他文本文件進(jìn)行編輯，不再需要在文章中粘貼金相組織照片。

（4）通過計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，可實現(xiàn)異地分析討論與異地打印金相組織圖像，實現(xiàn)無紙化辦公。

（5）本系統(tǒng)簡化并改進(jìn)了傳統(tǒng)金相檢驗手段，安裝調(diào)試容易實現(xiàn)。電子金相照片通過“電子暗房”獲取，經(jīng)濟(jì)便捷，改善了工作條件，節(jié)省了人力物力，提高了工作效率。

[1]汪守樸．金相分析基礎(chǔ)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000．

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