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基于灰度共生矩阵的冲击断口形貌分析

王华峰  
【摘要】:金属材料在工程实际中有着广泛的应用,在选择材料作为设备构件前,要考虑很多因素。在低温环境服役的情况下,金属材料的韧脆转变温度更是不可忽略的要素之一。测定韧脆转变温度的方法有很多种,由于断口形貌准则法操作简便,影响因素较少,是应用最为广泛的方法,此方法的关键在于如何准确测定冲击断口纤维断面率。传统的测定纤维断面率的方法,受人为因素影响较大,测量结果精度不高,效率低,已不能满足工业生产的要求。随着科技的发展,人们开始利用计算机和图像处理技术相结合的方法,来测定纤维断面率。目前采用的是以图像单个像素灰度为特征分析冲击断口,利用阈值分割法实现断口图像的划分,但是此方法对图像的单个像素的灰度值较敏感,容易造成区域的误分割现象。为解决这一问题,课题提出从纹理角度分析冲击断口形貌并结合其灰度特征,设计开发了一套冲击断口形貌测定系统。系统包括三个主要模块:冲击断口图像采集系统设计、基于灰度共生矩阵的特征提取、冲击断口图像特征聚类。在获取冲击断口图像之后,用Matlab进行了仿真实验,分析灰度共生矩阵的关键特征和聚类算法分割冲击断口区域,最后用Visual Studio 2013C#开发了本系统软件部分。一幅清晰高质量的冲击断口图像可以有效提高图像分割的精度,为此设计了图像采集系统。特征提取和特征聚类是系统图像处理算法的核心,为了使提取的纹理特征值有效的描述冲击断口图像以及保证冲击断口晶状区和其他区域的特征值具有较高的离散度,在Matlab上对实验图像选取不同的像素对距离,图像灰度级和窗口大小构建灰度共生矩阵,观察分析对能量,对比度,相关性,熵的影响,对冲击试样断口图像构建灰度共生矩阵时选取参数的取值有着重要的参考意义。在此基础上,为了后续分析聚类算法,对一幅冲击断口图像提取了纹理特征以及灰度特征,得到其特征向量空间。最后采用聚类的方法对图像每个像素代表的特征归类,达到冲击断口区域划分,提取晶状区域的目的。本课题对图像采集系统,基于灰度共生矩阵提取纹理特征以及聚类的方法进行了介绍,并对实验结果进行分析和总结,介绍了软件系统功能并测定采集冲击断口的纤维断面率。最后指出了对冲击断口以后研究改进的方向。


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