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

李占堅(jiān)

（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(yàn)、評(píng)級(jí)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(shí)費(fèi)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(shí)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(jì)算機(jī)上編輯，只能粘貼在文中，試驗(yàn)報(bào)告不容易保存，有時(shí)會(huì)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(guó)內(nèi)外使用的圖像分析儀，一方面價(jià)格較貴，另一方面分析軟件只能檢測(cè)出一些特殊組織的特定項(xiàng)目，對(duì)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(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)臺(tái)式金相顯微鏡的照相系統(tǒng)進(jìn)行改造，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用，并且操作簡(jiǎn)便，可以實(shí)現(xiàn)金相照相的計(jì)算機(jī)化，對(duì)推動(dòng)金相技術(shù)的發(fā)展有重大的現(xiàn)實(shí)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(shí)現(xiàn)數(shù)碼照相與計(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)。

（2）利用計(jì)算機(jī)圖像處理軟件，對(duì)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(tái)式金相顯微鏡+普通數(shù)碼照相機(jī)+計(jì)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(shí)現(xiàn)，完成電子金相照片的獲取、標(biāo)注、存儲(chǔ)、打印輸出等，所需的時(shí)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(huì)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(chǎng)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(duì)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(yàn)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(tái)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(jì)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(yàn)。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(shí)自拍功能，保證圖像清晰和穩(wěn)定；在圖像編輯處理時(shí)，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(duì)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(jì)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(tái)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(jì)算機(jī)圖像處理軟件，相當(dāng)于一個(gè)“電子暗房”，不僅可對(duì)一幅顯微圖像的反差和灰度加以調(diào)整，而且可對(duì)圖像進(jìn)行放大（或縮小）、位置的旋轉(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(huì)不斷增加。利用計(jì)算機(jī)放大時(shí)，放大倍數(shù)不能超過原金相組織倍數(shù)的2倍，否則會(huì)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(jì)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(jì)算機(jī)圖像文件，如果采用特定的電子相冊(cè)軟件，還可以將所存儲(chǔ)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(diǎn)

（1）數(shù)人同時(shí)觀察圖像。利用數(shù)碼照相機(jī)的攝像頭功能和計(jì)算機(jī)顯視器，可數(shù)人觀察。普通臺(tái)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(shí)觀察，使教學(xué)和研究討論更直接明了，針對(duì)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(chǎng)參數(shù)，比目測(cè)的視場(chǎng)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(shí)，利用計(jì)算機(jī)保存保證了圖像不失真和傳遞的迅速，隨著國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，達(dá)到顯微組織的同時(shí)共享，共享的范圍可以擴(kuò)大到世界上任何地方，可實(shí)現(xiàn)無紙化辦公，傳統(tǒng)方法卻難以實(shí)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?zèng)_印所用的各種材料，系統(tǒng)的安裝調(diào)試較容易實(shí)現(xiàn)，可大大節(jié)省實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，減少工作時(shí)間，大幅度提高了工作效率。

4 結(jié)束語

（1）數(shù)碼照相和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于臺(tái)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(yàn)依據(jù)。

（2）計(jì)算機(jī)技術(shù)為金相技術(shù)帶來高效率、自動(dòng)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(jì)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(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)異地分析討論與異地打印金相組織圖像，實(shí)現(xiàn)無紙化辦公。

（5）本系統(tǒng)簡(jiǎn)化并改進(jìn)了傳統(tǒng)金相檢驗(yàn)手段，安裝調(diào)試容易實(shí)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．

[2]段莉萍，苑 東，等．計(jì)算機(jī)在金相分析技術(shù)中的應(yīng)用[J].理化檢驗(yàn)（物理分冊(cè)），1996，（6）：272-274．

[3]畢革平，吳京利，等．?dāng)?shù)碼照相技術(shù)在金相顯微鏡上的應(yīng)用[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào)，1999，（6）：57-59．

[4]李文學(xué)，劉江義，等．計(jì)算機(jī)在金相檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J].山西冶金，2002，（3）：43-44．