計算機圖形處理軟件在SEM圖像定量測定中的應用分析

盧正寬

摘 要：近年來，SEM圖像定量測定中開始應用計算機圖形處理軟件，具有操作簡單、測定結果準確等優點，發揮了不可替代的重要作用。本文首先介紹了SEM圖像及計算機圖形處理軟件，接著在理論層面上分析了利用計算機圖形處理軟件Photoshop定量測定SEM圖像的步驟，最后以實際案例闡述其具體應用，旨在實際應用提供參考。

關鍵詞：計算機圖形處理軟件；SEM圖像；定量測定；應用

中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）13-0018-02

材料表面微觀世界研究時，采用的電子光學儀器為掃描電鏡，是一種先進的、新穎的儀器，具有比較高的分辨率、比較大的景深，能夠連續的調節放大倍數，圖像具備立體感。通過掃面電鏡圖片與計算機圖形處理軟件Photoshop的結合，能夠實現定量分析圖像。Photoshop具有大眾化的特點，可以編輯、處理、統計、計算各種照片及圖形，操作簡單，將其應用在SEM圖像定量測定中具有比較強的可行性，可降低測定的難度，保證測定工作便捷的開展。

1 SEM圖像及計算機圖形處理軟件概述

1.1 SEM圖像

SEM圖像是指掃描電鏡照出來的圖片，掃描電鏡照相時，照明源為電子束，電子束聚焦非常細，以光柵狀掃描方式照射到試樣上，產生相關于試樣性質的信息，之后通過相應的收集、處理操作，放大試樣的微觀形貌[1]。由于入射電子相互作用于物質后，形成的各種信息為其成像信息，受到入射電子自身所具備的波動性的影響，再加上球相差、外界震動、統計漲落噪音等相關因素影響成像時的圖片質量，導致最終的SEM圖像質量比較低，影響定量測定的順利開展。為避免此種影響，需要采取相應的軟件處理SEM圖像，提升圖像質量，使定量測定順利完成。

1.2 計算機圖形處理軟件

計算機圖形處理軟件是指廣泛應用于廣告制作、平面設計等領域的軟件，目前比較常用的圖形處理軟件包含光影魔術手、數碼伴侶、Photoshop、True Photo、PhotoBrush照片刷子等，這其中，應用最廣泛的即為Photoshop。Photoshop由Adobe Systems開發、發行，以像素工具構成的數字圖像為該軟件主要處理的軟件，功能涉及圖像、圖形、視頻等多個方面。

2 計算機圖形處理軟件定量測定SEM圖像的理論步驟

近年來，定量測定SEM圖像時，開始應用Photoshop軟件，主要體現在兩個方面，一方面為測定細小相面積分數或體積分數，另一方面為測定夾雜物顆粒的尺寸，測定不同方面時，Photoshop軟件具體的測定步驟不同，下面逐一對其作出闡述。

2.1 細小相面積分數或體積分數測定

由德萊賽定律可知，當某一組元存在于組織中時，在隨機截面上，該組元于斷面上測定的面積分數（AA）相同于其體積分數（VV），即AA=VV[2]。一幅圖片中，研究對象斷面統計面積分數如果能夠測定出來，那么其體積百分比就可以計算出來。具體測定過程中，步驟共包含4個：（1）在計算機中存儲電鏡高倍圖片，打開Photoshop軟件，讀取圖片文件，確定閾值為首先需要進行的工作，為將確定過程中產生的視覺誤差盡量減小，應處理研究圖片，增大研究圖片與基體間的反差，提升閾值確定的準確性，此外，還需備份研究圖片，便于確定閾值；（2）研究圖片與備份圖片均在Photoshop主界面中打開；（3）選擇“圖像”-“調節”命令，接著選擇“閾值”，閾值調節對話框彈出后，滑塊用鼠標拖動，對圖片亮顆粒做出調節，調節后的恰好相當于原圖尺寸后，將灰度值讀取出來；（4）選擇“圖像”-“直方圖”命令，直方圖對話框彈出后，在選取閾值的位置處用鼠標拖動，達到255后，研究對象面積分數獲得[3]。

2.2 夾雜物顆粒尺寸測定

描述夾雜物顆粒尺寸時，可采用等面積圓直徑，而其尺寸的測定可以采用Photoshop軟件。如果試樣選取的視場足夠多，能夠測定出顆粒等面積圓直徑的統計分布。首先，照相時選取適當的放大倍率，將電鏡圖片文件獲得，同時，在此放大倍率下，電鏡圖片實際長度（L1）、實際寬度（L2）準確記錄，實際寬度與實際長度的乘積即為實際面積（S）；其次，圖片文件利用Photoshop軟件打開，經處理后，增大夾雜物與基體間的反差，降低分辨的難度；再次，整個圖片全選，選擇“圖像”-“直方圖”命令，直方圖對話框彈出后，整個圖片文件的總像素（T1）即可獲得；最后，夾雜物用魔棒工具選取，再次彈出直方圖對話框，將夾雜物像素（T2）確定，之后用T1/T2，再乘以實際面積（S），得到夾雜物顆粒的實際斷面面積（A），并可依據計算出等面積圓直徑（d）。

3 計算機圖形處理軟件定量測量SEM圖像的實際應用案例

3.1 K23合金σ相面積分數測定

K23合金屬于鎳（Ni）-鉻（Cr）-鈷（Co）基鑄造高溫合金，強化物質為鉬（Mo）、鋁（Al）、鈦（Ti）?？招膶蚶鋮s葉片工作時，溫度高達750℃，制造此種葉片時，即可采用K23合金。合金鑄態組織組成部分包含三個，分別為γ基體、γ、MC相，高溫時效長期維持后，會析出σ相，σ相形狀為針狀或顆粒狀，比較細小。利用掃描電鏡照相后，得到試樣的電鏡圖片，定量測定圖片的σ相時，即可采用Photoshop軟件。

本文在實際測定K23合金σ相面積分數時，共選擇2個試樣，試樣A具有較高的Cr含量，試樣B則具有較低的Cr含量。高溫時效的條件設置為850℃、100h，試樣經過處理后，析出大量的σ相。分別利用50倍及1000倍的掃描電鏡照實驗的組織，觀察照片發現，無論是試樣A還是試樣B，析出的σ相均呈灰白色針狀或顆粒狀。測量時，為使結果存在統計學意義，需要在多個視場中進行，因此，從試樣邊緣開始，向著心部，間隔1mm取1個點，點處選取的視場為3個。試樣A與試樣B選取的點均為5個，視場共15個。定量測定σ相面積分數時，采用Photoshop軟件根據上面敘述的步驟進行，結果顯示，在試樣A的5個點中，A1點3個視場的σ相面積分數分別為25.17%、28.04%、35.04%，A2點3個視場的σ相面積分數分別為27.19%、24.36%、31.18%，A3點3個視場的σ相面積分數分別為30.25%、22.04%、34.18%，A4點3個視場的σ相面積分數分別為29.06%、22.37%、32.06%，A5點3個視場的σ相面積分別為22.16%、19.08%、32.09%，試樣A的σ相面積分數平均值27.69%；在試樣B的5個點中，B1點3個視場的σ相面積分數分別為12.08%、10.14%、18.29%，B2點3個視場的σ相面積分數分別為12.06%、6.08%、11.18%，B3點3個視場的σ相面積分數分別為15.09%、6.05%、23.35%，B4點3個視場的σ相面積分數分別為11.16%、5.29%、27.19%，B5點3個視場的σ相面積分數分別為14.68%、6.77%、31.29%，試樣B的σ相面積分數平均值為14.35%。

為驗證Pohtoshop定量測定結果準確與否，本文還利用IBAS圖像分析儀測定了試樣A 5個點的2號視場、試樣B 5個點的1號視場的σ相面積分數，結果見表1所示。由表1結果發現，兩種不同方法的檢測結果間無明顯差異，比較接近。

3.2 M8鋼乒乓球樣夾雜物顆粒尺寸測定

測定M8鋼乒乓球樣夾雜物顆粒尺寸時，同樣需要利用掃描電鏡圖片及Pohtoshop軟件，對于夾雜物顆粒尺寸的測定方法，上文已經敘述過，在此不做贅述。M8鋼乒乓球試樣中的夾雜物顆粒共7個，分別編號為1～7號，在一定的放大倍率下，測定出電鏡譜圖片的實際面積，并利用Pohtoshop軟件的測定出夾雜物的實際斷面面積及等面積圓直徑，另外，在測定等面積圓直徑時，本文還采用了蔡司顯微鏡的圖像分析軟件，對比兩種方法的測定結果，結果顯示，Pohtoshop測定結果與圖像分析軟件測定結果基本相同，具體見表2所示。

4 結語

本文以K23合金的σ相、M8鋼乒乓球的夾雜物顆粒尺寸為實際應用案例，分析計算機圖形處理軟件Photoshop定量測定其SEM圖像的可行性，通過與其他分析處理軟件的測定結果相比剛發現，在Photoshop軟件的強大功能下，能夠較為準確的處理SEM圖像，同時，可以定量測定感興趣的組織或夾雜物顆粒，使其面積分數、體積分數、顆粒尺寸等更容易獲取。SEM圖像定量測定中，應用Photoshop軟件測定精度一定，且具備快速、簡單等優勢，可以作為一種測定方法應用于實際中。

參考文獻

[1]嚴順威.淺談計算機圖形圖像處理軟件在平面廣告設計中的應用[J].藝術科技，2015（12）：193.

[2]黃鳳.計算機圖像圖形處理的點位預測與噪點分析[J].長沙鐵道學院學報（社會科學版），2014（04）：329-330.

[3]彭瑞東，翁煒，左建平，等.數字散斑相關法在SEM觀測巖石變形時的應用[J].中國礦業大學學報，2012，（04）：650-656.