Способ определения степени однородности и изотропности структуры объектов

СОЮЗ СОВЕТСНИКСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН АНИЕ ИЭОБРЕТ У ная леги британии5/20,Изо тельно для ан и ил то- и рентгенов етени техни съемки. иэа п шепие точнальных Це обретения - пов сширение функци ческих, х, геол получен металлгичесектовпа или с ния колиактеристий интегрально чественн ом ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР РСКОМУ СВИДЕТЕЛ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ОДНОРОДНОСТИ И ИЗОТРОПНОСТИ СТРУКТУРЫОБЪЕКТОВ(57) Изобретение относится к вычислительной технике и может использоватьсядля анализа плоскостных изображенийметаллических, керамических, биологических, геологических и других объектов, полученных с помощью микроскопаили с помощью телевизионной, аэро-,фото-, и рентгеновской или другойсъемки, Целью изобретения является,относится к вычисли- и может использоваться скостных изображений керамических, биологических и других объых с помощью микросою телевизионной, аэроН 9 80 1615750 Г 5)5 С 06 Р 15/70, С 01 И 21/00 повышение точности и расширение функциональных воэможностей за счет получения количественной интегральной характеристики степени однородности и изотропности структуры объекта. Способ вклю эет сравнение реальной структуры изображения объекта с эталонной, при этом классифициру от элементы структуры изображения исследуемого объекта по одному или по каждому из следунзцих параметров: линейному размеру, площади, кривизне поверхности, форме, определяют косрдинаты центров тяжести для каждого элемента, измеряют расстояния между центрами тяжести элементов структуры иэображения, относящихая к одному классу, строят 6 для каждого класса эталонное иэображение по наиболее вероятному расстоянию между центрами тяжести элементов структуры, относящихся к одному классу, определяют количество элементов структуры для каждого класса на исходном и эталонном изображениях, вы числяют суммарное реальноесуммарное эталонное количество элементов, после чего производят сравнение этих озможностеи за счет полки степени однородности и ;отропности реальной структуры объекта,Для того, чтобы предлагаемым способом произвести сравнение реальнойструктуры изображения объекта с эталонной на количественном (а не накачественном) уровне, необходимоиметь эталонное изображение структуры, параметры которого можно опреде"лить или измерить,Для получения такого иэображенияпредварительно классифицируют элементы структуры изображения исследуемогообъекта по линейному размеру, площа 1ди, кривизне поверхности или Форме(т.е, элемейты структуры по одномуили по каждому из перечисленных вышепараметров делят на классы, определяя интервал значений этого параметра 20,координаты центров тяжести для каждого элемента структуры, измеряют расстояния между центрами тяжести эле,ментов структуры изображения, относящихся к одному классу. Затем строятгистограммы распределения этих расстояний для каждого класса элементовструктуры, гистограммы аппроксимируютодной из кривых распределений Пирсона,10получая функцию распределенияР(х,9 ),где х " случайное расстояние междуцентрами тяжести элементовструктуры;9 - параметры Функции распределения,Находят наиболее вероятное расстояние 1 между центрами тяжести элементов структуры в каждом классе, вычисляемое по функции распределения. Затем по наиболее вероятному расстоянию между центрами тяжести элементовструктуры, относящихся к одному классу, строят для каждого класса эталонное изображение (того же формата, чтои исходное), представляющее собойплоскость, содержащую только равноудаленные элементы (т,е. плоскостьправильного разбиения на равносторонние треугольники со стороной, равнойЬ). После построения эталонных изображений определяют количество элементов структуры для каждого класса насоответствукщем ему эталонном изобра 55жении, Затем, зная границы каждого1класса и число элементов, соответствующих каждому классу на реальном иэталонных изображениях, строят Функцию распределения элементов на реальном изображенииР(х,6 )где х - случайное значение выбранногопараметра;- параметры Функции распределения и Функции распределенияэлементов по эталонному изображению,сравнивают эти две функции, для чегоподсчитывают величинуй ыхг(х,9 )-е(х),где и - общее число измерений;шах измеряют по х среди всех интервалов,соответствующихвыбранным вначале классам,затем находят из таблицы значениефункции Смйрнова-Колмогорова КЩ) ивычисляют степень однородности иизотропности по формуле 0=1-КОперации построения и сравненияфункций распределения элементов нареальном и эталонном изображениях пофизическому смыслу аналогичны определению количества элементов структурыдля каждого класса на исходном и эталонном изображениях, вычислению суммарного реального и суммарного эталонного количества элементов и сравнению этих сумм, результатом которогоявляется величина, принимающая значение из интервала (0,1),Способ определения степени однородности и изотропности структуры можетбыть реализован следующим образом.П р и м е р 1, Из представительного образца корундовой керамики изготовляют аншлиф, На оптическом микроскопе фирмы ОрСоп получают изображение представительного участка поверхности. Анализ степени однородностии изотропности распределения пор проводят по площади, Измеряют площадивсех пор на изображении, Минимальнаяплощадь поры 0,25 мкм, максимальная64 мкм, Измеренные площади пор разделяют на классы, определив интервалызначений площади для каждого класса.Эти интервалы в данном примере следующие, мкм 1-й 0,25-0,5; 2-й 0,51,0, 3-й 1,0-2,0, 4-й 2,0-,4,0, 5-й4,0-8,0; 6-й 8,0-16,0 ф, 7-й 16,0-32,0;8-й 32,0-64,0, количество классоввосемь.Определяют координаты центров тяжести для каждой поры, Измеряют расстояния между центрами тяжести.для1615750 каждых трех ближайших по отношениюодин к другому элементов, относящихся к одному классу, По результатам измерения расстояний триад ближайшихэлементов строят гистограммы распределения этих расстояний для каждогокласса пор . Гистограммы аппроксимируют экспоненциальной функциейГе (х) =Ае , х =" О,=сопят,К;Я и,1=1к рх,п,где и- число зерен в частичном ин 1тервале;х, - среднее значение частичногоинтервала.По выбранной величине доверительной вероятности проверяют гипотезу о том, что найденные кривые хорошо аппроксимируют гистограммы. По Функциям распределений находят наиболее вероятные расстояния между центрами тяжести пор, относящихся к одному классу. Их величины,(в соответствии с номерами классов) следующие, мкм: 1-й 52,6; 2-й 17,02; 3-й 13,23, 4-й 15,99, 5-й 17,31; 6-й 9,49; 7-й 14,17, 8-й 46,02.Строят для каждого класса эталонное изображение и определяют количество элементов структуры для каждого класса на соответствующем ему эталонном изображении. В соответствии с номерами классов эти количества следующие: 1-й 5; 2-й 49, 3-й 81, 4-й 55;5-й 47, 6-й 157; 7-й 71,е 8-й 7. Зная интервалы значений площадей пор и число пор, соответствующих каждому классу на реальном и эталонных изображениях, строят функции распределения элементов на реальном и эталонном изображениях.Сравнивают эти функции в метрике 1, т.е. подсчитывают величину ; .Она равна 0,71, Затем по таблице значений Функции Смирнова-Колмогорова находят К, где К( ) - распределение Колмогорова, равйое в данном примере 0,3. Вычисляют степень однородности и изотропности. Табулированные значения Функции Смирнова-Колмогорова показывают, что анализируемая структура является однородной и изотропной при У О, 1. При 0 (0,1 анализируемая структура неоднородна и нензотропна. 6Общая погрешность измерениядпредставляет собой сумму аппаратурной(Ь П ) и методической (Ь П ) погрешаностей, Аппаратурная погрешность, всвою очередь, складывается из погрешности измерения линейных размеровили площадей элементов изображений,а также из погрешности процессора, 10 У современных модификаций информационно-вычислительных комплексов, предназначенных для анализа изображений(например, ХВАБ фирмы Орйоп, на котором проведено определение площадей 15 пор), аппаратурная погрешность измерения площадей составляет 1%, аппаратурная погрешность измерения линейныхразмеров 0,8%.Методическую погрешность определя ют следукгцим образом:. П =1-П+м Эргде Б - результат измерения степениоднородности и изотропности, полученной по описанной измерительной процедуре, у эталонной структуры 0 =0,995, 25 Ь цф=0,005 или Ор 5%, В сумме погрешность измерения составляет 1,5%,П р и м е р 2. Определяют степеньоднородности и изотропности распределения частиц лесса, Анализ степени 30 однородности и изотропности распределения частиц лесса проводят по линейному размеру (средней хорде), Измеряют средние хорды всех частиц наизображении, Минимальная длина средней хорды составляет 8,2 мкм, максимальная 163,0 мкм. Измерение длиныразделяют на классы, количество которых равно восьми, Величина интерваласоставляет 20 мкм в диапазоне от 8 40 до 168 мкм. Определяют координатыцентров тяжести для каждой частицыи проводят нсю измерительную процедурупо примеру 1, Величинав этом примере ранна 1,12, Кф) 0,8 е, степень 45 однородности и изотропности 0=1-0,84==0,16, аппаратурная ошибка составляет0,8%, методическая 0,5%, В сумме погрешность измерения составляет 1,3%.П р и м е р 3. Определяют степень 50 однородности и изотропности распределения зерен в сплаве ЭП 220 по формеэтих зерен, Измеренный фактор формыдля всех зерен имеет минимальноезначение 0,352 отн.ед максимальное0,693 отн.ед. Количество классовсемь, величина интервала 0,05 в диапазоне от 0,35 до 0,70. Определяюткоординаты центров тяжести для каждо-го зерна и проводят всю описанную1615750 формула изобретения Способ определения степени однородности и иэотропности структуры объектов, включающий сравнение реальной структуры изображения объекта с эталонной, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных воэможностей за счет получения количественной интегральной характеристики степени однородности и иэотропности 11 еальной структуры объекта, классифицируют элементы структуры изображения объекта по одному или по каждому иэ следукщих параметров: линейному размеру, площади, кривизне поверхности, форме, определяют координаты центров Составитель ЛеЖереновТехред Л.Олийнык Корректор Т.Малец Редактор А.Козориз Заказ 3990 Тираж 579 ПодписноеВНИИПИ Государственного ко)лтета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 в примерах 1 и 2 измерительную процедуру. Величинаравна 1,38, К 0,96, степень оДнородности и изотропности 0,04. Аппаратурная ошибка составляет 1,93, методическая 0,5 Х, суммарная погрешность измерения 1,953.Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ дает возможность выразить степень однородности и изотропности реальной структуры числом; погрешность определения этого числа,в каждом случае может быть установлена и не превьппает 2 е.Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению, из- вестными более точное выявление брака при текущем контроле качества металлопродукции, а также продукции предприятий, производящих другие материалы (керамику, огнеупоры и т.д.); более надежное выявление области применения того или иного металла, огнеупора и других материалов в соответствии с их качеством. тяжести каждого элемента структуры,измеряют расстояние между центрамитяжести элементов структуры соответ 5ствукщего класса, строят гистограммыраспределения этих расстояний длякаждого класса элементов структуры,аппроксимируют гистограммы одной изкривых распределения Пирсона, получают функцию распределения, вычисляютнаиболее вероятное расстояние ме)кдуцентрами тяжести элементов структурысоответствующего класса, строят длякаждого класса эталонное изображениетого же формата, что и исходное изображение, в виде плоскости правильногоразбиения на равносторонние треугольники со стороной, равной расстояниюмежду центрами тяжести элементовструктуры того же класса, подсчитывают количество элементов структуры длякаждого класса на соответствукщем емуэталонном иэображении, строят функцию распределения элементов на реаль 25 ном изображенииР(х,О ф),где х - случайное значение выбранногопараметра;- параметры функции распределе 30 ния и функции распределенияэлементов по эталонному изображению,сравнивают функции путем подсчета величины35 = п еех(Р 1 х,5 )-Р(х)(,где и - общее число измерений;шах найден по х среди всехинтервалов, соответствующих40 выбранным классам,находят из таблицы значение функцииСмирнова-Колмогорова К, вычисляютстепень однородности и изотропностипа Формуле Б 1-К(.