Adobe Photoshop軟件在數碼金相照片處理中的應用

孫宜強

(寶山鋼鐵股份有限公司中央研究院, 武漢 430080)

自金相學出現以來，金相圖片的記錄方式不斷發生著變化。1808年,魏氏采用拓印的方式記錄下鐵隕石的魏氏組織圖片，1863年,索氏通過膠片拍攝了鋼的顯微組織照片[1]。進入20世紀，隨著數碼照相技術的發展，數碼照片因具有拍攝成本低、所見即所得、易于復制和傳播等優點使其快速成為顯微組織最常用的記錄方式。

Adobe Photoshop(PS)是一種高效的圖像編輯處理軟件，已經被廣泛應用于醫學、衛星遙感、公安物證與痕跡、平面設計等與圖像處理相關的領域[2-7]。筆者以Adobe Photoshop CS 8.0.1版本軟件為基礎，通過實例來介紹運用PS軟件處理金相照片的方法。

1 全景圖片拼接

當需要同時表征大范圍的顯微組織形貌時，需要進行全景圖片拼接。例如為了描述某6 mm厚熱軋鋼板組織沿厚度方向的變化情況，首先拍攝整個厚度截面的連續7張金相照片，保證連續兩張照片之間存在互相重疊的區域，如圖1所示；然后用PS軟件打開所有圖片，選擇命令欄 “文件”—“自動”—“Photomerge”，進行圖片合并，然后進行適當裁剪后得到全景金相照片，如圖2所示。

圖1 連續拍攝的金相照片(括號表示重疊區域)Fig.1 Continuous metallographic images (parenthesis indicate overlapping area)

圖2 全景金相圖片Fig.2 Panoramic metallographic image

2 焦點融合

當一個顯微組織的拍攝視場無法同時對焦時，可如圖3所示進行多次的拍攝，圖3 a)右下角和圖3 b)左上角區域未對焦，圖像模糊。在PS軟件中將兩張照片打開，復制并粘貼到同一張圖中，在“圖層”窗口 “添加圖層蒙版”，選擇黑色畫筆工具，對粘貼后的圖片中未對焦區域進行涂抹，露出背景圖層對焦準確的圖像，這樣就把兩張圖對焦準確的區域合并成一張圖片，如圖4所示。

圖3 同一個視場兩次拍攝的金相照片Fig.3 Metallographic images taken twice in the same field of view:a) no focus in lower right corner; b) no focus in upper left corner

圖4 焦點融合后的金相圖片Fig.4 Metallographic image after focus fusion

3 打印尺寸標定

顯微標尺是一個刻度很小的測量尺，一般把1 mm的長度劃分為100個刻度，每個刻度為0.01 mm，也就是10 mm。根據刻度之間距離的不同，顯微標尺可以有0.1，0.05，0.02，0.01 mm等幾種不同類型，圖5為兩種不同類型的顯微標尺。

圖5 不同類型的顯微標尺Fig.5 Different types of microscale

拍攝顯微標尺照片就可以計算出金相照片的輸出尺寸。例如，拍攝100倍的刻度為0.01 mm的顯微標尺照片，如圖6所示，其中橫向為80格，代表0.8 mm，縱向為60格，代表0.6 mm，因此100倍照片打印時輸出尺寸為80 mm×60 mm。用同樣的方法可以對不同放大倍數金相照片進行打印尺寸標定。

圖6 100×的顯微標尺照片Fig.6 Images of 100× microscale:a) transverse; b) longitudinal

4 添加標尺

標尺是一個帶實際長度值的刻度尺照片，用于標注金相照片的放大倍數。標尺形式多種多樣，最常見的為一根線段，上面標注實際尺寸，如圖7所示。圖中兩個標尺的顯示長度都是10 mm，根據標尺上面標注的實際長度可以判斷這兩個標尺分別表示100倍和500倍。

圖7 常用的標尺形式Fig.7 Comman scale form

將對應倍數的標尺圖片放置在金相照片上，然后合并圖層、保存，那么這張金相照片不論如何縮放，都可以依據下式進行準確測量

(1)

式中:L0為所測顯微組織的實際尺寸;L1為在金相照片上的測量值;S0為標尺實際長度;S1為標尺在金相照片上的測量值。

如對圖8進行縮放的球墨鑄鐵金相照片中的石墨直徑進行測量，S0=100 mm，S1=15 mm，L1=13.5 mm，代入式(1)，計算出石墨直徑為90 mm。

圖8 球墨鑄鐵的金相照片Fig.8 Metallographic image of nodular cast iron

5 測量

PS軟件在測量方面也非常方便。以測量高碳鋼脫碳層為例，用PS軟件打開圖片，選中“標尺”按鈕，顯示上方和左側的刻度尺，如圖9 a)所示；在橫向刻度尺區域進行鼠標左鍵點選和拖曳，在試樣邊緣和脫碳層與基體的交界處，分別添加一條輔助線，如圖9 b)所示，然后根據縱向標尺上的格子讀出兩個輔助線之間的距離為14 mm，根據倍數換算脫碳層深度為0.14 mm。

圖9 脫碳層深度測量Fig.9 Depth measurement of decarburization layer:a) selected the scale button; b) added guides

6 定量金相分析

圖10為珠光體+馬氏體的顯微組織形貌，其中黑色區域為珠光體，白色區域為馬氏體，可以通過PS軟件進行定量金相檢測，測量組織中的馬氏體含量。

圖10 珠光體+馬氏體顯微組織形貌Fig.10 Microstructure morphology of pearlite + martensite

用PS軟件打開圖片，打開“導航器”窗口，點擊“直方圖”標簽，記錄“像素”為“總像素670 005”；選擇“魔棒”工具，狀態欄選擇“添加到選區”，容差選擇32，對圖中白色區域依次進行點擊，全部選中后在“直方圖”窗口記錄“像素”為選中的“馬氏體組織像素54 850”，如圖11所示，將數據代入下式

圖11 選中馬氏體區域及其像素Fig.11 Selected martensite region and its pixels

(2)

式中：M為組織質量分數;Pm為組織像素;P為圖片總像素。

計算出馬氏體含量為8.2%(面積分數)。用這種測量像素的方法可以對存在顏色差異的不同組織進行含量的定量測量。

7 批處理

當涉及較大數量的金相照片，需要進行重復操作時，還可以運用PS軟件中的“動作”和“批處理”功能來簡化操作過程。

“動作”指將多個PS操作命令集合在一起，對多個圖片進行連續操作。例如打開“動作”面板并打開一張金相圖片，選擇 “創建新動作”按鈕，開始記錄動作；對金相圖片進行灰度/色階調整、圖像大小調整和保存，就創建了一個名為“動作1”的動作。打開其他待處理圖片，選中 “動作1”，點擊 “播放選區”按鈕， PS軟件會依據剛才錄制的“動作1”中的各項命令進行灰度/色階調整、圖像大小調整，并保存。

如果有多張圖片需要進行同樣的處理，選擇命令欄“文件”-“自動”-“批處理”，選擇要執行的“動作”和要處理的圖片，則可以同時對所有打開的圖片進行自動處理。動作和批處理功能有效提高了金相照片的處理效率。

8 結束語

通過Adobe PhotoShop軟件對金相照片的處理，擴展了金相照片的用途，保證了圖片的準確性，更清晰地表達出金相照片的內容，并且軟件提供的批處理功能簡化了圖片處理步驟，提高了圖片處理效率，Adobe PhotoShop軟件已經成為金相顯微組織分析的一個重要工具。