Adobe Photoshop软件在数码金相照片处理中的应用

孙宜强

(宝山钢铁股份有限公司中央研究院, 武汉 430080)

自金相学出现以来，金相图片的记录方式不断发生着变化。1808年,魏氏采用拓印的方式记录下铁陨石的魏氏组织图片，1863年,索氏通过胶片拍摄了钢的显微组织照片[1]。进入20世纪，随着数码照相技术的发展，数码照片因具有拍摄成本低、所见即所得、易于复制和传播等优点使其快速成为显微组织最常用的记录方式。

Adobe Photoshop(PS)是一种高效的图像编辑处理软件，已经被广泛应用于医学、卫星遥感、公安物证与痕迹、平面设计等与图像处理相关的领域[2-7]。笔者以Adobe Photoshop CS 8.0.1版本软件为基础，通过实例来介绍运用PS软件处理金相照片的方法。

1 全景图片拼接

当需要同时表征大范围的显微组织形貌时，需要进行全景图片拼接。例如为了描述某6 mm厚热轧钢板组织沿厚度方向的变化情况，首先拍摄整个厚度截面的连续7张金相照片，保证连续两张照片之间存在互相重叠的区域，如图1所示；然后用PS软件打开所有图片，选择命令栏 “文件”—“自动”—“Photomerge”，进行图片合并，然后进行适当裁剪后得到全景金相照片，如图2所示。

图1 连续拍摄的金相照片(括号表示重叠区域)Fig.1 Continuous metallographic images (parenthesis indicate overlapping area)

图2 全景金相图片Fig.2 Panoramic metallographic image

2 焦点融合

当一个显微组织的拍摄视场无法同时对焦时，可如图3所示进行多次的拍摄，图3 a)右下角和图3 b)左上角区域未对焦，图像模糊。在PS软件中将两张照片打开，复制并粘贴到同一张图中，在“图层”窗口 “添加图层蒙版”，选择黑色画笔工具，对粘贴后的图片中未对焦区域进行涂抹，露出背景图层对焦准确的图像，这样就把两张图对焦准确的区域合并成一张图片，如图4所示。

图3 同一个视场两次拍摄的金相照片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

图4 焦点融合后的金相图片Fig.4 Metallographic image after focus fusion

3 打印尺寸标定

显微标尺是一个刻度很小的测量尺，一般把1 mm的长度划分为100个刻度，每个刻度为0.01 mm，也就是10 mm。根据刻度之间距离的不同，显微标尺可以有0.1，0.05，0.02，0.01 mm等几种不同类型，图5为两种不同类型的显微标尺。

图5 不同类型的显微标尺Fig.5 Different types of microscale

拍摄显微标尺照片就可以计算出金相照片的输出尺寸。例如，拍摄100倍的刻度为0.01 mm的显微标尺照片，如图6所示，其中横向为80格，代表0.8 mm，纵向为60格，代表0.6 mm，因此100倍照片打印时输出尺寸为80 mm×60 mm。用同样的方法可以对不同放大倍数金相照片进行打印尺寸标定。

图6 100×的显微标尺照片Fig.6 Images of 100× microscale:a) transverse; b) longitudinal

4 添加标尺

标尺是一个带实际长度值的刻度尺照片，用于标注金相照片的放大倍数。标尺形式多种多样，最常见的为一根线段，上面标注实际尺寸，如图7所示。图中两个标尺的显示长度都是10 mm，根据标尺上面标注的实际长度可以判断这两个标尺分别表示100倍和500倍。

图7 常用的标尺形式Fig.7 Comman scale form

将对应倍数的标尺图片放置在金相照片上，然后合并图层、保存，那么这张金相照片不论如何缩放，都可以依据下式进行准确测量

(1)

式中:L0为所测显微组织的实际尺寸;L1为在金相照片上的测量值;S0为标尺实际长度;S1为标尺在金相照片上的测量值。

如对图8进行缩放的球墨铸铁金相照片中的石墨直径进行测量，S0=100 mm，S1=15 mm，L1=13.5 mm，代入式(1)，计算出石墨直径为90 mm。

图8 球墨铸铁的金相照片Fig.8 Metallographic image of nodular cast iron

5 测量

PS软件在测量方面也非常方便。以测量高碳钢脱碳层为例，用PS软件打开图片，选中“标尺”按钮，显示上方和左侧的刻度尺，如图9 a)所示；在横向刻度尺区域进行鼠标左键点选和拖曳，在试样边缘和脱碳层与基体的交界处，分别添加一条辅助线，如图9 b)所示，然后根据纵向标尺上的格子读出两个辅助线之间的距离为14 mm，根据倍数换算脱碳层深度为0.14 mm。

图9 脱碳层深度测量Fig.9 Depth measurement of decarburization layer:a) selected the scale button; b) added guides

6 定量金相分析

图10为珠光体+马氏体的显微组织形貌，其中黑色区域为珠光体，白色区域为马氏体，可以通过PS软件进行定量金相检测，测量组织中的马氏体含量。

图10 珠光体+马氏体显微组织形貌Fig.10 Microstructure morphology of pearlite + martensite

用PS软件打开图片，打开“导航器”窗口，点击“直方图”标签，记录“像素”为“总像素670 005”；选择“魔棒”工具，状态栏选择“添加到选区”，容差选择32，对图中白色区域依次进行点击，全部选中后在“直方图”窗口记录“像素”为选中的“马氏体组织像素54 850”，如图11所示，将数据代入下式

图11 选中马氏体区域及其像素Fig.11 Selected martensite region and its pixels

(2)

式中：M为组织质量分数;Pm为组织像素;P为图片总像素。

计算出马氏体含量为8.2%(面积分数)。用这种测量像素的方法可以对存在颜色差异的不同组织进行含量的定量测量。

7 批处理

当涉及较大数量的金相照片，需要进行重复操作时，还可以运用PS软件中的“动作”和“批处理”功能来简化操作过程。

“动作”指将多个PS操作命令集合在一起，对多个图片进行连续操作。例如打开“动作”面板并打开一张金相图片，选择 “创建新动作”按钮，开始记录动作；对金相图片进行灰度/色阶调整、图像大小调整和保存，就创建了一个名为“动作1”的动作。打开其他待处理图片，选中 “动作1”，点击 “播放选区”按钮， PS软件会依据刚才录制的“动作1”中的各项命令进行灰度/色阶调整、图像大小调整，并保存。

如果有多张图片需要进行同样的处理，选择命令栏“文件”-“自动”-“批处理”，选择要执行的“动作”和要处理的图片，则可以同时对所有打开的图片进行自动处理。动作和批处理功能有效提高了金相照片的处理效率。

8 结束语

通过Adobe PhotoShop软件对金相照片的处理，扩展了金相照片的用途，保证了图片的准确性，更清晰地表达出金相照片的内容，并且软件提供的批处理功能简化了图片处理步骤，提高了图片处理效率，Adobe PhotoShop软件已经成为金相显微组织分析的一个重要工具。