腐蝕科學(xué)領(lǐng)域數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向,數(shù)字圖像處理論文

腐蝕科學(xué)領(lǐng)域數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)在狀況與發(fā)展方向,數(shù)字圖像處理論文計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，圖像處理技術(shù)作為一種實(shí)用工具，已經(jīng)在諸多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。在腐蝕科學(xué)與工程領(lǐng)域，較為熟知的圖像有實(shí)驗(yàn)室內(nèi)拍攝的金屬金相組織照片、金屬斷口照片、掃描電鏡照片、光學(xué)顯微鏡照片、材料的直接外觀形貌照片等。最近幾年，由于高分辨率數(shù)碼成像技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)應(yīng)用經(jīng)過(guò)中獲得高清楚明晰的金屬腐蝕形貌圖像己很容易實(shí)現(xiàn)。腐蝕圖像直觀地記錄著腐蝕發(fā)生的區(qū)域、蝕坑的分布情況、蝕坑形狀、以及腐蝕的嚴(yán)重程度等豐富的腐蝕信息。金屬材料的腐蝕形貌圖像已經(jīng)成為評(píng)價(jià)材料腐蝕性能的重要特征之一。1國(guó)際上應(yīng)用現(xiàn)在狀況在腐蝕科學(xué)中，數(shù)字圖像處理技術(shù)最早應(yīng)用于點(diǎn)蝕的描繪敘述和評(píng)價(jià)。1981年，D.Itzhak等用圖像方式方法研究了AISI304不銹鋼在10%FeCl3溶液中，50℃時(shí)浸泡20分鐘產(chǎn)生的腐蝕圖像。圖像是用掃描儀直接掃描腐蝕材料照片得到的，然后將所得的圖像進(jìn)行二值化處理，統(tǒng)計(jì)整個(gè)試樣外表不同大小的蝕坑數(shù)，定義并定量計(jì)算試樣的點(diǎn)蝕率為9.73%.Frantziskonis等用光干預(yù)顯微鏡研究了2024鋁合金試樣點(diǎn)蝕并用小波分析的方式方法研究了蝕坑的幾何特征。J.M.Costa等用分形方式方法研究了316不銹鋼在人工海水環(huán)境中陽(yáng)極極化后的試樣，他們用光學(xué)顯微境獲得試樣的腐蝕圖象，然后用專用圖象軟件分析了蝕坑的輪廓構(gòu)造，并計(jì)算得到了蝕坑剖面的分形維數(shù)，隨著計(jì)算步長(zhǎng)的逐步減小，蝕坑輪廓周長(zhǎng)逐步增大。Codaro等在總結(jié)大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，給出了描繪敘述點(diǎn)蝕斷面形狀的測(cè)試圖，采用顯微鏡獲得鋁合金和鈦合金在不同腐蝕條件下蝕坑剖面的腐蝕形貌圖像，定義點(diǎn)蝕形狀分類參數(shù)=〔蝕坑的面積〕/〔包圍蝕坑的最小矩形的面積〕用于對(duì)不同形狀的蝕坑進(jìn)行分類和定量描繪敘述，該方式方法可以以用于表征點(diǎn)蝕的發(fā)展經(jīng)過(guò)。2國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)在狀況國(guó)內(nèi)蘇潤(rùn)西、宋詩(shī)哲建立了基于恒電位的原位圖像采集系統(tǒng)和測(cè)試方式方法，對(duì)得到的304不銹鋼恒電位經(jīng)過(guò)圖像分析結(jié)果表示清楚，在蝕坑出現(xiàn)經(jīng)過(guò)中圖像的灰度變化與蝕坑的產(chǎn)生和發(fā)展有直接關(guān)系，當(dāng)發(fā)生點(diǎn)蝕時(shí)，灰度值向小的方向移動(dòng)，灰度統(tǒng)計(jì)值方圖上出現(xiàn)雙峰，通過(guò)分析電化學(xué)測(cè)試參數(shù)與圖像信息得知點(diǎn)蝕發(fā)生比率與反響消耗的電量之間存在一定的相關(guān)性。王守琰等在這里基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了電化學(xué)參量的變化和點(diǎn)蝕形貌圖像特征之間的關(guān)系，結(jié)果表示清楚恒電位經(jīng)過(guò)中，蝕坑面積隨時(shí)間的延長(zhǎng)線性增加，而腐蝕消耗的電量則按冪函數(shù)的方式增長(zhǎng)。不同濃度NaCl溶液中的點(diǎn)蝕發(fā)生比率和分析結(jié)果都表示清楚濃度對(duì)點(diǎn)蝕的發(fā)生和發(fā)展有很大的影響同時(shí)對(duì)鈍化膜毀壞經(jīng)過(guò)進(jìn)行了研究，如此圖1所示，研究表示清楚，未發(fā)生點(diǎn)蝕時(shí)，灰度值變化幅度很小，隨著極化時(shí)間的增加，鈍化膜毀壞，蝕坑逐步構(gòu)成并向縱深發(fā)展進(jìn)而導(dǎo)致灰度值發(fā)生較為劇烈的變化。由灰度值的變化能夠判定蝕坑的發(fā)展方向。圖像處理技術(shù)在腐蝕研究中還有很廣闊的發(fā)展空間，怎樣將圖像處理技術(shù)的特點(diǎn)與腐蝕觀測(cè)和研究方式方法相融合，充分發(fā)揮圖像處理的優(yōu)點(diǎn)和長(zhǎng)處，值得腐蝕工作者做進(jìn)一步的深切進(jìn)入研究。3發(fā)展方向3.1腐蝕圖像預(yù)處理技術(shù)腐蝕圖像處理與利用腐蝕圖像進(jìn)行腐蝕診斷與評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度息息相關(guān)。一幅未經(jīng)處理的原始腐蝕圖像傳遞的腐蝕信息可能是不清楚明晰、不明確的，直接分析后所獲得的各種參數(shù)也會(huì)與實(shí)際的腐蝕狀況存在較大誤差。因此一些學(xué)者將腐蝕圖像的處理〔如去噪、濾波等〕作為主要的研究目的，為腐蝕形式辨別和腐蝕特征提取及分類提供研究基礎(chǔ)。相關(guān)資料中提出需要發(fā)展圖像處理的算法，例如此圖像加強(qiáng)，以消除成像經(jīng)過(guò)中測(cè)試手段或外界不利因素對(duì)原始腐蝕圖像的影響。Journaux等在進(jìn)行孔蝕圖像分析時(shí)，采用了形貌圖像轉(zhuǎn)換濾波器〔ASF〕，在圖像預(yù)處理的基礎(chǔ)上將原始孔蝕圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像。在工業(yè)視覺(jué)檢查系統(tǒng)中，許萬(wàn)里等為了獲得較理想的圖像效果，研究了圖像預(yù)處理和圖像邊緣分割等原理。對(duì)于實(shí)海金屬腐蝕的形貌圖像，王守琰等采取的是濾波和直方圖平衡的方式方法去除原始腐蝕圖像的隨機(jī)噪聲，并使圖像具有均勻灰度概率分布?？梢?jiàn)，腐蝕圖像處理技術(shù)方面的研究主要集中在濾波去噪和灰度變換兩方面。由于腐蝕圖像的來(lái)源和成像手段的不同，因此采用的處理技術(shù)和算法又不盡一樣。因而，對(duì)不同材料的腐蝕圖像，需要研究不同的圖像處理算法，以提高后期圖像特征辨別的準(zhǔn)確性和精度。3.2腐蝕形貌演化研究由于圖像能夠直觀地顯示研究對(duì)象的形狀，因此在腐蝕區(qū)域的形態(tài)描繪敘述上應(yīng)用范圍較廣。Pan等利用定位圖像技術(shù)，研究多晶材料晶間應(yīng)力腐蝕破裂經(jīng)過(guò)中晶粒邊緣以及界面的幾何形狀，并討論界面形狀隨時(shí)間變化的關(guān)系，用于鎳鉻鐵合金的腐蝕檢測(cè)。Johnsen等用數(shù)字圖像定量分析了鋁薄片類二維腐蝕面的發(fā)展歷程，并用二維的計(jì)算機(jī)模型模擬了腐蝕坑內(nèi)電解液濃度的變化。Mille等根據(jù)傳感器成像描繪出材料外表的腐蝕區(qū)域，并建立了傳感器反響與腐蝕深度之間的定量關(guān)系。為了研究局部腐蝕的穿透深度，Quin等結(jié)合金相學(xué)和圖像處理技術(shù)，對(duì)腐蝕試樣的斷面圖進(jìn)行分析，得到了腐蝕區(qū)域的邊緣幾何形態(tài)，根據(jù)被測(cè)金屬的剖面圖和局部腐蝕邊緣曲線，建立了局部腐蝕穿透深度三維立體發(fā)展圖。這些研究是在各種檢測(cè)手段下觀察腐蝕區(qū)域的外觀輪廓或斷面形狀，多側(cè)重于觀察目的的直觀構(gòu)造，而對(duì)腐蝕形態(tài)的特征描繪敘述則很少。3.3腐蝕等級(jí)評(píng)定研究與實(shí)時(shí)腐蝕檢測(cè)側(cè)重點(diǎn)不同，實(shí)驗(yàn)室中較多地利用腐蝕圖像進(jìn)行腐蝕程度的評(píng)價(jià)，以獲得腐蝕率等評(píng)價(jià)參數(shù)。Itzhak等于1981年在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了AISI304L不銹鋼的孔蝕實(shí)驗(yàn)，用光學(xué)照相機(jī)拍攝了10%FeC13溶液中實(shí)驗(yàn)材料的外表腐蝕照片，然后用OPTRONICS掃描儀掃描。對(duì)掃描圖像只是進(jìn)行了簡(jiǎn)單的處理，圖像只分為明和暗兩級(jí)，據(jù)此計(jì)算孔蝕區(qū)域和孔蝕率P:【公式1】華而不實(shí)，n為腐蝕坑的總面積，N為試樣的總面積。Oliweira等亦以為用圖像分析的方式方法觀察膜的腐蝕形貌對(duì)確定腐蝕率是特別重要的。紀(jì)綱等也提出了材料鍍層的外觀腐蝕面積算法，可作為分析研究材料腐蝕等級(jí)的基礎(chǔ)。Peng等亦任意選取鋁的斷面圖像，結(jié)合定量圖像分析技術(shù)，測(cè)得鋁的重量變化。相關(guān)資料中則根據(jù)鋁2024的孔蝕圖像，定量評(píng)價(jià)了蝕坑的直徑與孔深之間的關(guān)系。Nguyen等則是定量地描繪敘述了金屬材料的熱波圖像，以此來(lái)評(píng)價(jià)材料外表的腐蝕程度。材料外表環(huán)氧涂層的耐蝕性能可以以通過(guò)觀測(cè)圖像進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)于304不銹鋼腐蝕潛伏期的程度評(píng)價(jià)，Williford等借助于原子力顯微鏡使之得以實(shí)現(xiàn)。4結(jié)論利用腐蝕圖像進(jìn)行腐蝕評(píng)價(jià)提供了一條新途徑，然而他們對(duì)腐蝕圖像的進(jìn)一步處理等較少考慮，固然測(cè)試結(jié)果比肉眼的視覺(jué)判定有所提高，但在腐蝕率的計(jì)算上仍需提高精度。利用數(shù)字圖像技術(shù)進(jìn)行一些形貌的自然特征提取，利用不變矩圖像辨別因其特殊物理性質(zhì)，在機(jī)器人視覺(jué)、形式辨別、圖像融合、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療診斷和軍事等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中有著極為廣闊的應(yīng)用前景。以下為參考文獻(xiàn)：[1]穆志韜。海軍飛機(jī)構(gòu)造腐蝕損傷規(guī)律及使用壽命研究[D].北京航空航天大學(xué)，北京：2001.[2]韓德盛。海洋大氣環(huán)境鋁合金腐蝕預(yù)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[D].北京航空航天大學(xué)，北京：2007.[3]夏蘭廷，黃桂橋，張三平等。金屬材料的海洋腐蝕與防護(hù)腐蝕[M].北