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Aplicação de Técnicas de Processamento e Análise de Imagem na Análise Automática da Quantidade e do
Tamanho do Grão em Imagens MetalográficasTarique da S. Cavalcante, P. P. Rebouças Filho, Victor Hugo C. de
Albuquerque, João Manuel R. S. [email protected] www.fe.up.pt/~tavares
Conteúdo
1. Introdução2. Granulometria3. Processamento e Análise de Imagem4. Exemplo Experimental 5. Conclusões
João Manuel R. S. Tavares et al. 2Análise Automática da Quantidade e do Tamanho do Grão em Imagens Metalográficas
Introdução
• Materiais metálicos são na sua grande maioria de natureza cristalina e contêm fronteiras internas denominadas por contornos de grão
• Podendo ser caracterizados pelo tamanho dos grãos(grande ou pequeno) função da existência ou não de precipitados em torno dos mesmos
João Manuel R. S. Tavares et al. 3Análise Automática da Quantidade e do Tamanho do Grão em Imagens Metalográficas
Microestrutura de um açoAISI 1006 (500X).
Introdução
• Várias propriedades mecânicas são influenciadas pelo tamanho do grão, tais como:– resistência mecânica, resistência à tracção, resistência à
corrosão, tensão limite de escoamento, tenacidade e instabilidade dos contornos dos grãos com a temperatura
• Geralmente é considerado que grãos finos favorecem a resistência mecânica, enquanto grãos mais grosseiros favorecem a maquinabilidade
• Para refinar o grão, adiciona-se, por exemplo, Nióbio (Nb) e/ou Níquel (Ni)
João Manuel R. S. Tavares et al. 4Análise Automática da Quantidade e do Tamanho do Grão em Imagens Metalográficas
Introdução
• O tamanho médio dos grãos (G), também conhecido como granulometria, é normalmente quantificado usando o sistema definido pela ASTM (American Society for Testing and Materials)
• O sistema ASTM classifica em grãos grossos valores de G entre 1 e 5 e grãos finos valores de 5 a 8
João Manuel R. S. Tavares et al. 5Análise Automática da Quantidade e do Tamanho do Grão em Imagens Metalográficas
Introdução
• Este trabalho teve como objectivo desenvolver, aplicar e analisar uma ferramenta baseada em técnicas de Processamento e Análise de Imagem para quantificar automaticamente a quantidade e o tamanho do grão em imagens metalográficas de forma rápida e precisa
João Manuel R. S. Tavares et al. 6Análise Automática da Quantidade e do Tamanho do Grão em Imagens Metalográficas
Granulometria
• O tamanho médio dos grãos (G) segundo a ASTMrelaciona-se com o número de grãos (N) por polegada quadrada numa ampliação de 100X:
• Dificuldades:– as extensões dos grãos não são constantes nas três dimensões– o corte por um plano reparte os grãos de forma aleatória– existência de grãos parcialmente representados– …
João Manuel R. S. Tavares et al. 7Análise Automática da Quantidade e do Tamanho do Grão em Imagens Metalográficas
12GN −=
Granulometria
• Na análise a amostra deve apresentar uma superfície polida e atacada adequadamente, e o corte do material deve ser realizado perpendicular ao sentido de laminação (corte transversal)
João Manuel R. S. Tavares et al. 8Análise Automática da Quantidade e do Tamanho do Grão em Imagens Metalográficas
Processamento e Análise de Imagem
• Técnicas de Processamento e Análise de Imagem são bastante utilizadas na área dos materiais na análise de propriedades a partir de imagens
• Várias técnicas são utilizadas, como: histograma de imagem, binarização por limiar e negativo de imagem, bem como operadores morfológicos, redes neuronais artificiais e contornos activos (snakes)
• A técnica principal utilizada neste trabalho é a de crescimento de regiões (bastante usada de forma satisfatória no processamento e análise de imagens do tipo considerado neste trabalho)
João Manuel R. S. Tavares et al. 9Análise Automática da Quantidade e do Tamanho do Grão em Imagens Metalográficas
Processamento e Análise de Imagem
• Crescimento de Regiões– É um método de processamento de imagem para associar
pixels em regiões de interesse– É iniciado pela identificação de sementes da região desejada,
sendo conseguido o crescimento considerando propriedades que os seus pixels deverão apresentar
– Pode ser realizado usando critérios locais e uma semente na região desejada, ou considerando critérios globais e várias sementes distribuídas em diferentes áreas de uma mesma imagem
João Manuel R. S. Tavares et al. 10Análise Automática da Quantidade e do Tamanho do Grão em Imagens Metalográficas
Processamento e Análise de Imagem
• Crescimento de Regiões– Esta técnica é aqui aplicada para detectar cada grão presente
• Para tal, é realizada uma pesquisa na imagem procurando-se os pixelsainda não segmentados
• Quando um pixel é identificado, aplica-se a técnica a esse pixel, analisando-se a sua vizinhança
• Ao obter-se a região associada ao pixel “semente”, determina-se o grão associado à mesma (se esta é maior do que um dado tamanho)
• Após o fim do crescimento dessa região, continua-se a pesquisa até não haver mais pixels não tratados
• Todos os grãos das fronteiras da imagem são considerados como meios grãos e devidamente contabilizados no número final de grãos (como na metodologia manual)
João Manuel R. S. Tavares et al. 11Análise Automática da Quantidade e do Tamanho do Grão em Imagens Metalográficas
Exemplo Experimental
• O método de segmentação e quantificação adoptado foi implementado e integrado num sistema computacional
João Manuel R. S. Tavares et al. 12Análise Automática da Quantidade e do Tamanho do Grão em Imagens Metalográficas
Interface do sistema desenvolvido
Exemplo Experimental
1) Uma amostra de um aço AISI 1006 foi preparada– Polimento com lixas de 220 a 1200 granos– Polimento com abrasivo de pasta diamante– Ataque químico com nital a 2%
2) Aquisição da imagem3) Aplicação do sistema desenvolvido
– A imagem original é convertida em níveis de cinza– O método de crescimento de regiões é aplicado– É obtido o número e o tamanho médio dos grãos por polegada
quadrada e, consequentemente, a granulometria (G)
João Manuel R. S. Tavares et al. 13Análise Automática da Quantidade e do Tamanho do Grão em Imagens Metalográficas
Exemplo Experimental
• Segmentação obtida
João Manuel R. S. Tavares et al. 14Análise Automática da Quantidade e do Tamanho do Grão em Imagens Metalográficas
Imagem em análise e grãos determinados (identificados por cores aleatoriamente atribuídas)
Conclusões
• A contagem convencional manual de grãos é demorosa e cansativa, sendo por isso propícia a erros
• Neste trabalho, desenvolveu-se um sistema computacional dedicado para tornar mais preciso e rápido o processo de avaliação da quantidade e tamanho dos grãos de materiais metálicos a partir de imagens
• O sistema desenvolvido é independente da subjectividade do operador, rápido e preciso
João Manuel R. S. Tavares et al. 15Análise Automática da Quantidade e do Tamanho do Grão em Imagens Metalográficas
Aplicação de Técnicas de Processamento e Análise de Imagem na Análise Automática da Quantidade e do
Tamanho do Grão em Imagens MetalográficasTarique da S. Cavalcante, P. P. Rebouças Filho, Victor Hugo C. de
Albuquerque, João Manuel R. S. [email protected] www.fe.up.pt/~tavares
