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1、第18卷第3期火灾科学Vol.18,No.32009年7月FIRESAFETYSCIENCEJul.2009文章编号:100425309(2009)20163205基于数字图像处理技术的金相分析研究3姜蓬,蒋勇,邱榕,廖光煊(中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,安徽合肥,230026)摘要:采用和改进了人际交互式图像分割算法Live2wire,对电气火灾中的典型火烧金相图和一次短路金相图进行处理,结合数字形态学操作,精确提取了两类金相图中的典型胞状晶和柱状晶结构;分析和讨论了多种结构描述子对晶格分类的作用,结果表明,离心率和晶格标记方差两个
2、描述子能有效区分两类晶格结构;采用聚类分析和Fisher判别法,实现了对两类金相图的自动分类。关键词:数字图像处理;金相分析;晶格分类;火灾调查中国分类号:X913文献标识码:A性极不相称,因此,需要开展金相分析方法方面的研0引言究,以提高其准确性,完善火灾调查结论。火灾事故每年造成了巨大的经济损失和人员伤[1]1晶格轮廓提取亡,其中,电气火灾占了非常大的比重。金相分析是电气火灾事故调查中不可或缺的重要方法和手1.1金相图特征[2]段。国内的金河龙等人在专著中曾经对金相分析当导线在火灾场景中受热绝缘层破损,导致发[3]方法的原理和方法进行了论述
3、,王希庆和邸曼等生一次短路时,短路点处熔化成一个小熔池,然后结人比较系统和全面的介绍了电气火灾现场勘测和相晶成铸态组织。它的特点是瞬间在相当大的过冷度[4]关样本制备的方法和步骤,高伟等人在论文中对和冷却深度下形成,一次短路金相(PMM)组织是以热得快危险性和痕迹技术鉴定等方面进行了较好的细小的柱状晶或胞状晶为主,如图1所示。火烧熔阐述,美国消防协会也曾经在NFPA921报告中对痕(BMM)附近导线的组织为明显的退火组织,表现电气火灾进行相关的阐述,但是,涉及的内容并不够为晶粒粗大,而短路熔痕附近导线的组织往往因为深入。高温作用时间短,仍表现为
4、塑性变形后的纤维组织。实际上,当前的金相分析方法主要以火灾调查火烧熔痕在充分吸收环境中的气体而起反应的同人员的肉眼观察并结合自身经验为主要手段,进而时,因为火场温度高,冷却速度相当缓慢,凝固时间对电气火灾的起因进行认定。也就是说,当前的火较长,金属融化时溶解的气体有充分逸出时间,所以灾调查中的金相分析方法仍停留在经验和半经验的组织内几乎没有气孔存在,且金相磨面是光滑的,如水平上,这种状况与金相分析在电气火灾中的重要图1所示。短路熔痕形成时凝固过程极短,因此金收稿日期:2009206211;修改日期:2009206222基金项目:国家自然科学基金
5、(50676091,50876097)、教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET20620546)、国家科技支撑计划(2006BAK06B0422)作者简介:姜蓬(1982-),男,中科大火灾科学国家重点实验室博士研究生,主要从事火灾调查方面的研究。3通讯作者:蒋勇,yjjiang@ustc.edu.cn164火灾科学FIRESAFETYSCIENCE第18卷第1期属熔化时所吸收的气体还没有来得及与金属充分反因此,用IC(q)替代IL(q)表示像素点q处的canny应和逸出,被留在内部组织中,所以短路熔痕金相组算子计算结果,同时,将ωZ改写为ωC
6、,则有下式织内有较多气孔存在。l(p,q)=ωC·fC(q)+ωG·fG(q)+ωD·fD(q)+ωP·fP(q)+ωI·fI(q)+ωO·fO(q)(3)再进行On2the2flying训练,上式变为:l'(p,q)=lS(p,q)+wN(p,q)·m'G(IG(q))+mP(IP(q))+mI(II(q))+mO(IO(q))(4)将该算法应用到图1(a)上,并对其进行二值化和取反操作,得出图2所示的结果。(a)(b)1.3冗余信息剔除图1典型铜导线一次短路(a)和火烧(b)金相图经过对图2进行细化操作,得出图3a所示的晶Fig.1Typi
7、calmetallographicimageofPMM(a)格结构图,使得在对某些较"粗"的轮廓线进行细化andBMM(b)时,某些"凸起"部分最终形成了一些分枝结构。可1.2图像分割以看出,细化结果存在残留的轮廓线和由于细化处图像分割是图像处理中的主要问题之一,也是理而生成的"毛刺",如图3a所示。这些多余曲线的计算机视觉领域内低层次视觉中的主要问题。所谓存在,将会对单个晶格结构几何特征分析产生影响,图像分割就是根据目标与背景的先验知识,对目标因此,需要针对这些"毛刺"进行相关处理以消除他图像中的目标、背景进行标记和定位,然后将要识别们,否则
8、,计算机将难以辨认哪些曲线是有效的晶格和处理的目标从背景或者其他伪目标中分离轮廓,哪些曲线是无效的"毛刺"。[5]出来。在消除毛刺的过程中,遵循下面的
