应用空间灰度共生矩阵方法评价断口形貌
空间灰度共生矩阵是数字图像纹理分析的经典方法，此法能精确地反映纹理的粗糙程度和重复方向.可对地理信息、遥感、气象云图、木材、显微细胞等纹理图像进行分析和描述。本文应用空间灰度共生矩阵的方法，通过在Madab中编写程序处理图像，分别计算应力腐蚀断口SEM图像(如图1所示)在像素点对距离d取1，角度取θ=0°、θ=45°、θ=90°和θ=135°时的6个纹理特征参数值(二阶角矩、对比度、相关系数、熵、方差和逆差矩)，从而对材料断口形貌进行定量的描述和分析。结果表明：在灰度共生矩阵中，受0取值的影响，不同方向上的纹理特征参数存在一定差异，一般方向θ在4个方向上被量化：水平、对角线、垂直、反对角线(θ=O°、θ=45°、θ=90°和θ=135°)。图2反映了d=1时，断口纹理特征参数在θ=0°、θ=45°、θ=90°和θ=135°时的变化情况。从图中可以看出受θ不同方向取值影响不大的特征参数为：二阶角矩、熵、方差和逆差矩；影响较大的特征参数为：对比度。从图中各条曲线的变化趋势看，4个方向上纹理特征参数的变化规律基本相同，说明各方向上的纹理参数都具有对样本纹理特征的正确反映能力。通过在Matlab中编写程序，计算d=1，θ=0°时4个断口图像的灰度共生矩阵参数，结果如表1所示。表1反映了4个断口表面纹理的空间分布情况，从中可以看出：断口3的表面灰度分布均匀，纹理均匀，所以二阶角矩最大；断口2表面图像灰度分布不均匀，表面纹理紊乱，所以二阶角矩最小。断口2的表面纹理效果明显，图像清晰，所以对比度最大；断口3的纹理效果不显著。所以对比度最小。断口2的纹理复杂，所以熵值最大；断口3的纹理简单，所以熵值最低。断口2的纹理复杂周期大，所以方差值最大；断口3纹理均匀周期小，所以方差值最小。断口.3的纹理规律性强易于描述，所以逆差矩值最大；断口1的纹理杂乱无章难于描述，逆差矩值最小。由于相关系数是用来指明同一图像纹理的方向性，因此取θ=0°、θ=45°、θ=90°和θ=135°时同一断口图像的相关系数进行比较，如图2(f)所示，4个断口在θ=0°时的相关系数比其它3个方向都要高，说明4个断口都具有水平方向的纹理。通过断口灰度共生矩阵的二阶统计量计算可以看出4个断口中断口2的纹理致密、复杂；断口3的纹理简单、规则性强。而从图1可以看出4个断口中断口2的表面形貌最为复杂表面，显示出在交错的解理区域散布着沿晶断裂的小面，断口3的表面形貌最为简单，显示出沿晶断裂的小面和韧窝的分散区域，说明用灰度共生矩阵方法所描述的纹理特征参数与人眼观察的结果基本一致；从上述分析可以看出应力腐蚀断口的二阶统计参数差异很大，说明断口形貌是复杂多变的，这是由其断裂机理决定的。综上可以认为用灰度共生矩阵方法得到的纹理特征参数既有效地体现了断口纹理的复杂度和粗糙度，又同时描述了纹理的细部特征及变化程度，是一种可行的断口纹理定量分析和合理识别的方法。运用灰度共生矩阵的特征参数分析断口形貌特征可望实现断口类型的自动分类识别，同时对处理其它纹理图像具有一定的借鉴作用。
特征参数 断口形貌 图像纹理 灰度分布 分类识别 灰度共生矩阵 粗糙度
唐玮 朱华 王勇
中国矿业大学摩擦学与可靠性工程研究所，江苏 徐州 221116
国内会议
武汉
中文
251-252
2008-05-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）