FILTRADO DE RAYAS DE PULIDO EN IMÁGENES DE CHAPAS DE ACERO MEDIANTE PROCESAMIENTO DIGITAL

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Pedro Silva Vázquez
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1 Jornadas SAM CONAMET AAS 2001, Septiembre de FILTRADO DE RAYAS DE PULIDO EN IMÁGENES DE CHAPAS DE ACERO MEDIANTE PROCESAMIENTO DIGITAL P. Benedetti (a), M. J. Yañez (b), J. W. Insausti (a), C. Delrieux (c), L. Iurman (d) a Universidad Nacional del Sur. Dto. De Física. b Universidad Nacional del Sur. Dto. De Química e Ingeniería Química. c Universidad Nacional del Sur. Dto. De Ingeniería Eléctrica. d Universidad Nacional del Sur. Dto. de Ingeniería. Avda. Alem Bahía Blanca. Fax: Tel: E mail: insausti@criba.edu.ar; pbenedet@criba.edu.ar; cryanez@criba.edu.ar RESUMEN En metalurgia es común analizar imágenes obtenidas por microscopios con la intención de obtener datos útiles para algún fin. Para ello es necesario aislar los detalles que se desean observar. Los softwares de procesamiento de imágenes proveen herramientas de filtrado que resultan de mucha utilidad. Sin embargo, en muchos casos, aislar los detalles que se desean observar suele representar un desafío. El trabajo consistió en calcular el área de ferrita de una muestra de chapa de acero de bajo carbono. La imagen obtenida con microscopio óptico mostraba rayas de pulido contaminadas con ferrita. Este hecho complicaba la posibilidad de aislar los detalles a observar con herramientas sencillas. El trabajo se dividió en dos etapas realizadas con el procesador de imágenes Analysis 2.1. La primera consistió en filtrar las rayas de pulido utilizando la transformada de Fourier y la segunda en calcular el área de ferrita. Palabras claves Filtrado, Procesamiento digital, Análisis de imágenes, Metalografía cuantitativa. INTRODUCCIÓN El análisis metalográfico es una herramienta muy útil en el estudio de los metales, porque permite individualizar las fases presentes, su cantidad relativa y su morfología. Dado que las fases metálicas tienen propiedades mecánicas que les son propias, la cantidad de fases presentes y su distribución determinan las propiedades de la aleación metálica. Las etapas del análisis metalográfico consisten en la preparación de la superficie a estudiar, el ataque de la misma con algún reactivo que permita distinguir las fases presentes, y la observación mediante microscopía óptica por reflexión o electrónica de barrido. Por lo especificado más arriba, la metalografía cuantitativa es de gran ayuda en la comprensión del comportamiento de una pieza metálica. Esta técnica ha recibido un gran impulso con el desarrollo de las facilidades de análisis de imágenes. Pero el pulido metalográfico, normalmente realizado mecánicamente con papeles abrasivos de partículas de tamaños decrecientes, puede dejar rayas sobre la superficie a analizar. Estas rayas pueden ser confundidas con bordes de grano o ser tomadas como fases diferentes por el sistema de análisis de imágenes y distorsionar de este modo los resultados. 1105

Benedetti, Yañez, Insausti, Delrieux y Iurman En los últimos años, el procesamiento digital de imágenes ha adquirido gran relevancia en una amplia variedad de aplicaciones.

2 Benedetti, Yañez, Insausti, Delrieux y Iurman En los últimos años, el procesamiento digital de imágenes ha adquirido gran relevancia en una amplia variedad de aplicaciones. Imágenes obtenidas desde satélites, microscopios, cámaras CCD, fotografías, modelos matemáticos, etc., han podido mejorarse y/o modificarse empleando los diferentes filtros y operaciones digitales sobre las imágenes. Las mismas son básicamente, señales bidimensionales que al procesarlas cambian sus características. Para esto, la imagen es dividida en pequeñas regiones, llamadas pixeles, cada una de las cuales representa un nivel de brillo [1]. Entre las diversas formas de procesar una imagen se pueden nombrar operaciones matemáticas pixel a pixel, filtros morfológicos y transformadas de Fourier [2]. Esta última herramienta permite enfatizar, filtrar o extraer información de una imagen transfiriendo datos del dominio espacial al dominio de frecuencias y viceversa. La frecuencia se define como el número de variaciones de brillo por fila o columna de la imagen. Trabajando sobre éstas se pueden modificar ciertas características de la imagen original. En este trabajo, se muestra la aplicación del procesamiento digital a una imagen, obtenida en un microscopio óptico, de una chapa de acero con ferrita que presentaba rayas de pulido provenientes de la preparación de la muestra, y que por sus tonos de gris dificultaban la identificación de la ferrita. Estos defectos no deseados entorpecían el cálculo del área de la misma. EXPERIMENTAL El material estudiado es chapa de acero de bajo contenido de carbono que presentaba un rayado proveniente del proceso de pulido. La imagen con la que se trabajó fue obtenida con un Microscopio Óptico Olympus EMM-7 provisto con máquina fotográfica polaroid. Se tomó con una magnificación de 100x y luego se escaneó con scaner Hewlett Packard ScanJet 4C en formato BMP con resolución de 300 dpi. Para el procesamiento de la imagen se utilizó el software AnalySIS Pro, versión 2.1 [3], transformando la misma a 512 x 400 pixeles (8bits) (Figura 1). Figura 1. Imagen original 1106

Jornadas SAM CONAMET AAS 2001 Procesamiento de la imagen En una primera etapa, se aplicó la transformada

Se filtró la imagen transformada mediante filtros provistos por el soft (Figura 3) Se aplicó antitransformada

Luego, se modificaron los niveles de grises de la imagen a través del histograma de luminancias (Figura 6).

3 Jornadas SAM CONAMET AAS 2001 Procesamiento de la imagen En una primera etapa, se aplicó la transformada rápida de Fourier (FFT) para facilitar la eliminación de las rayas de pulido (Figura 2). Se filtró la imagen transformada mediante filtros provistos por el soft (Figura 3) Se aplicó antitransformada (Figura 4). Se compensaron los efectos irregulares de iluminación mediante shading correction (Figura 5). Luego, se modificaron los niveles de grises de la imagen a través del histograma de luminancias (Figura 6). Figura 2. Imagen transformada Figura 3. Imagen transformada filtrada Figura 4. Imagen antitransformada Figura 5. Corrección de Iluminación 1107

4 Benedetti, Yañez, Insausti, Delrieux y Iurman Cálculo del área Con la imagen final mostrada en Figura 6 se realizó el cálculo del área de ferrita a través de los siguientes pasos: Se utilizó la herramienta Set Thresholds para definir el rango de tonos de gris que contenían las partículas en cuestión. Con esos valores se calibró la herramienta Phase Color Coding. Se calculó el área absoluta y el porcentaje sobre el área total con el Phase Analysis (Figura 7 y Tabla 1) Figura 6. Imagen final Figura 7. Imagen de ferrita 1108

5 Jornadas SAM CONAMET AAS 2001 Tabla 1. Áreas calculadas Área absoluta [µm 2 ] % de área Para comprobar que el método utilizado era el correcto, se realizó el mismo procedimiento con una imagen de geometría conocida, un círculo interceptado con una raya del mismo tono de gris a la que había que filtrar. Los resultados arrojaron un error menor del 0.1% en el cálculo de superficie. CONCLUSIONES Se demostró que es posible filtrar, en imágenes metalográficas, rayas de pulido contaminadas con alguna fase y aislar ésta para su posterior análisis cuantitativo. El procesamiento digital de imágenes (Transformada de Fourier, filtros adecuados, operaciones aritméticas, etc.) es una herramienta a tener en cuenta para este fin. Se pudo hacer un cálculo muy preciso (error menor al 0.1%) del área ocupada por una fase, en nuestro caso ferrita. AGRADECIMIENTOS Agradecemos al Ing. Daniel Ziegler del Laboratorio de Metalurgia de la Universidad Nacional del Sur por la obtención de las fotografías estudiadas. REFERENCIAS 1. K. Castleman. Digital Image Processing. Prentice Hall, New York Jonas Gomes y Luiz Velho. Image Processing for Computer Graphics. Springer, New York Analysis 2.1 User s Guide. Soft Imaging System GmbH

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