基本信息
- 项目名称：
- 基于数字图像技术的物质表面层形貌的三维构造系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本系统补充了传统的材料表面质量检验技术，配用于做宏观分析的肉眼或者低倍放大观察的二维图像分析的检验方式，分析生产中出现的各类材料不同加工制件的表面质量，面对多种多样材料表面二维形貌的图像，创造性地开始了三维表面质量检验技术，以表面三维宏观形貌重新认识、快速检验各种材料切削加工层、表面处理层质量，克服了现今仅仅以二维形貌检验表面质量的主观性与片面性。
- 详细介绍：
- 本系统设计目的在于克服传统材料表面质量检验方法的不足，克服从一幅二维图像形貌以面代体进行宏观检验的片面性和主观性，克服材料表面的一幅二维图像丢失其表面层第三维的弊端，针对一幅材料表面的灰度数字图像，提供一种基于现代数字图像技术构建材料表面层三维宏观形貌的系统。本系统依据指导教师的发明专利(一种基于数字图像技术构建金属表面层三维宏观形貌的方法)，利用MATLAB软件编程,实现了在计算机上运行的三维形貌构建系统及其用户界面，并将原发明专利的应用范围从金属表面层扩大到一切材料的表面层。 其技术关键是从材料表面的一幅二维数字图像的灰度差信息,提取材料表面层凸凹的高度差信息，设计出材料表面的图像灰度～材料表面层凸凹高度的映射关系模型，编制成在计算机上运行的三维形貌构建系统。该系统的关键技术是材料表面的图像灰度值～材料表面层凸凹高度值的映射关系模型 ～ 的确立和系统设计，即： 式中： 是材料表面图像的灰度值， 是材料表面层凸凹的高度值， 为该材料的比例常数。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本系统补充了传统的材料表面质量检验技术，配用于做宏观分析的肉眼或者低倍放大观察的二维图像分析的检验方式，分析生产中出现的各类材料不同加工制件的表面质量，面对多种多样材料表面二维形貌的图像，创造性地开始了三维表面质量检验技术，以表面三维宏观形貌重新认识、快速检验各种材料切削加工层、表面处理层质量，克服了现今仅仅以二维形貌检验表面质量的主观性与片面性，不仅适合初学者快速掌握应用，而且适合研究者进一步探讨各类材料表面及其缺陷的三维空间形态，大大提高了检验质量和生产效率。可广泛应用于工厂企业的质检分析、科研院所的材料研究和大专院校的专业教学。
科学性、先进性
- 本系统应用于在材料表面质量检验技术的领域，与传统检验技术相比具有如下特点：①对输入计算机的材料表面的二维灰度图像，不论用数码相机拍摄，还是将照片加以扫描，都能够在我们编制的三维形貌构建系统中快速转换，瞬间完成；②三维形貌图像中材料表面层凸凹与缺陷得到客观显示、立体感强、视角可变，易于测量；③无污染，投入少，成本低；④操作简便，易学易用，便于普及；⑤三维形貌图像不仅反映传统二维材料表面的信息，而且反映材料表面层凸凹与表面缺陷第三维的高度信息。
获奖情况及鉴定结果
- 该应用开发系统所依据的方法，被中华人民共和国知识产权局授予保护权，2009年6月3日颁发了发明专利证书。专利号 ZL200710018542.1。
作品所处阶段
- 已授国家发明专利权，正进行开发应用
技术转让方式
- 同意专利技术转让或者购买应用软件系统
作品可展示的形式
- 磁盘和现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本系统补充了传统的材料表面质量检验技术，配用于做宏观分析的肉眼或者低倍放大观察的二维图像分析的检验方式，分析生产中出现的各类材料不同加工制件的表面质量，面对多种多样材料表面二维形貌的图像，创造性地开始了三维表面质量检验技术，以表面三维宏观形貌重新认识、快速检验各种材料切削加工层、表面处理层质量，克服了现今仅仅以二维形貌检验表面质量的主观性与片面性，不仅适合初学者快速掌握应用，而且适合研究者进一步探讨各类材料表面及其缺陷的三维空间形态，大大提高了检验质量和生产效率。可广泛应用于工厂企业的质检分析、科研院所的材料研究和大专院校的专业教学。
同类课题研究水平概述
- 材料表面质量的检验在金属材料制品行业具有举足轻重的地位，其表面质量直接关系到整个产品的质量，例如：表面层的粗糙度，表面处理层的薄厚、均匀度及其光亮度，特别是表面缺陷的定性分析与定量检测，直接关系到制件合格与否，影响到产品寿命与早期失效。在工业现场通常是凭肉眼或者低倍率放大的方式观测材料表面，并且用相机记录下其表面的宏观形貌。实际上，仅仅凭材料表面的一幅二维图像无法对材料表面层凸凹的垂直深度做出估量，因为它丢失了其表面层第三维高度的信息，进行的仅仅是平面宏观形貌分析而不是立体宏观形貌分析。为了能观察到材料表面层的三维宏观形貌，目前往往在装有双目镜的实体显微镜下观察材料样品的表面，但实体显微镜的平面鉴别度比较低，放大倍率也不高；昂贵的电子显微镜扫描金属样品的表面层可以获得高清晰度、高放大倍率的成像，图像有浮雕感，但扫描电镜的观察范围比实体显微镜更小，属于微观分析，而且切割取样同样会破坏制品，很难逐一取样对金属制件的整个表面进行检验。因此，按照传统的宏观分析方法，专业技术人员用普通照相机记录下整个材料表面的宏观形貌，特别是缺陷部位的二维图像是很有必要的。本成果从材料表面的一幅二维宏观图像的灰度差映射其表面层凸凹的高度差，利用数字图像处理技术构建其三维宏观形貌，有利于专业检验人员从三维空间全方位检验材料表面质量。经检索，在材料表面质量检验技术的领域至今没有与本成果相同的方法。 我们的指导教师厉树忠教授的一项国家发明专利《数字图像技术构建金属表面层三维宏观形貌的方法》，去年被授予专利权，急需开发成应用系统与用户见面，在这种背景下，本成果依据指导教师的方法，进一步 设计成可供用户使用的开发系统，目前该领域暂无同类产品。该系统使用时，用数码相机对准材料表面的目标区域摄制出一幅数字图像；或者将一幅材料宏观表面的照片用扫描仪转换成数字图像；要求图像JPEG格式、256色灰度，图像分辨率为400～600 DPI，图像中目标的框选区大小为1kb～1Mb。将上述材料表面的灰度数字图像输入计算机，在Windows XP操作系统和Matlab语言开发的用户界面下，启动本成果根据上述发明编程的三维形貌构建系统，实施对框选区的三维图像构建和显示，最终以JPEG格式存储这幅三维图像，即可完成对金属表面二维灰度图像的三维实时转换。
