Görüntü Analizin Temelleri Görüntü analizi optik mikroskop, stereo mikroskop, SEM vb. gibi herhangi bir kaynaktan elde edilmiş görüntüler üzerinde geometrik ve densitometrik ölçümler yapan bir bilim dalıdır. Bu teknik alışılagelmiş adıyla kantitatif metalografi olarak adlandırılır. Kantitatif Metalografi nin amacı, üretim bilgisi ile mikroyapıyı düzenlemek ya da mikroyapıdan yola çıkarak, özelliklerin nicel değerlerini formüle etmek için veri toplamaktır. Bu işlem optik ve elektron mikrograflar ile başarılı bir şekilde gerçekleştirilir.
Görüntü Analizin Temelleri Mikroyapının sayısal ifadesi için aşağıdaki olasılıklar bulunmalıdır : (1) Özgül yüzey, İki boyutlu düzlemsel boyut dağılımı, alansal % dağılım gibi iki boyutlu parametrelerle tanımlama. (2) Şekil ve matematiksel morfoloji parametrelerini içeren kompleks iki boyutlu belirleme. (3) Steorolojik parametrelerle üç boyutlu belirleme: İki boyutlu ölçümlerden dönüştürülerek elde edilen Hacım Oranı, Uzaysal Boyut Dağılımı, Özgül Yüzey Alanı gibi parametreler. (4) Doğrudan üç boyutlu geometriden özel cihaz ve tekniklerle belirleme.
Görüntü Analizin Temelleri Mikrograflardan ya da parlatılmış kesitlerden veri temini için üç yöntem bulunmaktadır. (1) Nokta Sayma: Belli sayıda nokta içeren bir ağ, numunenin üzerine yerleştirilerek ölçülen fazı kesen noktalar sayılır. (2) Çizgisel Analiz: Bir köşegen boyunca, köşegenin kestiği tane ya da faz sınırları sayılır. (3) Alan analizi: Bu yöntemde, belirli bir alan içerisinde bulunan faz ya da taneler sayılır ya da alanları ölçülür.
Görüntü Analizin Temelleri Şekil 6.1. Parlatılmış yüzeylerde görüntü analiz veri tanımlanmasının değişik olanakları.
Görüntü Analizin Temelleri Görüntü analizinde kullanılan kavramlar V: Hacim (Volume), S: Yüzey, uzaydaki (Surface), A: Alan, kesitin ya da mikrografın (Area), L: Çizgi (Line), P: Nokta (Point), N: Sayı (Number).
Görüntü Analizin Temelleri Görüntü analizinde kullanılan kavramlar 0 1 0 0 1 0 0 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( P b P b P m A b N b N L b L b L m V b S b S V b V b V p L A v v b fazının hacim oranı, birim numune hacminde b fazının yüzey alanı, birim uzunlukta b fazını kesen ölçü krişi uzunluğu, birim alanda b fazının sayısı, birim nokta sayısında b fazına değen nokta sayısı.
Görüntü Analizin Temelleri Şekil 6.2. Tek ve çift fazlı mikroyapılarda alan ölçü parametreleri.
Görüntü Analizin Temelleri Şekil 6.3. Objeye özgü birkaç ölçü parametresi.
Görüntü Analiz Yöntemleri Görüntü analizinde kullanılan yöntemler (1) Karşılaştırma yöntemleri (standart çartlar) (2) Sayma ve ölçme teknikleri
Görüntü Analiz Yöntemleri Karşılaştırma Yöntemleri Kalite kontrol, bir malzemenin spesifikasyonlarına haiz olup olmadığının hızla belirlenmesi kapsar. Niceliğin tahmininde, boyut ve şekil genellikle yeterlidir. 1930 larda geliştirilen karşılaştırma yöntemleri mikroskop altında ya da mikrograflar üzerinde, en önemli yapısal özelliklerin sistematik değişkenler üzerinden karşılaştırılmasını öngörür. Standart çartlar olarak bilinen görüntü tabloları için standartlar, İsveç (Jern Kontoret), ABD (ASTM), Almanya (SEP, DIN) ve Rusya (GOST) gibi endüstriyel pek çok ülkede hazırlanmıştır. Aynı zamanda ISO ve EURONORM gibi uluslararası standartlar da bulunmaktadır.
Görüntü Analiz Yöntemleri Şekil 6.4.Standart bir görüntü tablosunda metalik olmayan kalıntı karakterizasyonu.
Görüntü Analiz Yöntemleri Şekil 6.5. Tane boyutu belirlemesi için ölçü okularları.
Görüntü Analiz Yöntemleri Sayma & Ölçme Teknikleri Kalitedeki gelişimin bir sonucu olarak kaba gradasyonlu standart çartlar hassas sonuçlardan uzaklaşmıştır. Veri, görsel olarak ya mikroskoba takılan uygun bir ölçü gözü ya da buzlu cam ekranı ölçü-ağı ile ya da uygun bir ölçü-ağı kullanılarak bir mikrograftan saptanır.
Görüntü Analiz Yöntemleri Şekil 6.6. Düz çizgili ve dairesel ölçü ağları.
Görüntü Analiz Yöntemleri Şekil 6.7. Çizgi ve nokta paternli ölçü ağları.
Görüntü Analiz Yöntemleri Şekil 6.8. Dökme demir mikrografı üzerinde düz çizgili serili ölçü ağı.
Otomatik Görüntü Analiz Cihazları Günümüzde kullanılan görüntü analiz cihazları dijital olarak çalışır ve görüntüler fotoğrafik noktalardan (pixel) oluşmaktadır. Arzu edilen gri seviyenin eldesinden sonra görüntü hem beyaz, hem siyah noktalar olarak saptanır. Basit otomatik sistemlerde operatör, yapısal bileşimde hangi fazların bulunduğuna karar verir ve dedeksiyonu ayarlar. Ölçümlerde, sayma ve kayıt etme, bilgilerin işlenmesi ve biriktirilmesi mekanik ve elektronik ekipmanlarla sağlanır. Otomatik görüntü analizinin kullanım nedeni, ölçüm hızının yarı otomatik cihazlara göre arttırılması ve tanecik tanımasının daha belirgin bir hale getirilmesidir.
Analog/ Digital Çevremizde duyularımızın algıladığı herşey analog olarak ses veya ışık biçimindedir. Bunları analog olarak kaydetmek ve saklamak güçtür (Örneğin kasete kaydetmek). Bunun yerine analog sinyaller sayılara dönüştürülerek dijitize edilir. Bu halde saklamak daha kolaydır (Bir flash belleğe kaydetmek gibi). Kayıt sırasında hata oluşmadıkça, dijital bilgiler kayıpsız ve gürültüsüzlerdir.
Dijitize etmek (Sayısallaştırmak) Bir şeyi sayılarla ifade edilecek hale dönüştürme işlemine dijitize etmek denir. Dijitize etmek için küçük birimler tanımlamak gerekir. Bir görüntüyü sayısallaştırmak için görüntü basitçe piksel adı verilen küçük birimlere ayrılır. Bu birimler ne kadar küçük ise çözünürlük de o kadar yüksektir. Bir sonraki adımda, piksellerin içeriğinin tanımlandığı örneklendirme (sampling) gelir. Her bir pikselin ne kadar dolu olduğu ölçülür ve buna göre bir değer verilir. Bu işleme ise nicelleştirme (quantizing) denir. Sonuçta ise her bir değer toplu bir halde kaydedilir.
Şekilde bize tamamen siyah ve beyaz piksellerden oluşan bir görüntü verilmiştir. Burada siyah için 0 beyaz için 1 değeri nicelendirilmiştir. Ortaya çıkan bu görüntüye 1-bit lik görüntü denir.
Bir piksel içerisinde daha fazla bilgi saklanabilir. 0 ve 1 içeren bir pikseller en düşük dinamik aralığa (dynamic range) sahiptir. Daha fazla bilgi ile renk derinliği artırılabilir. Örneğin burada 256 farklı gri ton içreren 8-bitlik bir görüntü görülmektedir (2 8 =256). Renkli görüntüler için ise 24-bitlik görüntü elde edilmelidir. Böylece görüntü 16 milyon farklı renk tanımlanmış piksellerden oluşur. Her 1, 8 ve 24 bitlik görüntüler için farklı dosya boyutlarının oluşma nedeni de budur.
Sonuç olarak, dijitize edilmiş bir görüntünün kalitesini belirleyen iki önemli faktör vardır: Çözünürlük (her pikselin ne kadar küçük olduğu ve bunların toplam sayısı) Dinamik aralığı ( her pikselin içinde ne kadar geniş renk seçeneği olduğu). Ancak bunların dışında da (kameranın lens kalitesinden yazılımın sıkıştırma türüne kadar) başka faktörler vardır.
Numune Alma & Hazırlama Malzemenin mikroyapısının incelenen bir kesit üzerinde ölçülerek kazanılan paremetrelerin saptanması için ön koşul, bu kesit düzleminin incelenmekte olan tüm numuneyi temsil etmesidir. Bu koşul sadece alışılagelen kesit boyutlarındaki homojen malzemeler için ve onların mikroyapıları için geçerlidir. Gerçekte üretime bağlı olarak malzemeler dikine ve uzunlamasına kesitlerinde, hem kimyasal analiz hem de mikroyapı karakteristiği açısından farklılıklar gösterirler. Yeterli bir sonuç elde edilmesinin istendiği durumda numune almanın istatiksel yönü çok önemlidir. Amaca uymayacak şekilde büyük bir parçadan rastgele alınmış bir numunenin nitel analizinin doğal olarak hiç bir değeri yoktur.
Numune Alma & Hazırlama Aşağıda sıralanan numune hazırlama ve optimal görüntü analizi için üç koşul ortaya çıkar. (1) Ayırd edilebilen tüm fazlar aynı kesit üzerinde olmalıdır, yani kesit yüzeyi üç boyutlu yapıyı temsil edebilecek bir düzlemde hazırlanmalıdır. (2) Kesit hazırlarken mikroyapı karateristiğinde herhangi bir değişim olmamalıdır. (3) Ölçülecek fazların kontrast açısından matriksten berlirgin bir şekilde ayırdedilebilmesi gerekir. 1 eşitliğine göre bu kontrastın 0.3 daha da iyisi 0.5 olmalıdır.
Numune Alma & Hazırlama Şekil 6.9. Perlitik yapıda dağlama sonucu şematik görünüm. a) doğru değer, b) kuvvetli rölyef nedeniyle ölçülen değer.
Numune Alma & Hazırlama Şekil 6.10. Dökme demir mikroyapısı, metalografik hazırlamada kısmen kırılmış grafitler. Şekil 6.11. Dökme demir mikroyapısıyla, metalografik olarak kusursuz hazırlanmış.
Numune Alma & Hazırlama Şekil 6.12. Otomat çeliğinde sülfür kalıntıları. Şekil 6.13. Düşük karbonlu çeliğin mikroyapısında metalografik hazırlamadan kaynaklanan çizikler.
Numune Alma & Hazırlama Şekil 6.14. Polarize ışık mikroskobu görüntüsü.
Numune Alma & Hazırlama Şekil 6.15. Takım çeliği mikroyapısı.
Numune Alma & Hazırlama Şekil 6.18. Aşırı dağlanmış ferritik-perlitik mikroyapı. Şekil 6.19. Düşük karbonlu çeliğin mikroyapısı.
Numune Alma & Hazırlama Şekil 6.21. Çok fazlı malzemede otomatik analiz için ideal mikroyapı görüntüsü. Şekil 6.22. Çok fazlı malzemede otomatik analiz için ideal mikroyapı görüntüsü.
Numune Alma & Hazırlama Şekil 6.23. Çok fazlı malzemede otomatik analiz için ideal mikroyapı görüntüsü.
Malzeme Biliminde Uygulamaları Malzeme bilimi üzerine yapılan çalışmalarda, fazlar, dislokasyon yoğunluğu ve tane boyutu gibi mikroyapısal özeliklerin miktarları ve boyutlarıyla malzeme özelikleri arasındaki ilişkilerin araştırılması önemli bir yer tutmaktadır. Mikroyapıdaki fazların boyutları, şekilleri (morfolojileri) dağılımları, tane boyutları gibi özellikler mekanik özellikleri ciddi oranda etkiler.
Malzeme Biliminde Uygulamaları Mikroyapı Fazlarının Miktarsal Belirlenmesi Yapıda bulunması muhtemel fazların ilgili malzemenin mekanik, fiziksel, vb. gibi çeşitli özelikleri üzerinde önemli etkisi bulunmaktadır. Kimyasal bileşimine göre veya üretim biçimine ele alınabilecek bütün malzemelerde mikroyapıda bulunması muhtemel fazların o malzemenin özeliklerine etkisi kaçınılmazdır.
Malzeme Biliminde Uygulamaları Tane boyutunun belirlenmesi Tane boyutu veya kabalaşma miktarı ilgili malzemenin mekanik özelikleri üzerinde en etkili olan parametrelerdir. Metallerde akma mukavemetinin tane boyutu ile olan ilişkisi (Hall-Petch bağıntısı) ile perlit lamelleri ara mesafesi olan ilişkisi ve sertliğin tane boyutu ile olan ilişkisi iyi bilinen bağıntılardır. K y 0 : akma mukavemeti, d H 0 H 0 K s L K H d 0: tane içindeki dislokasyonların hareketine karşı sürtünme gerilimi, Ky, KH, Ks: sabit değer (eğim), d: tane boyutu, L: perlit lamelleri ara mesafesidir.