Программное обеспечение для количественного анализа изображений NEXSYS ImageExpert Pro 3 и NEXSYS ImageExpert Sample 2

Пакет программ в составе NEXSYS ImageExpert Pro 3 и NEXSYS ImageExpert Sample 2 позволяет решать практически все существующие задачи количественного и качественного анализа материалов.

NEXSYS ImageExpert Pro 3 представляет собой интеграцию современных технологий по обработке изображений, созданных на базе мощных математических методов и проверенных на практике на более чем полусотне промышленных предприятий и научных центров в России и за рубежом.

Решаемые задачи

Анализатор позволяет получать широкий спектр геометрических параметров элементов структуры, к наиболее важным из которых можно отнести

• процентные доли составляющих
• площади
• периметры
• минимальные, максимальные и средние диаметры
• параметры формы и вытянутости объектов
• характеристики распределения объектов (в том числе ареальные диаграммы и диаграммы свободных расстояний, гистограммы межцентровых расстояний и расстояний между объектами)
• характеристики анизотропии структур
• и многое другое.

Получаемые характеристики доступны как для каждого объекта в отдельности, так и в виде их статистической подборки. Анализатор позволяет представлять полученные распределения параметров в соответствии с требованиями российских и международных стандартов.

Являясь универсальным инструментом, NEXSYS ImageExpert Pro 3 использует настройки стандартов не только включённые в поставку, но и позволяет пользователям самостоятельно настраивать анализатор на работу в соответствии с требованиями нужной нормативной документации. Поэтому области применения программы не ограничиваются простым перечислением решаемых задач, к наиболее часто встречающимся из которых можно отнести следующие:

Стандартные задачи количественной металлографии

• анализ загрязнённости неметаллическими включениями (ГОСТ 1778-70, 21022-75, 801-78 / DIN 50602)
• анализ морфологии графитовых включений, доли фазовых составляющих (ГОСТ 3443-87 / ASTM A536, A48)
• величина зерна в сталях и цветных металлах (ГОСТ 5639-82, 21073.1-75 / ASTM E112, DIN 50601)
• определение содержания α–фазы (ГОСТ 11878-66)
• анализ микроструктуры сталей (ГОСТ 8233-56)
• анализ подшипниковой стали (ГОСТ 801-78)
• анализ микропористости (ГОСТ 9391-80, 801-78)
• анализ глубины обезуглероженного слоя (ГОСТ 1763-68)

Стандартные задачи биологии и медицины

• реализация принципа послойной микроскопии
• гранулометрический анализ порошков
• анализ биологических клеточных структур
• подсчёт колоний бактерий
• анализ количества и морфологии клеток
• построение и анализ эритроцитарной гистограммы
• морфологический анализ тромбоцитов крови
• анализ морфологии гистологических срезов (процентное соотношение, ареальная гистограмма, гистограмма межклеточного пространства и т.д.)

Для выделения структурных составляющих получаемых изображений с целью их дальнейшего анализа пред- назначен многофункциональный набор фильтров и инструментов, оптимальное сочетание которых позволяет решать большинство задач количественного анализа при минимально возможном использовании ручных операций. Ещё на стадии предварительной обработки они позволяют, например, восстановить резкое изображение из ряда частично-резких, устранить дефекты освещённости шлифа, усилить чёткость мелких деталей. Результат работы основных фильтров отображается динамически, что позволяет оператору точно определить оптимальные настройки по живому изображению. На заключительных этапах обработки можно автоматически разделять слипшиеся частицы, восстанавливать сетку границ, удалять поры и граничные объекты, и многое другое.

Отчётная документация

На основании проведённого анализа формируется автоотчёт в формате Microsoft Word, включающий исходные и обработанные изображения с масштабными отрезками и рассчитанными увеличениями, статистику и детальные результаты измерений, гистограммы распределения параметров, текстовые вставки и логотипы. Программа позволяет пользователю самостоятельно создавать шаблоны автоотчётов под любые задачи и в соответствии с требованиями нормативной документации конкретного предприятия.

Система ввода изображений

Анализатор поддерживает как цифровые видеокамеры, так и аналоговые телекамеры с платой захвата (все устройства должны соответствовать стандарту драйверов Windows WDM или TWAIN). Мастер съёмки в программе отображает «живое» изображение структуры образца на экране компьютера, позволяя выбирать поле зрения, настраиваться на резкость и сохранять требуемые кадры в виде файлов изображений для последующего анализа.

Калибровка комплекса

Для проведения измерений в реальных единицах и возможности представления результатов в соответствии со стандартами производится калибровка комплекса. Калибровка осуществляется для каждой возможной оптической схемы единожды, так что при ежедневной работе оператору достаточно правильно указывать тип используемого объектива. Исключением является применение цифровых фотокамер с несменным ZOOM-объективом — в этом случае калибровка требуется для каждого сеанса работы фотоаппарата.

Автоматизация анализа

Программа проектировалась с учётом возможной автоматизации анализа при сохранении максимальной достоверности получаемых результатов, так как оператор на любом этапе анализа может контролировать проводимые преобразования. Анализатор позволяет сохранять настройки всех сложных фильтров и мастеров для их быстрого повторного использования. Для упрощения работы все операции с файлами скрыты от пользователя.

Мощным средством автоматизации является групповая обработка. В этом режиме, работая с одним изображением, оператор обрабатывает сразу серию полей зрения исследуемого объекта, получая в итоге его интегральные характеристики в целом при сохранении детальной информации.

Данный программный продукт проектировался исходя из принципа минимизации ручной работы оператора. На практике, нередко встречаются ситуации, когда сложные для анализа структуры не могут быть адекватно распознаны и просчитаны программами аналогичного назначения. Но даже в таких ситуациях, NEXSYS ImageExpert Pro 3 способен обеспечить правильные результаты за счёт применения полуавтоматических методов. Типичный пример в металлографии — слабо выраженная структура границ зерна. Если оператор способен различить визуально хоть некоторые из нужных элементов изображения — задача может быть решена. Не тривиальным может стать фазовый анализ эвтектических структур с взаимно проникающими структурными элементами, или определение фаз по границам зёрен, когда граница и фаза представляют собой одно целое.

Программа для качественного анализа структур методом сравнения с эталонами NEXSYSImageExpert Sample 2

Использование этого пакета программ позволяет решать практически все возникающие перед пользователями задачи. Создание анализатора NEXSYS ImageExpert Sample 2 продиктовано стремлением упростить и автоматизировать анализ различных структур в тех случаях, когда нормативная документация предполагает визуальное сравнение поля зрения со шлифа с предоставляемыми эталонами или размерной сеткой.

В настоящее время существуют простые и надёжные способы компьютерного документирования, как изображений, так и любой деловой и производственной информации. В связи с этим, NEXSYS ImageExpert Sample 2 предоставляет возможность хранить в компьютере все требуемые эталонные шкалы, получать и сохранять изображения структур со шлифа, наблюдать на экране монитора одновременно анализируемую структуру и эталон, назначая этой структуре соответствующий балл и, наконец, накапливать статистику и формировать отчёт по серии полей зрения.

В случае работы программы на режимных предпри- ятиях, эталонные шкалы могут представлять секретную информацию. Анализатор позволяет хранить и использовать такие шкалы в закодированном состоянии, что делает невозможным их просмотр посторонними лицами при отсутствии персонального электронного ключа защиты.

Обязательная процедура калибровки аппаратно-программного комплекса обеспечивает адекватность при анализе. При этом в ходе анализа пользователю не обязательно обеспечивать требование стандарта о рабочем увеличении, так как программа автоматически согласует размеры анализируемого и эталонного изображения. Если при сравнении одномасштабных изображений их внешние размеры значительно отличаются, достаточно перейти при съёмке на использование другого объектива.

В случае использования видеокамер, увеличение, как правило, определяется только выбором объектива, поэтому калибровка проводится однократно для каждой конфигурации, и при ежедневной работе оператору достаточно выбрать соответствующий объективу пункт меню масштабов с предварительно сохранённой калибровочной информацией. Применение цифровых фотокамер с ZOOM-объективами без фиксированных положений для использования в комплексе с микроскопом нежелательно, так как при очередном включении фотокамеры практически невозможно установить положение ZOOM, аналогичное предыдущему сеансу и, следовательно, требуется про- водить калибровку системы при каждом включении аппарата. Кроме того, из-за невозможности вживую наблюдать изучаемую структуру на экране монитора теряется динамичность и наглядность анализа.

Комплекты эталонных шкал стандартов поставляются для конкретного пользователя отдельно от программы анализа. Все предлагаемые комплекты эталонов отличаются высоким качеством и полностью соответствуют оригинальным печатным шкалам. Наряду с поставляемыми готовыми шкалами стандартов, пользователь имеет возможность формировать в программе комплект эталонов самостоятельно на основе требуемой нормативной документации.

В настоящее время доступны следующие стандарты:

• ГОСТ 801-78 Сталь подшипниковая. Технические условия.
• ГОСТ 1435-99 Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали.
• ГОСТ 1778-70 Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений.
• ГОСТ 3443-87 Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры.
• ГОСТ 5639-82 Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна.
• ГОСТ 5640-68 Сталь. Металлографический метод оценки микроструктуры листов и ленты.
• ГОСТ 5950-2000 Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали.
• ГОСТ 8233-56 Сталь. Эталоны микроструктуры.
• ГОСТ 9391-80 Сплавы твёрдые спечённые. Методы определения пористости и микроструктуры.
• ГОСТ 11878-66 Сталь аустенитная. Методы определения содержания ферритной фазы в прутках.
• ГОСТ 19265-73 Прутки и полосы из быстрорежущей стали. Технические условия.
• ГОСТ 21022-75 Сталь хромистая для прецизионных подшипников. Технические условия.
• ГОСТ 21073.1-75 Металлы цветные. Определение величины зерна методом сравнения с эталонами.
• ГОСТ 26492-85 Прутки катанные из титана и титановых сплавов. Технические условия.
• ГОСТ Р ИСО 4967-2015 Сталь. Определение содержания неметаллических включений. Металлографический метод с использованием эталонных шкал.
• ASTM E112-96 (2004) Металлы. Методы определения среднего размера зерна.

На основе проведённого сравнительного анализа формируется отчёт, включающий статистические параметры, гистограммы распределения в терминах требуемого стандарта, а также исходное изображение с мерным отрезком и печатным увеличением. Отмеченные оператором элементы экспортируются в документ Microsoft Word, что позволяет перед выводом на печать вносить в него необходимые комментарии и производить окончательное форматирование в соответствии с требованиями нормативной документации конкретного предприятия.

Возможность использования программы определяется наличием у пользователя системы получения и ввода графических изображений с микроскопа в компьютер. NEXSYS ImageExpert Sample 2 поддерживает как цифровые видеокамеры, так и аналоговые телекамеры с платой захвата (все устройства должны соответствовать программному интерфейсу Microsoft DirectShow или TWAIN). Мастер съёмки в программе отображает «живое» изображение шлифа на экране компьютера, избавляя пользователя от зрительной нагрузки при попеременном просмотре эталонной структуры на плакате и реального изображения в окуляре микроскопа. Это особенно важно при долговременной работе.

Анализатор имеет удобный и единый интерфейс, свойственный серии программ NEXSYS ImageExpertтм третьего поколения, что позволяет сократить до минимума время на обучение и делает работу с ним комфортной. Для функционирования программы требуется наличие USB порта для подключения электронного ключа защиты и USB 2.0/3.0 для подключения видеокамеры. Для формирования отчётов должен быть установлен Microsoft Word.