Page 27 - 理化检验-物理分册2024年第七期
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王晓东，等：影响全自动夹杂物分析系统识别效果的因素
图像中的最小像素尺寸由放大倍数和图像分辨 描时被遗漏的问题，因此在设定时需要进行综合考
率共同决定，当像素尺寸较小时，试样会被密集扫 虑。不同像素尺寸的夹杂物识别效果如图2所示， 图
描，提高了对试样中夹杂物的检测能力，但会延长 中虚线框为单个像素点，点为单个束斑，圆形为夹杂
SEM图像的抓取和识别时间。当像素尺寸较大时， 物。当识别夹杂物为球形时，夹杂物识别概率F的
扫描效率提高，但会存在因夹杂物过小而导致在扫 计算方法如式（1）所示。
图 2 不同像素尺寸的夹杂物识别效果示意
xz
Fx π*( + ) 2 （1） 的识别准确度。对帘线钢试样同一区域进行采集，
( )=
y 2 设置基体 Fe 的灰度为 200，参比 Al 的灰度为 60，
式中：x为球形夹杂物半径；y为单个像素点边长；z 不同阈值下夹杂物的统计结果如表 2 所示。由表 2
为扫描电镜束斑半径。 可知：当夹杂物判定阈值为 0~160 时 （试样编号为
可根据测试所需的最小尺寸夹杂物计算像素点 STD），检出的夹杂物数量为 1 977 个；扩大夹杂物
边长，当F≥1时即可保证所有夹杂物均被识别。束 判定阈值为 0~170（试样编号为 Con-60-200-170）
斑半径相比于像素点边长非常小，通常可忽略。因 时，检出的夹杂物数量为2 076个，说明阈值过窄会
此，当检测尺寸大于1 μm时，夹杂物所需最小像素 导致检测时遗漏部分夹杂物；进一步提高判定阈值
边长为0.886 μm，对应放大倍数和图像分辨率分别 至 180（试样编号为 Con-60-200-180），检出的夹杂
为221倍和512像素×512像素。 物数量与阈值为0~170时类似，但测试时间大大延
2.2 灰度和阈值设置对夹杂物统计分析结果的 长，归因于部分噪点会被误判为备选夹杂物，需要
影响 额外的识别时间；缩小判定阈值为 0~150（试样编
灰度和阈值设置决定了系统对图像中夹杂物 号为Con-60-200-150），识别能力下降，检出的夹杂
的划分，设置合适的灰度和阈值有利于提高夹杂物 物数量减少。
表2 不同阈值下帘线钢试样中夹杂物统计结果
试样编号 总数/个 阈值与参比灰度差 阈值与基体灰度差 灰度差异比 检测时间/min
STD 1 977 100 40 2.5 43
Con-60-200-150 1 762 90 50 1.8 35
Con-60-200-170 2 076 110 30 3.7 45
Con-60-200-180 2 090 120 20 6.0 68
当设置夹杂物判定阈值为0~170时，不同基体- 杂物的统计结果如表4所示。由表4可知：当基体-
参比灰度下夹杂物的统计结果如表3所示。由表3 参比灰度为180-40，判定阈值为0~150（试样编号为
可知：当基体-参比灰度为190-60（试样编号为Con- Con-40-180-150）时，或是当基体-参比灰度为 210-
60-190-170）时，检出的夹杂物数量与试样Con-60- 50，判定阈值为 175（试样编号为Con-50-210-175）
200-170相同，而当基体-参比灰度为200-80（试样编 时，两试样得到的统计结果与试样Con-60-200-170、
号为Con-80-200-170）时，检出的夹杂物数量较少。 Con-60-200-180均相同。
协同改变基体-参比灰度和夹杂物检出阈值，夹 由此可知，当改变基体 - 参比灰度时，夹杂物
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