船用缸套材料磨合表面评价的Ostu图像分割研究.pdfVIP

船用缸套材料磨合表面评价的Ostu 图像分割研究 何鸿，关德林 大连海事大学轮机学院，辽宁大连（116026 ） E-mail ：hehong@163.com 摘 要：本文利用基于Ostu 法的图像分割，对在CD40 润滑油中以不同转速进行模拟磨合试 验的船用缸套材料表面形貌进行二值化分割，利用图像中高灰度区域所占的比例 R 对磨合 表面质量的优劣进行评价。并模拟了不同亮度和对比度图像，验证了 Ostu 法图像分割的稳 定性及结果的可靠性。试验结果表明，对磨合表面图像基于Ostu 法的二值化分割可以半定 量或定量地评价磨合表面质量，图像的亮度，对比度对评价结果影响极小。 关键词：磨合；船舶柴油机；缸套；表面形貌；图像分割 0 引言 船舶柴油机良好的磨合能保证其运营期间正常高效运行，目前对船舶柴油机磨合的评定 方法主要是油液检测，表面形貌分析等[1] 。油液检测用光谱分析、铁谱分析以及颗粒计数间 接反应摩擦表面磨损状态。表面形貌分析则借助于表面粗糙度测量，扫描电镜观察。为了更 [2,3] 准确地评定磨损表面，近年来诸多学者对表面特征参数的提取及分析进行了大量研究 。 图像的二值化处理已经广泛用于医学，气象和航天测绘等领域[4-6] ，在材料表面形貌分 析上的应用还甚为少见。研究表明，材料表面的灰度信息可以详细地反映其表面形貌，甚至 可以根据其二维灰度矩阵模拟出三维表面形貌。本文利用Matlab 实现了Ostu 最大类间方差 确定阈值的算法，对在不同转速下磨合的缸套表面进行二值化图像分割，进而对其磨合质量 做出评价。 1 方法与原理 材料表面图像的凸凹不平在灰度图象上反映为灰度等级的不同。以摩擦副表面为例，相 互接触的区域经过一定时间的磨合后，表面会光洁平整，在灰度图象上呈现为高灰度等级的 高亮区域；而没有接触的磨擦副表面则显示为低灰度等级的暗黑区域。所以，在一幅灰度图 象中，如果高亮区比例多，则表面平整。在此，将高亮区所占整个图像区域的比例 R 称为 支撑比。 按照Otsu[7-9]提出的最大类间方差法(也称为大津方法) ，将图像按灰度值T 分为两类：C0 类（灰度级为0 到T ）和C 类（灰度级为T+1 到L-1 ）。那么C 类和C 类出现的概率，均 1 0 1 值和均方差分别为： T ⎫ w P (C ) ∑p w(T ) 0 r 0 i ⎪ i 0 ⎪ L −1 ⎬ （1） ⎪ w P (C ) ∑P 1−w(T) 1 r 1 i ⎪ i T +1 ⎭ T ⎫ µ ∑ip / w µ(T ) / w(T) 0 i 0 ⎪ i 0 ⎪ L −1 ⎬ （2 ） µ ∑ip / w µ−µ(T ) ⎪ 1 i T +1 i 1 1−w(T ) ⎭⎪ 式中： -1- T L −1 µ(T ) ∑ipi