Determinação do tamanho de grão no ImageJ

Nesta postagem, divido com todos o meu Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia Mecânica que foi focado na obtenção de um método para medição automática do tamanho de grão de aços ferríticos. O trabalho compreende uma revisão bibliográfica sobre o programa ImageJ, análise de imagens, metalografia e a norma ASTM E-112; as referências bibliográficas podem servir para trabalhos na área.

O título do trabalho é "DETERMINAÇÃO DE TAMANHO DE GRÃO DE AÇOS VIA SOFTWARE PARA ANÁLISE DE IMAGEM E COMPARAÇÃO COM MÉTODO MANUAL".

A seguir, o resumo do trabalho:

Um método automático para medição do tamanho de grão de aços ao carbono e baixa liga foi implementado utilizando o programa de análise de imagens ImageJ. As amostras utilizadas foram escolhidas de modo a serem representativas de materiais comumente utilizado na indústria. A análise foi realizada de acordo com a norma ASTM E 1382, com o método de contagem de intersecções, utilizando os três círculos de Abrams, e os resultados foram confrontados com os obtidos na análise manual, utilizando o mesmo método, conforme descrito na norma ASTM E 112. A etapa de detecção dos contornos de grão foi realizada automaticamente pelo programa, e uma etapa opcional de ajuste manual do resultado da identificação dos contornos foi implementado. O método automatizado sem ajuste manual apresentou resultados coerentes com os obtidos através do método manual, para amostras contendo baixo teor de inclusões e poucas partículas de segunda fase dispersas na matriz. As amostras com maior quantidade de partículas e inclusões geraram resultados com desvios de até 0,8 unidades nos valores de tamanho de grão, G. A introdução do ajuste manual gerou resultados dentro dos parâmetros de repetibilidade e reprodutibilidade apontados pela norma. Os resultados indicam que o método automático sem ajuste de resultados pode ser utilizado desde que os materiais analisados não apresentem elevado nível de inclusões e precipitados na matriz. O ajuste dos resultados da etapa de segmentação das imagens amplia o campo de utilização do método para todos os materiais testados.

Segue o arquivo para baixar:

https://www.dropbox.com/s/va0oy41tykewssl/TCC%20Alexandro%20Egidio%20Neis%20-%20versao%20final.pdf?dl=0

Tutorial para determinação de percentual de fase no ImageJ

O percentual de uma fase pode ser facilmente determinado a partir de uma micrografia, utilizando o programa ImageJ. Ele pode ser obtido em http://imagej.nih.gov/ij/download.html.

 



Trata-se de um programa dedicado a análise de imagens, com desenvolvimento voltado à área médica, que apresenta um grande potencial para o uso no laboratório metalográfico.

 

A sua utilização, a princípio, pode não parecer muito amigável, porém após pouco tempo de uso fica evidente o seu grande potencial.

 

O tutorial a seguir tem o objetivo de orientar aos novatos no uso do programa, mostrando as operações passo a passo.

 

A análise será realizada em uma micrografia de aço inoxidável duplex (austenítico-ferrítico). O crédito da imagem é do amigo Guilherme Araújo.

 

1. Abrindo a imagem

Após abrir o ImageJ, teremos a janela do programa conforme abaixo. As imagens e caixas de diálogo são abertas em janelas independentes.

 

 

Para abrir a imagem, que está em formato jpg:

File > Open

 

 

Selecione a imagem a ser analisada e clique em Open, na caixa de diálogo.

 

 

 

A seguir, estará aberta a imagem a ser analisada. A fase escura é ferrítica, enquanto a fase clara é austenítica.



 

 

2. Preparando a imagem

 

Para facilitar as próximas etapas, a imagem deve ser convertida em escala de cinza:

Image > Type > 8-bit.



A etapa seguinte é a limiarização. A imagem, que foi transformada em 8-bit, possui 128 tons de cinza. A limiarização transforma a imagem em preto e branco (sem tonalidades intermediárias de cinza). Esta etapa é a mais importante da análise, visto que é ela que determina os pixels que serão computados e quais ficarão de fora do cálculo de áreas.

 

O ImageJ possui algoritmos para determinação automática do limiar, além de permitir o ajuste manual. Iremos utilizar o método automático.

 

Image > Adjust > Theshold...

 

Na caixa de diálogo, deixe marcado Dark Background. Caso desejássemos analisar a outra fase, esta caixa deveria ser desmarcada. Iremos aceitar a limiarização automática:

Clicar no botão Auto > clicar no botão Apply > fechar a caixa de mensagem clicando no "X".

 

3. Preparando a análise

Em seguida, iremos informar o programa quais são as análises a serem realizadas.

Image > Set Measurements...

Na caixa de diálogo, deve ser deixado marcado apenas Area e Area Fraction.

 

4. Medindo

Finalmente, a análise pode ser realizada.

Analyze > Measure

E, finalmente, temos o percentual de área da fase marcada em preto: 46,026% dos pixels da imagem (e, consequentemente, da área da micrografia). Em números totais, representa 1920000 pixels da imagem.

 

 

Salvando a imagem limiarizada

Você poderá querer salvar a imagem limiarizada, para ilustrar o que você mediu. Não esqueça de dar um nome diferente do original para a nova imagem.

O ImageJ pode trabalhar com diversas janelas de imagens abertas. A filosofia do programa compreende a aplicação dos comandos apenas à janela que estiver selecionada. Portanto, para garantir os resultados, a janela da imagem em que estivermos trabalhando deve estar sempre selecionada. Para isso, pode-se clicar na barra de título da imagem.

Uma vez selecionada a imagem, basta salvá-la no formato preferido. No exemplo, salvaremos em jpg.

File > Save As > Jpeg

 

Conclusão

O procedimento realizado, em princípio, serve para medição de percentual de qualquer tipo de fase, servindo perfeitamente para a medição do percentual de área de perlita em aços ao carbono, por exemplo.

A preparação metalográfica é de fundamental importância. Com o devido preparo e o ataque adequado, praticamente qualquer tipo de fase pode ser medida. Em uma aplicação mais sofisticada, pode-se medir o percentual de fase sigma em aços austeníticos, por exemplo, ao se trabalhar com a imagem colorida (em lugar de escala de cinza, 8-bit), fazendo a limiarização por cores, após ataque eletrolítico com KOH.

Este é apenas um exemplo, muito simples, da utilização do ImageJ na análise de imagens. O programa é muito poderoso, e pode ser utilizado para diversas finalidades, desde inserir a famosa barrinha de escala até a realização de medições complexas, como a medição automática de tamanho de grão, além de melhorias na aquisição e processamento de imagens, com o trabalho em pilhas de imagens para corrigir problemas de planeza do corpo de prova (deficiência de profundidade de campo).