Photoshop脚本工具在金相图片制作上的应用

赵建华

(广东省韶铸集团有限公司，广东512031)

随着金相桌面系统在金相试验室的普及，高效快捷的数字金相图片制作取代了传统暗室胶片的冲印操作，极大地提高了金相试验室的工作效率和工作质量。但各种金相桌面系统软件均侧重于对金相图片的专业分析和评级等功能，在金相图片的制作和编辑等功能上明显不足，不能满足金相实验室在金相图片制作上的更高要求。Photoshop CS是美国Adobe公司出品的通用图形设计制作软件，也是世界上最优秀的数字图像编辑软件，在各领域都有着十分广泛的应用，它所具有的对数字图形强大的后期编辑功能可以较好地弥补金相桌面系统软件的不足，在金相图片制作工作中有着较大的应用潜力。

从CS2版本开始，Photoshop的脚本工具加入了图层的混合与对齐等功能，通过图像堆栈方式自动地对多张素材图片进行各种预设的批处理，获得超越素材图片的特定效果。经过实践和探索，其中的图层堆叠和全景图功能可应用在多种类型的金相图片制作上，以智能化的图形数字编辑方式巧妙地突破了光学金相显微镜和图像采集设备的物理限制，丰富了金相图片的制作手段，也提高了金相图片的制作质量和效率。本文以Photoshop CS5中文版(版本号12.0.1)和Windows 7专业版平台为例介绍脚本工具的图层堆叠和全景图功能在金相图片制作上的应用实例。文中也探讨了Photoshop等图形编辑软件在金相图片制作应用上的利与弊，以希望探索和拓展Photoshop CS软件在金相图片制作领域更广阔的应用前景。

1 景深扩展功能的应用

景深又叫垂直分辨能力，对光学金相显微镜来说是指物镜对试样观察面上高低不平物体的鉴别能力。金相试样的组织之所以能够在金相显微镜上呈现出丰富多彩的影像，主要是因为其组成相的耐腐蚀性能各不相同，经过腐蚀剂浸蚀后，原来平坦的试样表面呈现高低不平的层次，在显微镜光源的照射下形成错落的光影。金相显微镜要清晰分辨这些高低不平的影像，就需要一定的垂直分辨能力。景深的大小与显微镜的放大倍数或物镜的数值孔径成反比例关系。一般来说，放大倍数越大或物镜的数值孔径越大，它的景深就越小。其表现在较高倍数下观察时，试样稍有不平或浸蚀过深，都会使焦平面范围变小而不能在全视场内得到清晰的图像。尤其是在观察试样边缘时，由于磨制试样时不可避免会产生的边缘圆角，往往只能获得很小范围的清晰图像，需要不断调整焦距，才能完整观察全貌，这是光学显微镜的一种物理限制。

利用Photoshop CS脚本工具中的图层堆叠功能，可以在金相图片的后期制作中突破金相显微镜的景深物理限制，实现景深扩展，在试样的边缘产生圆角或观察面不平的情况下仍能制作出高质量的具有平坦视场的高倍金相图片。例如，球化退火状态下的冷辗扩GCr15轴承套圈毛坯对脱碳层要求很高，实际检验中一般要求不大于0.10mm。采用常规方式拍摄和制作金相图片时，由于试样边缘圆角的影响，即使镶嵌试样也难以得到1000倍下清晰平坦的脱碳层全貌金相图片。下面就以1000倍下的冷辗扩GCr15轴承套圈毛坯脱碳层图片制作为例介绍其使用方法。

(1)拍摄素材图片。首先选取合适的视场并保持视场固定不变，微调金相显微镜焦距旋钮，使对焦平面均匀移动经过整个视场，同时拍摄间隔均匀的数张素材图片，相邻图片的焦平面要保留一定的重叠内容供软件识别，如图1所示。

素材图片不需标示倍率标尺，以免影响软件识别。图1中倍率标尺仅为标示素材图片倍率之用。拍摄的素材图片越多，最终制作出的图片效果越好。

(2)打开Photoshop并点击“文件，打开”或快捷键“Ctrl+O”或双击文档空白处将素材图片导入Photoshop。Photoshop CS可以识别大多数的图像采集设备，在设备的驱动和应用程序已正确安装的情况下，也可在“文件，导入”菜单下找到设备名称，点击后可直接调用图像采集设备的应用程序进行拍摄，拍摄的图片将自动导入Photoshop中，注意此时的素材图片需另存后才可进行下一步操作。

图2 载入图层Figure 2 Loaded layer

图3 选中全部图层Figure 3 Selected all layers

图4 自动混合图层Figure 4 Auto-blend layers

图5 景深扩展效果 1000×Figure 5 The effect of scene depth extensions 1000×

(3)将素材图片载入堆栈。点击“文件，脚本，将文件载入堆栈”，在弹出的“载入图层”窗口中，点击“添加打开的文件”按钮载入图片，勾选“尝试自动对齐源图像”，按“确定”，如图2所示。

(4)混合图像。在Photoshop CS自动进行“基于内容对齐所选图层”批处理后，在右侧面板的图层选项卡中选中全部图层(图3)，点击“编辑，自动混合图层”。在弹出的窗口中，软件会根据图片内容自动选择“堆叠图像”选项，同时勾选“无缝色调和颜色”(图4)，点击“确定”后软件将执行“基于内容自动混合图层”和“创建无缝合成图像”批处理。软件处理结束后，就得到了一张有着清晰、平坦视场的1000倍脱碳层图片，达到电镜才有的超级景深效果(图5)。

景深扩展后的图片没有改变原有放大倍率，可以直接叠加原图片的倍率标尺。此时的图片文件为Photoshop专有的.psd格式，通过“文件，存储为”菜单可以转换为各种常见图片格式。由于大多数金相图片均为灰度模式，因此在素材图片较多时，预先通过“图像，模式，灰度”菜单将图片转换为灰度模式可较大地提高软件处理速度。

Photoshop CS脚本工具中的图层堆叠功能可广泛应用于各种需要较大景深的高倍金相图片制作，如失效分析中断口的边缘、脱碳层、表面热处理层、化学热处理层、渗金属层等，也可应用在需要特殊浮雕效果的非金属夹杂物或显微组织的金相图片制作上。

2 视域扩展功能的应用

视域也叫视场或视野，是通过光学金相显微镜的目镜实际观察到的圆形区域尺寸。通过显微镜目镜观察时，视域的大小主要受目镜的光阑尺寸和物镜放大倍数影响。使用图像采集设备时，显示屏幕上的视域大小则主要与物镜放大倍数和图像采集设备的感光晶片尺寸有关。受图像采集设备的适配器接口和感光晶片有效靶面面积的限制，在使用同一物镜观察时，通常在屏幕上看到的视域尺寸比在目镜上看到的还要小一半左右(与显微镜目镜的光阑尺寸和感光晶片有效靶面面积有关)。为了在更大范围内观察试验面，需要转换较小倍率的物镜或移动载物台，前者牺牲了分辨率而后者则无法得到完整显示观察目标全貌的图像。

图6 素材图片 50×Figure 6 Stock Photo 50×

Photoshop CS脚本工具的全景图功能可以较好地解决视域大小的限制问题，在不改变放大倍率的情况下拍摄出大于观察视域的试样特征全貌图片，获得视域扩展效果。例如，裂纹头部扩展路径的失效分析过程中，在50倍下通过移动载物台观察到裂纹头部沿原始铸态粗大树枝晶晶界扩展，完整显示裂纹及其扩展路径的视域直径大约需5 mm左右，而同倍率下在显示屏上的视域尺寸长度约2.9 mm，无法获得完整的裂纹特征全貌图像。下面就以裂纹头部扩展路径的全景图拍摄为例加以介绍。

(1)拍摄素材图片。选定放大倍率后，移动载物台在裂纹四周拍摄数张局部图片，注意相邻两张图片的内容要有一定的重叠部分供软件识别。最好选取所需视域的中心某一特征点，在其西北、东北、东南和西南方向有规律地分别拍摄素材图片，如图6所示。素材图片无需标示倍率标尺，以免影响软件识别。

(2)、(3)步骤的操作方法与“景深扩展”相同。

(4)混合图像。在Photoshop自动进行“基于内容对齐图层”批处理后，得到的是一张有明显拼接痕迹的全景图(图7)。在右侧面板图层选项卡中选中全部图层(图3)，点击“编辑，自动混合图层”，在弹出的窗口中，软件会根据图片内容自动选择“全景图”选项，同时勾选“无缝色调和颜色”(图8)，点击“确定”后软件将执行“基于内容自动混合图层”和“创建无缝合成图像”批处理。

软件处理结束后，就得到一张真实自然的具有视域扩展效果的裂纹头部扩展路径全貌图片(图9)，图片完整地展现了裂纹沿原始铸态粗大树枝晶晶界扩展的形貌特征。需要注意的是，视域扩展得到的图片画幅也扩展了，虽然在全画幅状态下没有改变原有放大倍率，但在改变画幅后输出或打印时需重新标定倍率标尺。

图7 有拼接痕迹的全景图Figure 7 Panoramic image with splicing traces

图8 自动混合图层Figure 8 Auto-blend layers

图9 视域扩展效果Figure 9 The effect of field extensions

全景图功能可应用于各种需较大视域同时兼顾分辨率的金相图片制作，如失效分析中的裂纹路径、非金属夹杂物分布、粗大树枝晶、区域偏析组织形貌等。

值得一提的是，本实例如采用5倍以下物镜也可获得显示特征全貌的视域，但5倍及以下物镜价格昂贵，且分辨力不佳，因此全景图功能尤其适合应用在未配备5倍或以下物镜的金相显微镜系统中。

3 讨论

参考文献[3]曾介绍了用Photoshop软件手工方式处理金相图片的方法。与之相比，本文介绍的使用Photoshop CS脚本工具制作金相图片避免了较为繁琐的手工操作，也无需专业的Photoshop CS操作技能，制作过程更加智能、高效，制作出来的图片真实、自然，在金相分析实践工作中有更大的实用价值。

需要指出的是，本文介绍的使用Photoshop CS脚本工具在金相图片制作中仅对光学金相显微镜和图像采集设备的物理局限进行扩展，没有对图片原有的内容进行掩饰和修改等“处理”过程，所以完整地保留了图片中的各种显微组织、非金属夹杂物甚至轻微磨痕等原始形貌，而这些又正是金相图片所应该具有的基本特征。笔者是不赞成使用Photoshop等图像编辑软件在金相图片制作上进行“过应用”的。金相图片的拍摄和制作是一个科学、严谨、客观和细致的过程，从金相试样的制备，拍摄视场的选择，器材的选配和调试，都应该进行科学准备和精心实施。图像编辑软件在图片处理上的强大功能如果应用失当，极易破坏金相图片内容的真实原貌，如试图对图片上的磨痕、水渍、氧化污物以及孔洞等试样制作的失误部分进行掩饰处理，很可能会破坏非金属夹杂物的原始分布状态和基体组织的原始位向和形态等，造成人为失真和假像，而这些都是可以通过提高试样制作质量来避免的。至于为了达到一定的目的而通过软件修改金相图片中的不利内容等，更不应该是金相工作者所做，此为图像编辑软件在金相图片制作上的应用之弊了。

[1] 李金明，李金荣. 中文版PHOTOSHOP CS5完全自学教程. 北京：人民邮电出版社，2010，437.

[2] 汪守朴. 金相分析基础. 北京，机械工业出版社，1986(1)：39-40.

[3] 易琨，陈静. 用Photoshop处理金相图片. 理化检验-物理分册，2006，42.