Para realizar a segmenta¸c˜ao das microestruturas ledeburita, cementita e perlita presentes no ferro fundido branco deve-se, inicialmente, obter o histograma da ima- gem original para definir automaticamente o limiar mais adequado para binarizar a imagem de entrada, e ent˜ao aplica-se em seq¨uˆencia os operadores de abertura, de fechamento, de dilata¸c˜ao e de eros˜ao, utilizando um elemento estruturante 3x3. Ap´os estas opera¸c˜oes, aplica-se um negativo para obter a microestrutura cementita. Por fim, realiza-se uma subtra¸c˜ao da imagem dilatada com a imagem binarizada, para segmentar a ledeburita. Como esta se apresenta na forma de pequenos gl´obulos, s˜ao necess´arias aplica¸c˜oes alternadas das opera¸c˜oes de dilata¸c˜ao, eros˜ao, abertura e fecha- mento, isto at´e conseguir uma segmenta¸c˜ao satisfat´oria atrav´es de uma an´alise visual humana.
A seq¨uˆencia de aplica¸c˜ao dos operadores morfol´ogicos para realiza¸c˜ao da seg- menta¸c˜ao dos constituintes do ferro fundido branco pode variar de acordo com as caracter´ısticas e distribui¸c˜oes dos constituintes deste material, principalmente da mor- fologia da ledeburita. Por exemplo, na Figura 3.2(a)´e apresentada a imagem original de um ferro branco, que ´e binarizada (Figura 3.2(b)) e aplicada a opera¸c˜ao dilata¸c˜ao e em seguida eros˜ao, segmentando a perlita e cementita, conforme Figura 3.2(c). Para segmentar a ledeburita, Figura 3.2(d), realiza-se a subtra¸c˜ao entre a image erodida e binarizada e aplica-se uma dilata¸c˜ao.
Nota-se que, nesta aplica¸c˜ao, n˜ao ´e necess´ario aplicar os operadores morfol´ogicos abertura e fechamento, pois a quantidade e distribui¸c˜ao da ledeburita ao longo da
Cap´ıtulo 3: Segmenta¸c˜ao de Microestruturas por Vis˜ao Computacional Ba- seada em Rede Neural Artificial (SVRNA)
34
imagem favorece a segmenta¸c˜ao. ´
E apresentada na Figura 3.3 a interface do sistema SVRNA para a segmenta¸c˜ao semi-autom´atica dos constituintes do ferro fundido branco, sendo composta pelos operadores morfol´ogicos eros˜ao, dilata¸c˜ao, fechamento e abertura, bem como por subtra¸c˜ao, negativo; descritos em se¸c˜oes anteriores, obten¸c˜ao do limiar ´otimo, tipo de elemento estruturante, e as opera¸c˜oes b´asicas de abrir e salvar imagem.
Cap´ıtulo 3: Segmenta¸c˜ao de Microestruturas por Vis˜ao Computacional Ba- seada em Rede Neural Artificial (SVRNA)
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(a) (b)
(c) (d)
Figura 3.2: imagem do ferro fundido branco (a) original, (b) binarizada, (c) dilatada e erodida (segmenta¸c˜ao da perlita e cementita) e (d) dilata¸c˜ao (segmenta¸c˜ao da
Cap´ıtulo 3: Segmenta¸c˜ao de Microestruturas por Vis˜ao Computacional Ba- seada em Rede Neural Artificial (SVRNA)
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Cap´ıtulo 4
Resultados e discuss˜oes
Os resultados s˜ao obtidos a partir das amostras de ferro fundido nodular, male´a- vel, cinzento e branco, em que todas s˜ao submetidas `a aplica¸c˜ao do SVRNA e Image
Pro-Plus, possibilitando uma an´alise comparativa entre estes m´etodos autom´aticos
e/ou semi-autom´aticos de quantifica¸c˜ao. Al´em disso, ´e aplicado o m´etodo manual de quantifica¸c˜ao para o ferro nodular, pois, entre as amostras citadas, ´e a ´unica em que este m´etodo pode ser empregado, devido a morfologia bem definida da grafita, ou seja, sua regularidade. Para todos os casos, a grafita ´e representada pela cor preta na imagem original, enquanto que a perlita ou ferrita pela cor cinza (cor mais clara).
S˜ao mostrados na Tabela 4.1 os resultados obtidos com a aplica¸c˜ao do SVRNA e do Image Pro-Plus para o ferro fundido nodular. Nota-se que os resultados s˜ao se- melhantes, apresentando uma diferen¸ca m´ınima de 2,15% e m´axima de 7,1% para as amostras 14 e 9, respectivamente. Al´em disso, pode-se notar que o SVRNA apresenta m´edia de grafita igual a 12,09% e perlita ou ferrita de 87,91% e o Image Pro-Plus 15,93% e 84,07% de grafita e perlita ou ferrita, respectivamente, sendo esta diferen¸ca igual a 3,84%. Esta diferen¸ca est´a relacionada a segmenta¸c˜ao incorreta realizada pelo sistema Image Pro-Plus, em que confunde parte do fundo da imagem com sendo grafita, justificando a maior quantidade obtida desta microestrutura em rela¸c˜ao ao SVRNA.
Cap´ıtulo 4: Resultados e discuss˜oes 38
Ferro fundido nodular
Amostras SVRNA Image Pro Plus
Grafita Perlita Grafita Perlita
1 11,51 88,49 17,52 82,48 2 13,36 86,64 19,91 80,09 3 13,19 86,81 18,05 81,95 4 13,46 86,54 17,63 82,37 5 12,46 87,54 16,98 83,02 6 11,79 88,21 17,07 82,93 7 14,58 85,42 18,38 81,62 8 12,50 87,50 17,79 82,21 9 14,02 85,98 21,12 78,88 10 13,30 86,70 18,12 81,88 11 9,08 90,92 12,44 87,56 12 9,25 90,75 11,85 88,15 13 11,56 88,44 14,35 85,65 14 9,24 90,76 11,39 88,61 15 10,22 89,78 12,82 87,18 16 9,89 90,11 12,74 87,26 17 8,31 91,69 11,30 88,70 18 7,66 92,34 10,03 89,97 19 14,66 85,34 11,37 88,63 20 21,73 78,27 27,77 72,23 M´edia 12,09 87,91 15,93 84,07
Tabela 4.1: compara¸c˜ao entre os resultados obtidos (em %) como SVRNA e Image
Pro-Plus para o ferro fundido nodular.
S˜ao apresentadas nas Figuras 4.1(a), 4.1(b) e 4.1(c) a imagem original do ferro fun- dido nodular, segmenta¸c˜ao utilizando o sistema Image Pro-Plus e o SVRNA, respec- tivamente. Estas Figuras s˜ao as que apresentam a maior diferen¸ca entre os sistemas
Image Pro-Plus e SVRNA. As Figuras 4.2(a), 4.2(b) e 4.2(c) s˜ao as que apresentam
a menor diferen¸ca entre estes sistemas.
Nota-se que a segmenta¸c˜ao realizada pelo SVRNA ´e mais precisa, com base no conhecimento do especialista em an´alise microestrutual, do que a realizada pelo Ima-
Cap´ıtulo 4: Resultados e discuss˜oes 39
(a) (b) (c)
Figura 4.1: imagem do ferro fundido nodular (amostra 9) (a) original, b) Image
Pro-plus e c) SVRNA.
(a) (b) (c)
Figura 4.2: imagem do ferro fundido nodular (amostra 14) (a) original, b) Image
Pro-plus e c) SVRNA.
grafita (devido a semelhan¸ca na tonalidade de cinza destas regi˜oes), diferentemente do SVRNA. Isto explica a diferen¸ca existente entre estes sistemas.
Como dito anteriormente, a quantifica¸c˜ao manual ´e um processo bastante can- sativo e enfadonho, podendo gerar erros. Para realizar esta quantifica¸c˜ao no ferro fundido nodular s˜ao necess´arias analisar 206 pontos nesta amostra, tomando o erro de 5%, que ´e sugerido por Seabra [Seabra 1979]. Os resultados m´edios desta seg- menta¸c˜ao s˜ao 24,13 % para a grafita e 75,87% para ferrita ou perlita.
S˜ao apresentados na Tabela 4.2 os resultados m´edios entre a quantifica¸c˜ao manual, SVRNA e o Image Pro-Plus, sendo que o resultado obtido pelo m´etodo manual ´e o
Cap´ıtulo 4: Resultados e discuss˜oes 40
mais distante entre os outros m´etodos, evidenciando sua imprecis˜ao. M´etodo Grafita (%) Perlita ou Ferrita (%)
Manual 24,13 75,87
SVRNA 12,09 87,91
Image Pro-Plus 15,93 84,07
Tabela 4.2: resultados m´edios (em %) entre os m´etodos manual, SVRNA e Image
Pro-Plus para o ferro fundido nodular.
Para o ferro fundido cinzento n˜ao ´e poss´ıvel realizar a quantifica¸c˜ao manual, pois a grafita apresenta forma de veios, o que impossibilita este processo. Contudo, os sis- temas SVRNA e Image Pro-Plus conseguem segmentar e quantificar os constituintes deste tipo de ferro.
S˜ao apresentados na Tabela 4.3 os resultados da quantifica¸c˜ao utilizando o SVRNA e o Image Pro-Plus. Estes resultados s˜ao os mais semelhantes entre as amostras estudadas, apresentando uma diferen¸ca m´ınima de 0,1% e m´axima de 6,44% para as amostras 1 e 11, respectivamente. Al´em disso, pode-se notar que o SVRNA apresenta m´edia de grafita igual a 10,28% e perlita ou ferrita de 89,62% e o Image Pro-Plus 12,09% e 87,91% de grafita e perlita ou ferrita, respectivamente, sendo esta diferen¸ca igual a 1,71%. Esta diferen¸ca est´a relacionada a segmenta¸c˜ao incorreta realizada pelo sistema Image Pro-Plus, em que confunde parte do fundo da imagem com sendo grafita, justificando a maior quantidade obtida desta microestrutura em rela¸c˜ao ao SVRNA.
S˜ao apresentadas nas Figuras 4.3(a), 4.3(b) e 4.3(c) a imagem original do ferro fundido cinzento, segmenta¸c˜ao utilizando o sistema Image Pro-Plus e o SVRNA, respectivamente. Estas Figuras s˜ao as que apresentam a menor diferen¸ca entre os sistemas Image Pro-Plus e SVRNA. As Figuras 4.4(a), 4.4(b) e 4.4(c) s˜ao as que apresentam a maior diferen¸ca entre estes sistemas.
Nota-se que as segmenta¸c˜oes realizadas pelos sistemas SVRNA e Imagem Pro-Plus s˜ao semelhantes para a amostra 1, sendo a diferen¸ca entre os sistemas desprez´ıvel.
Cap´ıtulo 4: Resultados e discuss˜oes 41
Ferro fundido cinzento
Amostras SVRNA Image Pro Plus
Grafita Perlita Grafita Perlita
1 12,21 87,79 12,31 87,69 2 6,80 93,20 7,20 92,80 3 8,56 91,44 10,70 89,30 4 6,80 93,20 8,36 91,64 5 8,03 91,97 10,96 89,04 6 5,02 94,98 6,91 93,09 7 8,73 91,27 11,21 88,79 8 9,15 90,85 11,00 89,00 9 7,90 92,10 9,82 90,18 10 6,67 93,33 8,35 91,65 11 40,41 59,59 46,85 53,15 12 7,47 92,53 10,66 89,34 13 9,83 90,17 12,77 87,23 14 7,52 92,48 10,52 89,48 15 21,69 78,31 15,40 84,60 16 8,79 91,21 9,70 90,30 17 7,76 92,24 10,21 89,79 18 6,77 93,23 9,28 90,72 19 7,64 90,28 8,21 91,79 20 7,78 92,22 11,35 88,65 M´edia 10,28 89,62 12,09 87,91
Tabela 4.3: compara¸c˜ao entre os resultados obtidos (em %) como SVRNA e Image
Pro-Plus para o ferro fundido cinzento.
Para a amostra 11, a segmenta¸c˜ao a olho n´u ´e muito semelhante, por´em a quanti- fica¸c˜ao entre os sistemas apresenta uma diferen¸ca de 6,44%, evidenciando a capaci- dade que um sistema de Vis˜ao Computacional tem em reconhecer objetos ou padr˜oes impercept´ıveis a Vis˜ao Humana.
Os resultados obtidos entre os sistemas SVRNA e Image Pro-Plus para as amo- stras de ferro fundido nodular e cinzento apresentam-se semelhantes. Isto porque as imagens s˜ao de qualidade, ou seja, os constituintes s˜ao visualmente bem definidos e com tonalidades de cinza bem diferentes.
Cap´ıtulo 4: Resultados e discuss˜oes 42
(a) (b) (c)
Figura 4.3: imagem do ferro fundido cinzento (amostra 1) (a) original, b) Image
Pro-plus e c) SVRNA.
(a) (b) (c)
Figura 4.4: imagem do ferro fundido cinzento (amostra 11) (a) original, b) Image
Pro-plus e c) SVRNA.
Se os sistemas SVRNA e Image Pro-Plus forem aplicados em imagens de ferros fundidos male´aveis com boa qualidade, os resultados tamb´em s˜ao semelhantes, pois a grafita ´e apresentada com a mesma tonalidade que os demais ferros, diferenciando apenas na morfologia, que se apresenta em forma de flocos ou vermicular. Por isso, resolve-se aplicar os sistemas em imagens de ferro fundido male´avel com baixa quali- dade, em que os n´ıveis de cinza da grafita s˜ao semelhantes aos da perlita ou ferrita. Isto para avaliar a precis˜ao e a capacidade de generaliza¸c˜ao dos sistemas SVRNA e
Image Pro-Plus, quando submetidos a situa¸c˜oes adversas.
Cap´ıtulo 4: Resultados e discuss˜oes 43
e o Image Pro-Plus para o ferro fundido male´avel. Estes resultados s˜ao os mais dis- tintos entre as amostras estudadas, apresentando uma diferen¸ca m´ınima de 3,55% e m´axima de 15,16% para as amostras 18 e 4, respectivamente. Al´em disso, pode-se notar que o SVRNA apresenta m´edia de grafita igual a 14,98% e perlita ou ferrita de 85,02% e o Image Pro-Plus 22,89% e 77,11% de grafita e perlita ou ferrita, re- spectivamente, sendo esta diferen¸ca igual a 7,91%. Esta diferen¸ca est´a relacionada a segmenta¸c˜ao incorreta realizada pelo sistema Image Pro-Plus, em que confunde parte do fundo da imagem com sendo grafita, justificando a maior quantidade obtida desta microestrutura em rela¸c˜ao ao SVRNA.
Ferro fundido male´avel
Amostras SVRNA Image Pro Plus
Grafita Perlita Grafita Perlita
1 18,95 81,05 31,65 68,35 2 15,71 84,29 24,48 75,52 3 14,96 85,04 28,46 71,54 4 14,00 86,00 29,16 70,84 5 15,16 84,84 24,08 75,92 6 16,07 83,93 21,11 78,89 7 19,11 80,89 30,55 69,45 8 19,22 80,78 27,58 72,42 9 15,64 84,36 23,89 76,11 10 17,64 82,36 31,23 68,77 11 11,84 88,16 18,23 81,77 12 12,04 87,96 21,12 78,88 13 13,72 86,28 22,62 77,38 14 14,06 85,94 22,24 77,76 15 11,83 88,17 17,15 82,85 16 11,40 88,60 16,16 83,84 17 11,30 88,70 17,83 82,17 18 10,68 89,32 14,23 85,77 19 21,05 78,95 14,39 85,61 20 15,27 84,73 21,63 78,37 M´edia 14,98 85,02 22,89 77,11
Tabela 4.4: compara¸c˜ao entre os resultados obtidos (em %) como SVRNA e Image
Cap´ıtulo 4: Resultados e discuss˜oes 44
S˜ao apresentadas nas Figuras 4.5(a), 4.5(b) e 4.5(c) a imagem original do ferro fundido male´avel, segmenta¸c˜ao utilizando o sistema Image Pro-Plus e o SVRNA, respectivamente. Estas figuras s˜ao as que apresentam a menor diferen¸ca entre os sistemas Image Pro-Plus e SVRNA. As Figuras 4.6(a), 4.6(b) e 4.6(c) s˜ao as que apresentam a maior diferen¸ca entre estes sistemas.
(a) (b) (c)
Figura 4.5: imagem do ferro fundido male´avel (amostra 18) (a) original, b) Image
Pro-plus e c) SVRNA.
(a) (b) (c)
Figura 4.6: imagem do ferro fundido male´avel (amostra 4) (a) original, b) Image
Pro-plus e c) SVRNA.
Nota-se que a segmenta¸c˜ao realizada pelo SVRNA e Imagem Pro-Plus ´e diferente para a amostra 4, sendo que a diferen¸ca entre os sistemas ´e bastante significativa. Para a amostra 18, a segmenta¸c˜ao ´e semelhante, por´em, errada, pois, o Image Pro-
Cap´ıtulo 4: Resultados e discuss˜oes 45
a m´a qualidade da imagem. De forma diferente, o SVRNA ´e capaz de segmentar corretamente a grafita dos demais constituintes, independentemente da m´a qualidade da imagem.
As diferen¸cas apresentadas anteriormente s˜ao devido a dificuldade que o Image
Pro-Plus tem em reconhecer a grafita quando a mesma apresenta tonalidade seme-
lhante a perlita ou ferrita.
4.1
Aplica¸c˜ao em trˆes ou mais constituintes
O SVRNA mostra ser uma ferramenta vers´atil e de f´acil manuseio por parte do especialista, principalmente para quantificar amostras que apresentam 3 ou mais cons- tituintes.
Uma micrografia original de um ferro fundido cinzento, que apresenta os consti- tuintes grafita (cor preta), cementita (cor branca) e perlita (cor cinza) ´e apresentada na Figura 4.7(a). Nas Figuras 4.7(b) e 4.7(c) s˜ao mostradas as segmenta¸c˜oes realiza- das pelos sistemas Image Pro-Plus e SVRNA, respectivamente.
(a) (b) (c)
Figura 4.7: imagem do ferro fundido cinzento atacado quimicamente (a) original, b)
Image Pro-plus e c) SVRNA.
O Image pro-Plus tamb´em consegue segmentar 3 ou mais constituintes, por´em, a sele¸c˜ao das pseudocores e o ajuste destas s˜ao realizados manualmente, tendo que
Cap´ıtulo 4: Resultados e discuss˜oes 46
ser executada com bastante cuidado, podendo gerar perdas na informa¸c˜ao e, con- seq¨uentemente, erros. Isto pode ser visto na Figura 4.8, em que o c´ırculo em amarelo destaca o ajuste manual de um limiar. Por este motivo, o Image Pro-Plus requer ha- bilidade no manuseio e, conseq¨uˆentemente, maior tempo de segmenta¸c˜ao em rela¸c˜ao ao SVRNA.
Figura 4.8: ajuste manual das pseudocores realizado pelo Image Pro-Plus.