Обработка результатов измерений часто связана с необходимостью использовать графики из справочников, и из другой технической литературы. Оцифровка графиков может быть единственным способом получения данных. Простейшую оцифровку выполняют наложением на график сетки, линии которой проходят через деления шкалы на осях координат. Ряд графических программ в меню Вид имеют функцию Показать сетку. Преимуществом способа является наглядность и точность результатов. Однако способ наложения сетки на график может оказаться трудоемким, если требуется получить значения от многих точек графика. Для оцифровки графиков созданы специальные программы, одна из которых Graph2Digit 0.7.1b. Кроме ручной оцифровки такие программы имеют функцию автоматической оцифровки, и выдают результаты в файлах, которые можно обрабатывать в Excel. Оцифровка полученных изображений, например, в спектральном анализе, позволяет облегчить идентификацию и расшифровку спектральных линий.
Оцифровка наложением сетки.
При определении концентрации Sn в твердом растворе Ag-Sn измеряют период кристаллической решетки, который связан с содержанием Sn в сплаве. На рисунке 1 показан график зависимости периода решетки твердого раствора Ag-Sn от концентрации Sn из справочника Пирсона (Pearson W., 1958). На график наложена сетка для оцифровки. По оси ординат отложен период решетки шагом 0,0001 kX, по оси абсцисс - концентрация Sn с шагом 0,1 %.
Рисунок 1. Оцифровка наложением сетки.
Разметка промежуточных делений оси абсцисс сделана после нанесения сетки на график. Стрелкой показано, что периоду решетки 4,1220 kX отвечает концентрация 10 ат.% Sn.в сплаве.
Для наложения сетки использовали следующие программы обработки графических изображений: - FastStone Capture 5.3 для получения скриншотов. - PhotoFilter 6.2.7 для поворота изображений на необходимый угол с точностью до 0,1 градусов, т.к. оси координат графика должны быть параллельны горизонтали и вертикали. Для использования функции поворота в меню Рисунок / Вращать / Свободно нужно указать требуемый угол поворота в окне Угол. При необходимости задают направление поворота (плюс по часовой, минус против часовой стрелки). Функция наложения сетки активируется в программе PhotoFilter 6.2.7 в меню Вид / Показать сетку. Настройка параметров сетки в меню Сервис / Настройки / Палитра инструментов и сетки. При наложении сетки расположение ее линий, по умолчанию, ориентировано по делениям шкалы на осях графика. Постепенно изменяя размеры изображения в сторону увеличения или варьируя размеры ячеек сетки выбирают необходимое количество линий сетки между делениями шкалы графика. Размер изображения в PhotoFilter можно изменить в меню Рисунок / Размер изображения. Галочку Сохранить соотношение нужно убрать в случае независимого изменения размера изображения по его ширине и высоте.
Оцифровка при помощи Graph2Digit 0.7.1b.
Программа для оцифровки Graph2Digit позволяет корректировать изображение (поворот картинки, подстройка яркости, контрастности и др.), имеет ручной и автоматический режимы оцифровки по максимальной яркости и по цвету линии графика. Реализована привязка координат по двум, трем и четырем точкам, сохранение данных оцифровки в файлах, которые поддерживает Excel. Окно программы имеет три вкладки: оси, оцифровка и картинка.
На рисунке 2 показан график зависимости периода решетки Ag-Sn от концентрации Sn в окне программы Graph2Digit.
Рисунок 2. Оцифровка с использованием Graph2Digit.
Привязка координат выполнена по точкам с координатами (0; 4,0775) и (10,0; 4,1220). Результаты оцифровки приведены правом нижнем углу окна программы, или их сохраняют в табличном виде (Файл / Сохранить данные).
Сравнение результатов оцифровки с экспериментальными данными.
В таблице 1 приведены результаты оцифровки, полученные наложением сетки, и с помощью программы Graph2Digit. Показано сравнение результатов с экспериментальными данными от авторов работы E.A, Owen, E.W.Roberts (1939), по результатам которой был построен график.
Таблица 1. Сравнение данных оцифровки графика зависимости периода решетки твердого раствора Ag-Sn от содержания Sn с экспериментальными данными.
Период решетки, kX
Содержание Cd, ат. %
E.A, Owen, E.W.Roberts
Оцифровка сеткой
Оцифровка Graph2Digit
E.A, Owen, E.W.Roberts
Оцифровка сеткой
Оцифровка Graph2Digit
4,0775
4,0774
4,0774
0
0
0
4,0844
4,0845
4,0843
1,71
1,69
1,69
4,0892
4,0893
4,0892
2,73
2,72
2,77
4,0924
4,0955
4,0953
4,27
4,22
4,27
4,0969
4,0972
4,0969
4,61
4,60
4,64
4,1011
4,1013
4,1013 l
5,57
5,60
5,66
4,1046
4,1046
4,1046
6,36
6,30
6,38
4,1083
4,1083
4,1083
7,06
7,12
7,07
4,1098
4,1100
4,1098
7,46
7,44
7,47
4,1134
4,1135
4,1135
8,33
8,30
8,36
4,1174
4,1175
4,1173
9,17
9,12
9,17
4,1220
4,1220
4,1220
10,0
10,0
10,0
Температура среды при измерениях была равна 18 градусов Цельсия.
Использование Graph2Digit при обработке оптических спектров.
При работе на спектральном оборудовании необходимо определять длину волны спектральных линий и идентифицировать их. На рисунке 3 показан фрагмент оптического спектра группы линий Mn 1 (см. Свентицкий Н.С., 1961), полученный при съемке на стилоскопе "Спектр" образца стали 3. После загрузки изображения в Graph2Digit во вкладке Картинка выполнена корректировка изображения (Повернуть). Привязка координат на рисунке 3 сделана по длине волны 475,404 нм (линия Mn с номером 7 в левой части спектра) и по длине волны 485,975 нм (линия Fe с номером 2 в правой части). Координата Y условна, т.к. так как численные значения в данном случае значения не имеют. После привязки координат под изображением фрагмента спектра отображается шкала длин волн от 474 нм до 488 нм. Выбирается метод оцифровки изображения Вручную. Для точного указания положения линий при оцифровке в окне программы можно использовать лупу с кратностью увеличения от 2 до 16.
Рисунок 3. Фрагмент спектра стали 3 в окне программы Graph2Digit
Показана группа линий Mn 1. Съемка на стилоскопе с медным электродом. Линии марганца отмечены цифрами светло синего цвета (1, 4, 5, 6, 7), линии железа светло желтыми цифрами (2, 3, 5, 8, 9, 10 ,11, 12).
В таблице 2 приведен результат оцифровки изображения спектра, и сравнение полученных при оцифровке значений длин волн с табличными данными.
Таблица 2. Данные оцифровки изображения спектра на рисунке 3 и сравнение с табличными значениями длин волн.
Номер линии
Элемент
Длина волны, нм
Длина волны оцифрованная, нм
Отклонение от табличных данных, нм
7
Mn
475.404
475.404
0
6
Mn
476, 238
476.27764
0,039
5
Mn
476,643
476.68533
0,042
12
Pe
477,282
477.38424
0,102
4
Mn
478,342
478.49085
0,149
10
Fe
478,681
478.8403
0,159
9
Fe
478,876
479.04415
0,168
8
Re
478,966
479.13152
0,166
1
Mn
482,352
482.50958
0,158
2
Pe
485,975
485,975
0
3
Pe
487, 132
487.08161
-0,051
-
Pe
487, 822
487.69315
-0,129
Отклонения от табличных данных были вызваны, кроме случайной погрешности
измерений, систематическими отклонениями длин волн вследствие
нелинейности спектра по длине волны. При идентификации спектральных
линий нужен учет указанной систематической ошибки.
Ссылки.
1. Graph2Digit 0.7.1b, сайт разработчика программы http://plsoft.narod.ru/digitizer.html. 2. PhotoFilter 6.2.7, сайт разработчика http://photofiltre.free.fr/frames_en.htm 3. Pearson W., A Handbook of Lattice Spacings and Structures of Metals and Alloys (1958). 4. E.A, Owen, E.W.Roberts (1939) Phil. Mag. 27, 294. 5. Свентицкий Н.С. Визуальные методы эмиссионного спектрального анализа.- М, ГИФМЛ, 1961, 314 с.
Автор публикации: Николаев Владимир Сергеевич ЗАО "ИЭЦ ВНИИЭТО" 21.04.2013
