Volumen II - SAM

Congreso SAM/CONAMET 2009 Buenos Aires, 19 al 23 de Octubre de 2009
IDENTIFICACIÓN AUTOMÁTICA DE POROS EN MICROGRAFÍAS APLICADA A LA
MEDICIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE LA POROSIDAD EN PASTILLAS DE UO2
S. Cativa Tolosa (1) y F. Kaufmann (1)
(1) Unidad de Actividad Combustibles Nucleares
Comisión Nacional de Energía Atómica
Av. Gral. Paz 1499 (B1650KNA) San Martín, Pcia. de Buenos Aires, Argentina.
E-mail (autor de contacto): cativa@cnea.gov.ar
RESUMEN
El análisis de materiales utilizando imágenes microscópicas a menudo presenta serios inconvenientes, en
especial si se desea automatizar el proceso. El presente trabajo describe lo realizado para caracterizar la
microestructura de pastillas de UO2 de alta densidad (superior al 85% de la densidad teórica), en
particular la distribución de porosidad en volumen, donde los poros de las mismas se encuentran aislados.
Se trabajó con imágenes tomadas con un SEM que posee una amplia profundidad de campo. En
consecuencia, los poros en la imagen no tienen una única tonalidad ni se reconocen visualmente de la
misma forma, lo que dificulta la tarea de distinguir la estructura de los poros. Este hecho impide el uso de
los programas de reconocimiento estándar, los cuales se basan en determinar un umbral de tonalidad para
distinguir los poros del fondo. Para realizar la identificación de los poros se desarrolló un programa de
computación ad-hoc sobre MatLab R2006a que utiliza una combinación procedimientos de procesamiento
digital de imágenes con elementos de la morfología matemática. En especial se utilizó la técnica de
segmentación conocida como watershed [1, 2] cuyo uso permitió reconstruir e identificar los distintos poros
a partir de los reflejos incompletos de los bordes. Una vez identificado los poros dado que las mediciones se
realizaron sobre áreas, se recurrió a un método estereológico de Johnson-Saltykov para correlacionar la
distribución de tamaños en un área con la correspondiente distribución de tamaños en volumen.
Palabras clave: Distribución de porosidad, microscopía, metalografía, morfología matemática,
procesamiento digital de imágenes.
1. INTRODUCCIÓN
Los algoritmos aquí presentados fueron desarrollados para un trabajo de estudio de cinética de porosidad en
la última etapa de sinterizado en pastillas de UO2 que apunta a predecir el comportamiento durante la
fabricación de los combustibles para reactores nucleares de potencia [3]. Dado que la cinética de la porosidad
va a estar regida por el mecanismo de sinterizado es de vital importancia el análisis de la porosidad en los
distintos ensayos que se realizaron. Se utilizó para este trabajo un microscopio electrónico de barrido (SEM)
marca FEI Quanta 200 del Departamento de Materiales de la CNEA, que permite trabajar con mayores
aumentos y obtener imágenes de mayor resolución y con una iluminación más homogénea.
Las imágenes tomadas con el SEM poseen una mayor profundidad de campo y, en consecuencia, los poros
en la imagen ya no tienen una única tonalidad, lo que permite distinguir el poro. Esta característica impide el
uso de los programas de reconocimiento estándar, los cuales se basan solamente en determinar un umbral de
tonalidad para distinguir los poros con respecto al fondo [4], lo que obligó a desarrollar un software ad hoc.
Se tomaron micrografías con el SEM a 600x, 1200x y 2400x, en el centro y el borde de la pastilla. Sin
embargo, para el análisis cuantitativo sólo se usaron las imágenes del centro a fin de evitar los efectos de
borde.
2. ALGORITMOS DE RECONOCIMIENTO
Dado que no todos los poros poseen las mismas características visuales que los identifiquen como tales fue
necesario implementar distintos algoritmos de procesamiento de imágenes que permitan 1) identificar los
distintos elementos de la imagen que definen a un poro y 2) reconstruir los poros a partir de estos elementos.
Los elementos básicos de definición de un poro son dos: a) los elementos oscuros en la imagen generados
por la cavidad central (en general profunda) del poro y b) elementos muy claros que en algunas ocasiones se
visualizan en la frontera exterior del poro. Estos elementos claros son reflejos de la luz en los bordes del
poro. En la región ampliada de la Figura 1 se observan ambos elementos.
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