材料三维微观组织结构的获取和定量表征,是材料科学和工程学科的四大研究要素之一,并且一直是材料学领域的研究重点和难点。近年来,随着计算机技术的不断发展,利用计算机技术进行材料研究已成为材料学领域的主要发展趋势,而三维重构技术也成为了获取材料微观组织结构的重要方法,三维重构技术分为面绘制和体绘制两种。本课题以工业纯铁为研究对象,首先采用连续切片法获取多张连续的二维截面图像,并采用数字图像处理技术对每张图片进行预处理。预处理过程包括图像灰度化、图像滤波、形态学重建、阴影校正、图像变换和图像分割六步。其中,图像滤波采用各向异性-中值滤波相结合的方法,在保证晶粒边缘信息完整的基础上有效抑制图像噪声;图像分割采用改进的分水岭变换法,将双阈值分割法所得的二值图像作为最低点,脊检测法所得的晶粒边缘图像作为最高点,通过分水岭变换法实现图像的分割。本课题分别利用面绘制和体绘制方法,对经过预处理的连续二维图像进行三维重构,以有效分析材料三维微观组织结构。在面绘制方法研究中,本课题对常用的MC(移动立方体,Marching Cubes)算法进行了改进,采用预处理中的分水岭变换法代替阈值法实现图像分割,准确提取出晶粒的边界信息。针对MC算法中存在的效率问题,给出了基于连通理论的“区域生长”法,避免了对空体元进行遍历检查的过程。另外,用中点法代替线性插值求取等值点,计算量明显减少,算法的整体效率得到提升。在体绘制方法研究中,分别采用光线投射法和错切变形法对晶粒结构进行了三维重构,由对比可知,在重构效果上两种方法相差无几,但在重构效率上错切变形法具有明显优势。最后,对三维重构结果进行定量分析,提取出晶粒的特征值,如晶粒体积、面积、等效半径等,并将其与二维状态下分析得到的特征值进行比较。经对比可知,就多个晶粒的平均值而言,两状态下得到的特征值误差较小,就单个晶粒而言,两状态下得到的特征值相差较大,单个晶粒的二维截面并不能准确表示其三维形貌。