X射线数字化实时成像系统在无损检测中的应用

1、仪器方法X 射线数字化实时成像系统在无损检测中的应用荆峰(贵州国营风华机器厂,贵州绥阳563319摘要:无损检测在航空航天、机械、石油、化工等部门有广泛的应用。X 射线胶片照相法是目前常用的无损检测方法之一,它不可避免地存在检测周期长、检测成本高、污染环境等缺点。随着计算机技术的发展,新兴的计算机X 射线数字化实时成像技术已在无损检测中得到了广泛应用。概述了计算机数字化实时成像技术原理及其在X 射线无损检测中的应用情况。关键词:计算机;实时成像;图像处理;X 射线;无损检测中图分类号:T G 115.28文献标识码:A 文章编号:167124423(2004032372031概述X 射线检测实

2、时成像及计算机图像及计算机图像处理技术(简写为XR T IP 是20世纪80年代中期以来国际上新兴的一项无损检测技术,其工作原理是将光电转换技术和计算机数字图像处理技术相结合,把不可见的 X 射线图像经增强方法转换为视频图像,再经计算机对图像进行数字化处理 ,使视频图像的对比度和清晰度达到X 射线照相底片的影像质量,从而提高了探伤灵敏度和缺陷识别能力,探伤结果用计算机进行辅助评定,图像可长期保存在计算机磁带或光盘上,可代替射线照相的底片,从而实现了X 射线探伤方法的电脑化和自动化。2系统构成射线数字化实时成像无损检测原理如图1所示,它可用两个“转换”来概述:X 射线穿透金属材料后被图像增强器所

3、接收,图像增强器把不可见的X 射线检测信号转换为光学图像,称为“光电转换”;用高清晰度电视摄像机摄取光学图像,输入计算机进行A D 转换,转换为数字图像,经计算机处理后,还原在显示器屏幕上(图2,显示出材料内的缺陷性质、大小、位置信息,按照有关标准对检测结果进行缺陷等级评定,从而达到检测的目的。X 射线数字化实时成像技术无论在检测效率、经济效益、表现力、远程传送、方便实用等方面都比照相底片更胜一筹,因而具有良好的发展前景。图1X 射线数字化实时成像无损检测系统构成图2原始缺陷3系统的基本配置X 射线数字成像系统主要由X 射线机、图像增强器、光学镜头、摄像机、计算机、图像采集卡、图像储存单元及检

4、测工装等设备组成。X 射线机与常规射线机有所不同,通常是采用恒电压、小(微焦点、强制循环冷却X 射线探伤机。3.1计算机的基本配置第28卷第3期2004年6月无损探伤N D T V o l .28N o.3June .2004硬件配置:In tel MM X 166CPU 或更快,2D 图形加速卡(4M 显存,图像采集卡(采集分辨率768×576,17显示器,CD -R 光盘刻录机。操作系统:W indow s 98或W indow s N T 4.0以上版本。3.2网络管理为了便于工作,一般把图像的采集与图像评定分别在两台计算机上进行,两台计算机之间用对等网的形式联接起来,采集的图

5、像直接存放在评片机的硬盘中。利用网络技术检测图像可实现远距离传输。4计算机数字图像处理方法计算机数字图像处理方法由图像采集、图像处理、图像显示与记录三部分组成。4.1图像采集图像采集是指摄像机摄取图像增强器的光学图像转换为视频信号,传送至图像采集卡进行数字化,形成数字图像数据,供计算机进行处理和保存的过程。图像采集有两个指标即灰度等级和采集分辨率。图像采集器一般使用8B it 的A D 转换器,图像的灰度为256等级;选择较高的采集分辨率可有效地提高图像的分辨力和清晰度。采集分辨率应不低于768×576线。4.2图像处理方法图像处理实质是提取图像中的特征量或特殊信息,供计算机进行分析

6、和识别,并对图像的灰度进行变换,达到优化图像质量的目的。4.2.1图像叠加图像在采集时不可避免地伴有随机噪声,影响图像质量,对于静止状态采集的检测线图像,消除噪声有效方法是连续帧叠加,只要叠加的帧数足够多,理论上可以将时间噪声完全过滤掉,叠加效果如图3。连续帧叠加是图像采集过程中常用的图像处理方法。连续帧叠加的方程为:g (x ,y =1M2Mk =1f k (x ,y (1式中g (x ,y 图像中某像素的灰度值M 叠加帧数f k (x ,y 第k 帧图像像素的灰度值实验表明,M 16时,效果已不错,M 正常取1664。4.2.2灰度增强 灰度增强处理是利用灰度变换技术,通过按某种规律改善图

7、像中的灰度变化来改善图像质量的。一般情况下图像的灰度分布范围仅集中在一个较窄的区域内,使图像的对比度差、轮廓模糊。这时可通过线性变换使图像的灰度分布扩展到256个灰度级(0255,提高图像的整体对比度,从而提高图像的分辨能力。设原图像的灰度分布范围为A 1A 2,其变换方程式为:g (x ,y =255(A 2-A 1f (x ,y -A 1(2此外,通过合适的非线性的灰度变换(如折线型、对数型、指数型等,可以突出图像中某个灰度范围内的目标。如被称作S -T 变换的非线性变换方法可有效地增加焊接缺陷与焊缝间的对比度,使缺陷轮廓变得清晰,其方程为:g (x ,y =1271+sin b (x -

8、a (x f (x ,y -(b (x +a (x 2(b (x -a (x (3式中b (x 对应的某列像素的最高灰度值a (x 对应的某列像素的最低灰度值4.2.3边缘锐化边缘锐化效果如图4。锐化是用某种方法突出图像的轮廓,使图像比较清晰,易于识别。锐化的实质是一种高通滤波技术。图像的锐化可通过模板(亦称算子运算的方式来实现。模板运算具有效果明显、算法简单的特点,选择合适的模板就能实现边缘锐化、边界检测、抽取特征、平滑滤波等目的。图4边界锐化后缺陷图3图像叠加后缺陷83无损探伤第28卷4.2.4图像反转X 射线数字化实时成像得到的检测图像灰度与透射射线强度成反比,灰度越大,表明透射射线强度

9、越低,和胶片照相法相反。为适应检测人员的观察习惯,如图5,对X 射线图像的色调进行反转,使得显示的图像与一般X 射线负片的图像相似。假设反转前及反转后像素点的灰度值分别为f (x ,y 、g (x ,y ,则反转方程为:g (x ,y =255-f (x ,y (4 图5图像反转后缺陷4.2.5其他方法其他方法有伪彩色处理、直方图变换、数字滤波等。4.3图像显示与记录经处理后的图像显示在显示器屏幕上,对检测图像进行评定。4.3.1缺陷的识别图像经预处理、二值化后,利用计算机对缺陷的边界进行跟踪,从而计算出缺陷的周长、长径、短径和面积等特征参数,根据这些特征参数即可识别出缺陷的名称和尺寸。由于缺

10、陷的计算机识别的数字模型较为复杂,所以缺陷的评定仍以人工方式为主。4.3.2图像存储及文件格式为了便于日后的核查和检索,数字图像必须以文件的形式储存在CD -R 光盘等大容量存储介质中,并保存在防磁、防潮、防尘、防挤压的环境下。在数字化实时成像系统中宜采用T IFF 图像格式。4.3.3图像存储设备检测图像通常先存储在硬盘上,待达到一定容量后用刻录机转录到CD -R 光盘上。CD -R 光盘容量650M B ,盘片价格便宜,一片CD -R 盘片大约可存储3000幅X 射线数字化实时成像图像,保存期长达30年以上,是目前理想的检测图像资料存储介质。5X 射线数字化实时成像检测软件5.1检测软件构

11、成我厂在1999年底,引进了一套飞利浦X 射线数字化实时成像系统,检测软件为“PXV 2200数字化实时成像软件”。该检测软件结构类似W indow s 系统软件,检测图像显示区占整个桌面的大部分区域,最顶层显示软件PXV 2200(English 名称,左边有隐藏、大小切换、关闭功能项可供选择,第二层为菜单栏,第三层为常用工具栏,图像显示区左上方为对比度(Con trast 调节区,左下方为亮度(B righ t 调节区,图像显示区的下层为状态区,包含图像的象素、光标处的坐标和灰度、以及图像位置等项。菜单栏由文件、图像、视图、方式、设置和帮助组成。文件菜单又分为打开、保存、打印、退出等项,图

12、像菜单分为锐化1、标记、叠加、实时、剪切、复制等项,视图分为带标记图像、无标记图像、全屏显示等项,方式分为写字板和画图板显示两项,设置由语言、工具显示、常规、用户等设置组成,帮助菜单栏由详细、关于两项组成。常用工具栏分为帮助、实时、叠加、锐化1、锐化2、锐化3、锐化4、写字板、画图板。5.2PXV 2200数字化实时成像系统软件的特点5.2.1w indow s 化界面,便于掌握和操作。5.2.2PXV 2200是专门为X 射线数字成像系统设计的图像及储存系统,该软件以计算机为平台,就是输入一般的标准视频信号,PXV 2200也能与其他成像系统连接。5.2.3PXV 2200在标准的M S w indow s 操作下运行,内置F ram egrabber 转化卡,将图像增强器的模拟图像信号转换成数字信号并作进一步处理。5.2.4利用图像处理技术为图像评定提供了缺陷标识、灰度增强、降噪、锐化、反转、直方图变