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X射线实时成像在焊缝探伤中的应用

传统的胶片成像X射线检测技术普遍存在清晰度和分辨率低,评片工作强度大,保存胶片占据大量空间等问题。将图片数字化可极大地节省空间,且为了 提高图像质量,便于精确分析和判断以及方便计算机的进一步处理,对图像作增强处理非常必要。常用的图像增强方法为灰度变换、直方图修正、图像平滑及图像锐 化等。通过Photoshop图像处理软件可以很方便地实现对图片的增强处理[1~3]。

1数字图像增强处理

从实际景物转换成图像信息,在图像的生成、传输或变换过程中,由于多种因素的影响,输出图像的质量多少会有所降低(或称为退化)。图像增强的目 的是采用一系列技术改善图像的视觉效果,或将图像转换成一种更适于人或机器进行分析处理的形式,通过处理设法有选择地突出某些人或机器感兴趣的信息,抑制 一些无用的信息,以提高图像的使用价值。如X射线照片的对比度通常较差,为此需对图像中的每一像素的灰度进行标度变换,扩大图像灰度的范围,便可以达到增 强的目的。它将输入图像中某点(x,y)的灰度f(x,y),通过映射函数T(*)映射成输出图像中的灰度g(x,y),即

根据映射方式的不同,对比度增强可分为灰度变换法及直方图修整法,前者又可分为线性、分段线性、非线性及其它方式灰度变换。

1.1灰度线性变换

当图像由于成像时曝光不足或曝光过度,由于成像设备的非线性或图像记录设备动态范围太窄等因素,都可能使图像的灰度局限在一个很小的范围内,导 致对比度不足,在显示器上看到的将是一个模糊不清、似乎没有灰度层次的图像。用一个线性单值函数,对图像内的每个像素作线性扩展,将有效改善图像的视觉效 果。

令原图像f(x,y)的灰度范围为[a,b],在线性变换后图像g(x,y)的灰度范围被扩展到[c,d],则

可用下述变换来实现全域线性灰度变换(图1)

图1中[a,b]可从图像的直方图上获得,由于|d-c|总是大于|b-a|,所以对离散的数字图像来说,尽管变换前后像素的个数不变,但不同像素之间的灰度差变大,对比度增大,图像的观看质量也必然优于变换前。

截取式线性灰度变换时,图像中的大部分像素的灰度值在[a,b]范围内,少部分像素分布在小于a和大于b的区间内,此时可用图2作变换。两端 “截取式”的变换使小于a和大于b的像素强行压缩为c和d,将会造成一小部分信息的丢失。但有时为了适应某种应用,作这种牺牲是值得的。

为突出感兴趣的目标或灰度区间,相对抑制不感兴趣的灰度区域,可采用分段线性法。将图像灰度空间分为两段乃至多段,分别作线性变换称之为分段线性变换。图3是分三段作线性变换的示意图。图3中的a~f变换区间边界都可通过键盘随时作交互输入。

1.2直方图修整法

直方图表示数字图像中每一个灰度级与其出现频数(该灰度像素的数目)之间的统计关系。用横坐标表示灰度级,纵坐标视图像类型而定,对连续图像, 它是灰度值出现的概率密度pr(r);对数字图像,它是灰度值为r的像素个数或出现这个灰度值的概率pr(ri)。直方图能给出该图像的概貌性描述,如图 像的灰度范围、每个灰度级的频数和灰度分布以及整幅图像的平均明暗及对比度等,以此作为进一步处理的重要依据。大多数自然图像由于其灰度分布集中在较窄的 区间,引起图像细节看不清楚。采用直方图修整后可使图像的灰度间距拉开或使灰度分布均匀,从而增大了反差,使图像细节清晰,达到增强的目的。直方图修整法 通常有直方图均衡化及直方图规定化两类。

1.3图像的平滑

图像在生成和传输的过程中也常受到各种噪声源的干扰,从而使图像质量变差。这些噪声源包括电传感器噪声、相片颗粒所引起的噪声、信道误差及其它 噪声等。为抑制噪声,改善图像质量,须对图像进行平滑处理,这可在空间域或频率域中进行。在平滑噪声时应尽量不损害图像的边缘和各种细节。

2Photoshop软件对X射线底片的图像处理

2.1夹渣缺陷的处理

现有夹渣钛管的X射线探伤底片一张,扫描输入到计算机中(图4),存在严重的划痕且曝光不足。采用Photoshop软件中的色阶调整(直方图调整)和曲线调整(灰度线性变换)命令,以及修复画笔工具对其进行处理。

在灰度图像颜色模式中,曲线调整也可称为灰度线性变换。一般在图像曝光不足或曝光过度的情况下,图像灰度值可能会局限在一个很小的范围内,这时 在显示器上看到的是一个模糊不清、似乎没有灰度层次的图像,所以用到的处理方法是灰度的线性变换,具体来说是分段线性变换,以对图像中的每个像素的灰度值 作线性扩展,从而扩大整个图像的像素灰度值范围,有效改善图像的视觉效果。分段线性变换可使图像中的所有像素的灰度值在一定取值范围内作线性扩展,而其它 取值范围内的灰度值所对应的像素会被抑制,从而有效突出重点部分。该夹渣灰度线性变化前后的效果如图5所示。图像某些区域的灰度值范围被明显扩大,以前灰 度值相近的像素对比度被拉大,缺陷轮廓更加清晰,图像更有层次感,为进一步分析作好了准备。

虽然图像效果得到了增强,已经可以判断出缺陷的类型及缺陷所在的区域,但为更方便地判断缺陷的大小,需对缺陷所在区域作进一步处理。为了不影响 胶片其它区域,使缺陷更加突出,仅对缺陷所在的部分区域进行处理。用矩形选框选中缺陷所在区域,再选择合适的处理方法使缺陷的像素灰度值更低,背景的像素 灰度值更高,变换后的效果如图6所示。

2.2气孔缺陷的处理

现有一张焊缝中有大量成串气孔的X射线探伤底片(图7a),缺陷轮廓不清晰且有杂波。扫描输入到计算机中,采用Photoshop软件中的曲线对比度调整、魔棒选择工具以及颜色减淡工具进行处理。处理后的图像效果见图7b。

3结论

数字图像处理作为一种新的处理手段,近年来在无损检测领域的应用越来越多。如在传统的胶片成像X射线检测技术、X射线数字成像技术(DR)、X 射线工业CT、中子射线成像技术及康普顿散射技术等都有应用。对传统的胶片成像X射线检测进行图像的数字化和增强处理,使其清晰度和分辨率得到了很大改 善,且保存容易,工作强度大为减少。如利用适当的标准,将Photoshop处理过程做成批处理形式(专用滤镜)就可大大提高处理效率。但是该方法的应用 可靠性与扫描仪性能有很大关系,是目前普及到工业中的主要制约因素。

摘自:中国计量测控网


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