數(shù)字射線影像與膠片影像評(píng)定的差異

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(1.廊坊北檢無(wú)損檢測(cè)公司，廊坊 065001;2.中國(guó)石油天然氣管道局第一工程公司，廊坊 065000 3.北京合聚信達(dá)科技有限公司，北京 102218)

在無(wú)損檢測(cè)射線檢測(cè)方法中，根據(jù)成像介質(zhì)不同可分為常規(guī)膠片照相和數(shù)字射線成像兩大類。兩種影像的形成機(jī)理相同，都是透過(guò)工件的射線強(qiáng)度分布的投影，一個(gè)是形成以銀粒子為載體的底片圖像，一個(gè)是形成數(shù)字化的影像文件。底片通過(guò)觀片燈人工評(píng)定，數(shù)字影像通過(guò)計(jì)算機(jī)人工評(píng)定。兩者的方法標(biāo)準(zhǔn)不同，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)相同，人們?nèi)菀桌硭?dāng)然地認(rèn)為評(píng)定方法也相同，進(jìn)而往往會(huì)忽視數(shù)字影像評(píng)定方法的特殊性，忽略了計(jì)算機(jī)對(duì)人眼的增強(qiáng)作用，而沒(méi)有充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的輔助作用。筆者對(duì)兩種檢測(cè)技術(shù)影像的技術(shù)指標(biāo)和測(cè)量技術(shù)的差異進(jìn)行了分析。

1 數(shù)字影像與底片影像的差異

表1為數(shù)字影像與底片影像在評(píng)定時(shí)的差異，數(shù)字射線影像與底片照相影像評(píng)定過(guò)程中測(cè)量技術(shù)及環(huán)境要求的差異如表2所示。

2 影像處理技術(shù)的差異

膠片照相中的描述底片影像質(zhì)量的主要指標(biāo)有：對(duì)比靈敏度、不清晰度、顆粒度。在數(shù)字影像中主要指標(biāo)有對(duì)比靈敏度、圖像空間分辨率、歸一化信噪比[1]。除了共同的靈敏度和標(biāo)識(shí)要求以外，底片合格與否往往只看黑度是否超標(biāo)，有無(wú)劃傷，對(duì)顆粒度不再做評(píng)判;而數(shù)字影像是否合格是通過(guò)歸一化信噪比和灰度范圍數(shù)據(jù)精確測(cè)量的。

表1 技術(shù)指標(biāo)方面的差異

表2 測(cè)量手段和環(huán)境要求的差異

2.1 灰度調(diào)整

數(shù)字影像首先是灰度可十分方便地調(diào)節(jié)，而底片是固定黑度，想改變觀感(透過(guò)底片的光強(qiáng)度)，只有調(diào)整觀片燈的亮度來(lái)實(shí)現(xiàn)；在實(shí)際操作中亮度的提高是比較困難的，通常只能分普通亮度和高亮度兩檔調(diào)節(jié)，黑度5.0以上難以觀察[4]。

2.2 對(duì)比度調(diào)整

數(shù)字影像的對(duì)比靈敏度一般要優(yōu)于底片影像的，而空間分辨率低于底片影像的，數(shù)字影像可以通過(guò)電腦的影像處理來(lái)提高人眼的識(shí)別能力，同樣的條件，原來(lái)的底片上看不清楚的缺欠，通過(guò)數(shù)字影像處理技術(shù)可被人眼更容易地捕捉到，從而提高了數(shù)字影像的缺欠識(shí)別能力。

2.3 動(dòng)態(tài)范圍

數(shù)字影像處理是一種專門的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，有著復(fù)雜的算法，涉及到影像的灰度、對(duì)比度、影像識(shí)別、彩色飽和度等。作為無(wú)損檢測(cè)用的數(shù)字影像則相對(duì)簡(jiǎn)單，都是灰度影像，影像模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)一般都能達(dá)到12 bit，形成的灰度等級(jí)為4 096級(jí)，而底片上影像能達(dá)到2 000級(jí)，但是，在0～255所表示的圖像灰度顯示系統(tǒng)中，人眼的灰度識(shí)別等級(jí)約30～50級(jí)，這樣在觀片條件不可調(diào)的情況下，只有少量的灰度影像被人眼識(shí)別出，而數(shù)字影像則能通過(guò)計(jì)算機(jī)圖像處理來(lái)改變窗口寬度、窗口位置，使評(píng)定者具備了識(shí)別出這6萬(wàn)多個(gè)灰度等級(jí)的能力[5]。數(shù)字影像的寬容度相當(dāng)于底片寬容度的10倍,一張CR數(shù)字影像相當(dāng)于10張膠片底片影像內(nèi)容的疊加。

2.4 灰度測(cè)量

數(shù)字影像由于能很方便地對(duì)小區(qū)域進(jìn)行灰度的測(cè)量，并且具有很寬的線性灰度，更容易通過(guò)灰度間接測(cè)量出工件或缺欠處的厚度(對(duì)于板型工件測(cè)厚比較理想，但是對(duì)于非板型工件的實(shí)拍誤差較大)。因此，數(shù)字影像的評(píng)定可以解決過(guò)去“深孔難測(cè)”的問(wèn)題，這點(diǎn)比底片評(píng)定更加有根據(jù)。當(dāng)需要測(cè)量底片上直徑小于2 mm的點(diǎn)(如氣孔，未熔合等)的黑度值時(shí)，普通密度計(jì)難以實(shí)現(xiàn)，而數(shù)字影像則很容易測(cè)量。

圖1 單絲像質(zhì)計(jì)定量識(shí)別原理

2.5 靈敏度的精確測(cè)量

利用瑞麗判據(jù)方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)單絲像質(zhì)計(jì)的定量測(cè)量。該方法被用于雙線型像質(zhì)計(jì)的識(shí)別中，可以通過(guò)研究，確定一個(gè)適當(dāng)?shù)闹?，如圖1所示。比如：當(dāng)單絲灰度與附件母材灰度差達(dá)到20%以上時(shí)，認(rèn)為是可以識(shí)別，反之則認(rèn)為不可識(shí)別。這個(gè)方法也可以應(yīng)用到未來(lái)的自動(dòng)評(píng)定中。

2.6 灰度幅值包絡(luò)線輔助分析

對(duì)于缺欠邊界過(guò)渡區(qū)黑度變化的識(shí)別有利于缺欠的定性，而底片影像則無(wú)能為力，需完全依靠人的感性認(rèn)識(shí)。數(shù)字影像可以利用軟件里的厚度測(cè)量輔助工具，顯示影像過(guò)渡區(qū)灰度的幅值包絡(luò)線，以實(shí)現(xiàn)任意焊縫橫斷面上的灰度投影，相當(dāng)于超聲波中的A掃描視角，檢驗(yàn)人員可以根據(jù)其變化規(guī)律對(duì)缺欠輔助定性。常見(jiàn)缺陷的數(shù)字影像圖片示例如圖2～6所示。

圖2 氣孔

圖3 側(cè)壁未熔合

圖4 非開口側(cè)壁未熔合

圖5 開口側(cè)壁未熔合

圖6 根部未熔合

3 影像處理的各種效果

數(shù)字影像中應(yīng)用到的影像處理方法(也稱為濾鏡)，有縮放、灰度調(diào)整(窗位)、對(duì)比度調(diào)整(窗寬)、邊緣銳化、浮雕、平滑處理等[6]，這些方法都能提高人眼的灰度對(duì)比識(shí)別能力，從而提高小缺欠的識(shí)別能力，這是數(shù)字射線檢測(cè)方法的最大優(yōu)點(diǎn)。影像處理前后的對(duì)比如圖7～10所示。

圖7 影像邊界銳化處理前后的效果對(duì)比

圖8 影像浮雕處理前后的效果對(duì)比

圖9 影像灰度及對(duì)比度調(diào)整前后的效果對(duì)比

圖10 影像原始圖像與部分濾鏡效果對(duì)比

4 結(jié)論

(1) 提出了一種新的輔助定性方法“剖面灰度曲線法”，使射線評(píng)片不僅是從俯視圖上看缺欠的外觀輪廓，還可從焊縫橫截面方向觀察灰度變化曲線，以進(jìn)行輔助定性，從而利于缺欠的準(zhǔn)確定性。

(2) 在缺欠的定量測(cè)量方面，提出了可通過(guò)測(cè)量缺欠的自身高度來(lái)定量的思路，建議將缺欠高度作為缺欠評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中的一項(xiàng)評(píng)定指標(biāo)。

(3) 在靈敏度測(cè)量方面，提出了利用瑞麗判據(jù)實(shí)現(xiàn)靈敏度定量化測(cè)量的方法。

(4) 展示了數(shù)字圖像的特殊濾鏡處理效果，得出了計(jì)算機(jī)圖像處理能提高人眼的灰度對(duì)比識(shí)別能力，從而提高小缺欠的識(shí)別能力的結(jié)論。

數(shù)字技術(shù)引入到射線照相領(lǐng)域，提高了無(wú)損檢測(cè)的質(zhì)量和效率。數(shù)字射線的評(píng)定手段多種多樣，遠(yuǎn)較常規(guī)射線評(píng)定手段高效而靈活，將給數(shù)字射線的推廣應(yīng)用帶來(lái)益處。文章所述原理也可用于計(jì)算機(jī)自動(dòng)評(píng)定軟件的開發(fā)，為未來(lái)的影像自動(dòng)評(píng)定提供一個(gè)新思路。

參考文獻(xiàn)：

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[6] 夏良政.數(shù)字圖像處理[M].南京:東南大學(xué)出版社，1999：5-124.