管道環(huán)焊縫X射線數(shù)字圖像的DICONDE格式存儲(chǔ)

高靜 任延光 王雪 皮亞東 薛巖

摘要：目前射線檢測(cè)技術(shù)還是長(zhǎng)輸管道環(huán)焊縫的主要檢測(cè)手段，射線數(shù)字成像檢測(cè)技術(shù)具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存，缺陷遠(yuǎn)程評(píng)判等優(yōu)點(diǎn)，是射線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。DICONDE標(biāo)準(zhǔn)的推廣應(yīng)用，解決了數(shù)字射線不同廠家不同設(shè)備之間數(shù)據(jù)保存和數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)軟件不通用的問題。本文主要介紹了管道環(huán)焊縫射線數(shù)字成像的檢測(cè)原理及流程，DICONDE格式的文件構(gòu)成，并應(yīng)用DCMTK開發(fā)包編程實(shí)現(xiàn)了數(shù)字射線采集圖像的DICONDE格式存儲(chǔ)，保存的圖像信號(hào)完整，缺陷清晰可見。

關(guān)鍵詞：管道環(huán)焊縫;射線數(shù)字成像;DICONDE;DCMTK

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）07-0090-05

長(zhǎng)期以來，長(zhǎng)輸管道環(huán)焊縫X射線檢測(cè)主要采用膠片成像，檢測(cè)過程只需將膠片貼在管道焊縫上，方便快捷，但膠片成像時(shí)間久，在使用和存儲(chǔ)過程中難免劃傷或污染，無法進(jìn)行電子文檔儲(chǔ)存等問題，為后續(xù)的數(shù)據(jù)查詢和篩選帶來不便。如果能像AUT或者PAUT設(shè)備一樣，將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，用數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)軟件隨時(shí)能打開查看，就會(huì)方便很多。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化X射線成像技術(shù)正好解決了這個(gè)問題。

中國(guó)長(zhǎng)距離輸油氣管道建設(shè)正向數(shù)字化，信息化、智能化方向發(fā)展，管道環(huán)焊縫檢測(cè)是管道施工過程的重要環(huán)節(jié)，超聲檢測(cè)在管道建設(shè)中還不能承擔(dān)全部管道焊縫檢測(cè)的數(shù)字化任務(wù)，X射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像技術(shù)可以很好的滿足數(shù)字化管道的要求，在管道環(huán)焊縫檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)展?jié)摿薮蟆１疚闹饕獙?duì)X射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像的存儲(chǔ)方式DICONDE（Digital Imaging and Communication in Nondestructive Evaluation）格式進(jìn)行介紹，并利用DCMTK開發(fā)包編程實(shí)現(xiàn)了射線數(shù)字圖像的DICONDE格式存儲(chǔ)，使X射線的數(shù)字化實(shí)時(shí)成像不僅能像AUT和PAUT一樣進(jìn)行數(shù)字化存儲(chǔ)和評(píng)判，還能解決不同廠商不同設(shè)備采集的數(shù)據(jù)不能用通用軟件打開的問題。

1 射線數(shù)字成像系統(tǒng)簡(jiǎn)介

射線數(shù)字成像技術(shù)泛指用數(shù)字探測(cè)器或成像板代替膠片接收穿透工件后衰減的射線，并通過光學(xué)及電子電路方法以數(shù)字信號(hào)顯示圖像的技術(shù)。檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)由X射線機(jī)、探測(cè)器、計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)軟件與檢測(cè)工裝組成，如果是采用無線信號(hào)收發(fā)，還應(yīng)配有無線信號(hào)收發(fā)裝置。檢測(cè)過程如圖1所示，X射線透照過被檢物體后，強(qiáng)度發(fā)生了改變，衰減后的射線光子被數(shù)字探測(cè)器接收轉(zhuǎn)換為可見光或電子，通過電路讀出并進(jìn)行數(shù)字化處理和傳輸，計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和存儲(chǔ)，形成最終的顯示圖像[7，10]。

標(biāo)準(zhǔn)4109和47013里面規(guī)定圖像儲(chǔ)存宜采用無損檢測(cè)數(shù)字成像與通信標(biāo)準(zhǔn)（DICONDE）規(guī)定的格式，圖像文件中描述字段的信息應(yīng)至少包含被檢工件信息、透照工藝參數(shù)、圖像評(píng)定信息等，并應(yīng)具有不可更改性[1-2]。

2 ?DICOM和Diconde介紹

為了解決在無損檢測(cè)中數(shù)據(jù)保存和傳輸不通用的問題，2004年美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）在醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信標(biāo)準(zhǔn)（DICOM）基礎(chǔ)上[3-4]，制定了應(yīng)用于無損檢測(cè)領(lǐng)域的DICONDE（E2339）標(biāo)準(zhǔn)[5]。DICONDE標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸方面與DICOM格式相同，只是對(duì)無損檢測(cè)領(lǐng)域相關(guān)的屬性進(jìn)行了增加和修改[3]。

2.1 DICOM文件分析

DICOM文件組成如圖2所示。前言為文件起始處的128字節(jié)（一般都為0）;前綴由4個(gè)字節(jié)“DICM”字符串構(gòu)成;數(shù)據(jù)集包含圖像相關(guān)信息和數(shù)據(jù)元素值;數(shù)據(jù)元素包括：標(biāo)識(shí)符（Tag）、數(shù)據(jù)類型（VR）、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（VL）、數(shù)據(jù)域（Value Field）[3]。

2.2 數(shù)據(jù)元素介紹

2.2.1 標(biāo)識(shí)符Tag

標(biāo)識(shí)符在DCM文件中是唯一的，占用4個(gè)字節(jié)，分別是組號(hào)和元素號(hào)，數(shù)據(jù)字典根據(jù)標(biāo)識(shí)符搜索數(shù)據(jù)。

2.2.2 數(shù)據(jù)類型VR

數(shù)據(jù)類型占2個(gè)字節(jié)，規(guī)定了數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)類型。

2.2.3 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

當(dāng)VR為顯式時(shí)數(shù)據(jù)占用2個(gè)字節(jié)，當(dāng)VR為隱式時(shí)占用4個(gè)字節(jié)。

2.2.4 數(shù)據(jù)域

數(shù)據(jù)域存放數(shù)據(jù)元素的值，其字節(jié)數(shù)必須是偶數(shù)，不足需要補(bǔ)齊。

2.3 DICONDE標(biāo)準(zhǔn)介紹

DICONDE標(biāo)準(zhǔn)中主要修改了DICOM標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于病人模塊的描述，并添加了無損檢測(cè)特征、工件幾何結(jié)構(gòu)、驗(yàn)收三個(gè)模塊。

3 Dcmtk介紹

DCMTK是由德國(guó)offis公司提供的開源項(xiàng)目，我們可以使用它提供的庫(kù)函數(shù)輕松生成DICOM文件，并寫入所需的數(shù)據(jù)元素。這個(gè)開發(fā)包基本實(shí)現(xiàn)了DICOM協(xié)議的所有內(nèi)容，提供所有的源代碼、支持庫(kù)和幫助文檔[9]，本文所用開發(fā)環(huán)境為Microsoft Visual studio 2010，開發(fā)語言是C++。

配置dcmtk的步驟：（1）從dcmtk官網(wǎng)下載源代碼及支持庫(kù)文件，分別命名為dcmtk-3.6.0，dcmtk-3.6.0-win32-i386-support_MD，安裝文件cmake-2.8.8-win32-x86.exe[6]。（2）將支持庫(kù)中相應(yīng)的lib文件，include文件，bin文件拷貝到VS2010安裝目錄的相應(yīng)文件夾下。

4 軟件實(shí)現(xiàn)

4.1 屬性配置

（1）新建一個(gè)工程，配置附加包含目錄和附加庫(kù)目錄;（2）配置附加依賴項(xiàng)，包括wsock32.lib，netapi32.lib，ofstd.lib，oflog.lib，dcmdata.lib，zlib.lib，dcmimgle.lib。

4.2 關(guān)鍵字解析

在dcdeftag.h文件里定義了一系列的關(guān)鍵字，與Diconde標(biāo)準(zhǔn)所涉及的數(shù)據(jù)元素相對(duì)應(yīng)，具體想寫入的元素可以根據(jù)標(biāo)簽在該文件里找對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵字，表1列出了一些常用的數(shù)據(jù)元素及在dcdeftag.h文件中對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵字，其中0002組主要描述設(shè)備通信協(xié)議，如存儲(chǔ)介質(zhì)和傳輸語法等，0008組描述類似檢測(cè)的單位和人員信息、檢測(cè)時(shí)間等參數(shù)，0018組描述探測(cè)板信息及曝光參數(shù)等，0028組描述圖像的具體參數(shù)信息，如圖像像素的位數(shù)，窗位窗寬等。

4.3 關(guān)鍵代碼編寫

添加如下頭文件：

#include “dcmdata＼dctk.h”

#include “dcmimgle＼dcmimage.h”

DcmFileFormat fileformat;

DcmMetaInfo *metainfo = fileformat.getMetaInfo（）;

DcmDataset *dataset = fileformat.getDataset（）;

//寫元信息

metainfo->putAndInsertString（DCM_MediaStorageSOPClassUID，UID_DigitalXRayImageStorageForPresentation）;

metainfo->putAndInsertString（DCM_TransferSyntaxUID，UID_DeflatedExplicitVRLittleEndianTransferSyntax）;

//寫數(shù)據(jù)集

dataset->putAndInsertString（DCM_StudyTime，”101104”）;//保存時(shí)間

dataset->putAndInsertUint16（DCM_SamplesPerPixel，1）;//疊加幀數(shù)

dataset->putAndInsertString（DCM_PhotometricInterpretation，”MONOCHROME2”）;

dataset->putAndInsertUint16（DCM_Rows，image_height）;//行數(shù)

dataset->putAndInsertUint16（DCM_Columns，image_width）;//列數(shù)

dataset->putAndInsertUint16（DCM_BitsAllocated，12）;//像素位數(shù)

dataset->putAndInsertUint16（DCM_PixelRepresentation，0）;//數(shù)據(jù)類型

dataset->putAndInsertString（DCM_WindowCenter， “128”）;//窗位

dataset->putAndInsertString（DCM_WindowWidth， “256”）;//窗寬

//寫數(shù)據(jù)

dataset->putAndInsertUint8Array（DCM_PixelData，Data， image_width*image_height）;

fileformat.saveFile（filename，EXS_LittleEndianImplicit，EET_UndefinedLength，EGL_withoutGL）。

4.4 管道環(huán)焊縫檢測(cè)

數(shù)字射線檢測(cè)與AUT檢測(cè)相似，需要軌道，爬行器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，無線收發(fā)裝置，電腦，射線源。采集之前先確定要使用的電壓、電流、幀頻和曝光時(shí)間，然后對(duì)探測(cè)器進(jìn)行校準(zhǔn)，包括偏置校準(zhǔn)，增益校準(zhǔn)，壞像素校準(zhǔn)[8]，校準(zhǔn)完成就可以對(duì)管圈檢測(cè)。本例采用中心透照方式，將射線源放在管圈的正中心，并且正對(duì)焊縫處，設(shè)備安裝后如圖3和圖4所示。

4.5 結(jié)果分析

ISee！Professional軟件專為工業(yè)無損檢測(cè)設(shè)計(jì)，支持所有常用的NDT圖像格式，包括ASTM E2339-11/E2699-11/E2738-11（DICONDE），支持所有主流平板探測(cè)器、CR-讀取器和膠片數(shù)字轉(zhuǎn)換器，擁有先進(jìn)的圖像處理算法和計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量評(píng)估工具，是一款靈活、高效、可靠的數(shù)字射線圖像分析軟件。

圖5是用ISee！Professional軟件打開的一幅8位模擬數(shù)據(jù)圖，圖像寬64個(gè)像素，高250個(gè)像素，數(shù)據(jù)在0到255之間隨機(jī)產(chǎn)生，圖6是對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的數(shù)據(jù)值。從信息編輯器里可以看到檢測(cè)日期和檢測(cè)時(shí)間等等信息，與程序?qū)懭胍恢隆?/p>

圖7是一幅813管徑焊縫采集圖，采用電壓180KV，電流3.5mA，圖像寬28000像素，高1020像素，數(shù)據(jù)12位，在標(biāo)號(hào)17和18之間有個(gè)明顯的缺陷，后面放置了一個(gè)單絲，從灰度值分析器里看到整幅圖的數(shù)據(jù)值在1000到4095之間，調(diào)整灰度值的顯示范圍可以使缺陷看的更明顯。從信息編輯器里看到軟件版本，光度解析，窗位，窗寬關(guān)鍵字與程序設(shè)置一致。

5 結(jié)論

X射線數(shù)字成像系統(tǒng)已經(jīng)開始嶄露頭角，由于技術(shù)及設(shè)備還不是很成熟，參數(shù)調(diào)試及人工操作稍微復(fù)雜，在管道環(huán)焊縫檢測(cè)中并沒有大規(guī)模應(yīng)用，但這是未來的發(fā)展趨勢(shì)，已經(jīng)有廠家及設(shè)備在中俄東線開展實(shí)驗(yàn)，為后續(xù)推廣做準(zhǔn)備。本文利用DCMTK開發(fā)包將數(shù)字射線采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為通用的DICONDE格式，這樣將數(shù)據(jù)查看與采集設(shè)備獨(dú)立開，無論是哪家公司的采集設(shè)備，只要存儲(chǔ)圖像是DICONDE格式，就可以用通用的數(shù)據(jù)分析軟件打開查看，為遠(yuǎn)程評(píng)圖提供很大的方便，也為智能評(píng)圖打下基礎(chǔ)。

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