基于X射線的輪轂缺陷檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-英文翻譯

1、中北大學(xué)xxxx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)計(jì)算機(jī)射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)在無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用和效益分析摘要無(wú)損檢測(cè)在機(jī)械、石油、化工、航空等部門(mén)有廣泛的應(yīng)用。射線膠片照相檢測(cè)是目前常用的無(wú)損檢測(cè)方法之一，它不可避免地存在檢測(cè)周期長(zhǎng)、檢測(cè)成本高、污染環(huán)境等不足。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，新興的計(jì)算機(jī)射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像技術(shù)已在無(wú)損檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。本文概述了計(jì)算機(jī)數(shù)字化實(shí)時(shí)成像技術(shù)原理及其在射線無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用情況，并介紹本廠開(kāi)發(fā)的“XTV2000射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像軟件”的特點(diǎn)和在YSP15型液化石油氣鋼瓶焊縫探傷中的應(yīng)用情況及取得的良好經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞: 計(jì)算機(jī) 實(shí)時(shí)成像 圖像處理 射線 無(wú)損檢測(cè)1. 射線數(shù)

2、字化實(shí)時(shí)成像無(wú)損檢測(cè)的基本原理射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像無(wú)損檢測(cè)原理如圖一所示，它可用兩個(gè)“轉(zhuǎn)換”來(lái)概述：射線穿透金屬材料后被圖象增強(qiáng)器所接收，圖像增強(qiáng)器把不可見(jiàn)的射線檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為光學(xué)圖像，稱為“光電轉(zhuǎn)換”；用高清晰度電視攝像機(jī)攝取光學(xué)圖像，輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，還原在顯示器屏幕上顯示出材料內(nèi)部的缺陷性質(zhì)、大小、位置等信息，按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行缺陷等級(jí)評(píng)定，從而達(dá)到檢測(cè)的目的。射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像技術(shù)無(wú)論在檢測(cè)效率、經(jīng)濟(jì)效益、表現(xiàn)力、遠(yuǎn)程傳送、方便實(shí)用等方面都比照相底片更勝一籌，因而具有良好的發(fā)展前景。2. 系統(tǒng)的基本配置射線數(shù)字成像系統(tǒng)主要由射線機(jī)、圖象增強(qiáng)器、光

3、學(xué)鏡頭、攝象機(jī)、計(jì)算機(jī)、圖象采集卡、圖像儲(chǔ)存單元及檢測(cè)工裝等設(shè)備組成。射線機(jī)與常規(guī)射線機(jī)有所不同，通常是采用恒電位、小焦點(diǎn)、強(qiáng)制循環(huán)冷卻射線探傷機(jī)。2.1 計(jì)算機(jī)的基本配置硬件配置：Intel MMX166 CPU 或更快，2D圖形加速卡(4M顯存)，圖像采集卡（采集分辨率768×576），17” 顯示器, CDR光盤(pán)刻錄機(jī)操作系統(tǒng)： Windows 95或98圖 射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成象無(wú)損檢測(cè)原理圖2.2 網(wǎng)絡(luò)管理為了便于工作，一般把圖像的采集與圖像評(píng)定分別在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間用對(duì)等網(wǎng)的形式聯(lián)接起來(lái)， 采集的圖像直接存放在評(píng)片機(jī)的硬盤(pán)中。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)檢測(cè)圖像可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳

4、輸。3. 計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理方法 計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理方法由圖像采集、圖像處理、圖像顯示與記錄三部分組成。3.1 圖像采集圖像采集是指攝像機(jī)攝取圖像增強(qiáng)器的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)，傳送至圖像采集卡進(jìn)行數(shù)字化，形成數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，供計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和保存的過(guò)程。圖像采集有兩個(gè)指標(biāo)即灰度等級(jí)和采集分辯率。圖像采集器一般使用8Bit的A/D轉(zhuǎn)換器，圖像的灰度為256等級(jí)；選擇較高的采集分辨率可有效地提高圖像的分辨力和清晰度。采集分辨率應(yīng)不低于768×576線。3.2 圖像處理方法圖象處理實(shí)質(zhì)是提取圖像中的特征量或特殊信息，供計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和識(shí)別，并對(duì)圖像的灰度進(jìn)行變換，達(dá)到優(yōu)化圖像質(zhì)量的目的。3

5、.2.1 圖像疊加圖像在采集時(shí)不可避免地伴有隨機(jī)噪聲，影響圖像質(zhì)量，對(duì)于靜止?fàn)顟B(tài)采集的檢測(cè)線圖像，消除噪聲有效方法是連續(xù)幀疊加，只要疊加的幀數(shù)足夠多，理論上可以將時(shí)間噪聲完全過(guò)濾掉。連續(xù)幀疊加是圖像采集過(guò)程中常用的圖像處理方法。連續(xù)幀疊加的方程為： (1)式中：g(x, y)為圖像中某像素的灰度值，M為疊加幀數(shù)，fk(x,y)為第k幀圖像象素的度值。實(shí)驗(yàn)表明，M16時(shí)，效果已不錯(cuò)，正常取M32。3.2.2 灰度增強(qiáng)灰度增強(qiáng)處理是利用灰度變換技術(shù)，通過(guò)按某種規(guī)律改善圖像中的灰度變化來(lái)改善圖像質(zhì)量的。一般情況下圖像的灰度分布范圍僅集中在一個(gè)較窄的區(qū)域內(nèi)，使圖像的對(duì)比度差，輪廓模糊。這時(shí)可通過(guò)線性變

6、換使圖像的灰度分布擴(kuò)展到256個(gè)灰度級(jí)（0255）提高圖像的整體對(duì)比度，從而提高圖像的分辨能力。設(shè)原圖像的灰度分布范圍為A1A2，其變換方程式為： (2)此外，通過(guò)合適的非線性的灰度變換（如折線型、對(duì)數(shù)型、指數(shù)型等），可以突出圖像中某個(gè)灰度范圍內(nèi)的目標(biāo)。如被稱作ST變換的非線性變換方法可有效地增加焊接缺陷與焊縫間的對(duì)比度，使缺陷輪廓變得清晰，其方程為： (3)式中：b(x)、a(x)分別是對(duì)應(yīng)的某列象素的最高灰度和最低灰度值。3.2.3 邊緣銳化銳化是用某種方法突出圖像的輪廓，使圖像比較清晰，易于識(shí)別。銳化的實(shí)質(zhì)是一種高通濾波技術(shù)。圖像的銳化可通過(guò)模板（亦稱算子）運(yùn)算的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。模板運(yùn)算具有

7、效果明顯、算法簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，選擇合適的模板就能實(shí)現(xiàn)邊緣銳化、邊界檢測(cè)、抽取特征、平滑濾波等目的。3.2.4 圖像反轉(zhuǎn)為適應(yīng)檢測(cè)人員的觀察習(xí)慣，對(duì)射線圖像的色調(diào)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，使得顯示的圖像與一般射線負(fù)片的圖像相似。假設(shè)反轉(zhuǎn)前及反轉(zhuǎn)后象素點(diǎn)的灰度值分別為f(x,y)、g(x,y)，則反轉(zhuǎn)方程為： (4)3.2.5 偽彩色處理猶豫彩色顏色的種類比灰度級(jí)別大得多，如果將黑白圖像的灰度值按一定的函數(shù)關(guān)系映射為對(duì)應(yīng)的彩色，則可大大提高人眼對(duì)圖像內(nèi)容的分辨能力，這就是偽彩色處理。3.2.6 其他方法圖像還有其他方法，例如直方圖變換、數(shù)字濾波等。3.3 圖像顯示與記錄經(jīng)處理后的圖像顯示在顯示器屏幕上，對(duì)檢測(cè)圖像進(jìn)行

8、評(píng)定。3.3.1 焊縫缺陷的計(jì)算機(jī)識(shí)別圖像經(jīng)預(yù)處理，二值化后，利用計(jì)算機(jī)對(duì)缺陷的邊界進(jìn)行跟蹤，從而計(jì)算出缺陷的周長(zhǎng)、長(zhǎng)徑、短徑和面積等特征參數(shù)，根據(jù)這些特征參數(shù)即可由計(jì)算機(jī)按一定的經(jīng)驗(yàn)公式自動(dòng)識(shí)別出缺陷的名稱和尺寸。由于焊縫缺陷的計(jì)算機(jī)識(shí)別的數(shù)學(xué)模型較為復(fù)雜，所以缺陷的評(píng)定仍以人工方式為主，但缺陷的定量、評(píng)級(jí)完全可由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。3.3.2 圖像數(shù)據(jù)的壓縮編碼熟字圖像的數(shù)據(jù)量龐大，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，可以更有效地對(duì)圖像進(jìn)行通信和儲(chǔ)存。射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)采用無(wú)失真的編碼算法，如RLE8或LZW算法。3.3.3 圖像存儲(chǔ)及文件格式為了便于日后的核查和檢索，數(shù)字圖像必須以文件的形式儲(chǔ)存在CD-R

9、光盤(pán)等大容量存儲(chǔ)介質(zhì)中，并保存在防磁、防潮、防塵、防擠壓的環(huán)境下。在數(shù)字化實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)中宜采用TIFF圖像格式。3.3.4 圖像存儲(chǔ)設(shè)備焊縫檢測(cè)圖像通常先存儲(chǔ)在硬盤(pán)上，待達(dá)到一定容量后用刻錄機(jī)轉(zhuǎn)錄到CD-R光盤(pán)上。CD-R光盤(pán)容量650MB，盤(pán)片價(jià)格便宜，一片CD-R盤(pán)片大約可存儲(chǔ)4200幅射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像圖像，保存期長(zhǎng)達(dá)30年以上，是目前理想的檢測(cè)圖像資料存儲(chǔ)介質(zhì)。4. 射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)程序根據(jù)計(jì)算機(jī)數(shù)字成像技術(shù)原理和在原有成像程度的基礎(chǔ)上，我廠在1998年底至1999年初開(kāi)發(fā)了一套新的射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像檢測(cè)軟件即“XTV2000數(shù)字化實(shí)時(shí)成像軟件” ，該軟件由圖像采集程序和圖像

10、輔助評(píng)定程序兩大部份組成。4.1 圖像采集程序（圖二）圖二 圖像采集程序4.2 圖像輔助評(píng)定程序（圖三）圖三 圖像輔助評(píng)定程序4.3 XTV2000數(shù)字化實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)軟件的特點(diǎn)采用Visual Basic及Borland C+ 32位混合編程技術(shù)，巧妙此地結(jié)合VB和C+程序的優(yōu)點(diǎn)，程序界面美觀、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)算速度快、效率很高，在奔騰MMX166電腦上采集一幅圖像（進(jìn)行32次連續(xù)幀疊加）僅需1.7秒。采集圖像點(diǎn)陣精度高；亮度、對(duì)比度軟件可調(diào)；采集分辨率高達(dá)800×600×8Bits，圖像質(zhì)量達(dá)到LD108-1998標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。利用圖像處理技術(shù)為圖像評(píng)定提供了灰度增強(qiáng)、降噪

11、、銳化、反轉(zhuǎn)、直方圖變換等多種輔助評(píng)定手段，有效地提高了焊縫缺陷的分辨能力，確保圖像評(píng)定的準(zhǔn)確性。圖像處理效果參見(jiàn)圖二?？蓪?shí)現(xiàn)同一焊縫中多幅圖像的連續(xù)自動(dòng)采集，檢測(cè)一條焊縫（L=1000mm）僅需要3分鐘。充分利用計(jì)算機(jī)程序，對(duì)焊縫檢測(cè)圖像進(jìn)行輔助評(píng)定，除缺陷性質(zhì)由RT級(jí)人員定性以外，缺陷的定量、定位、定級(jí)由計(jì)算機(jī)輔助程序完成，使焊縫缺陷評(píng)定工作準(zhǔn)確性和速度大大提高。評(píng)定結(jié)果納入檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理，檢測(cè)圖像由光盤(pán)刻錄機(jī)刻錄到CD光盤(pán)里，長(zhǎng)期保存。(a)(b)(c)(d)(e)圖四 圖像處理效果示例(a)原始圖像(b)邊緣銳化(c)線性灰度增強(qiáng)(d)S-T變換(e)直方圖變換參考文獻(xiàn)1) Lin P

12、iyuan, Pu Hepin: Computer images processing technology. Publishing House of Electronical Technology University, 1998.2)Zhang Hua, Some remarkable problems in popularizing ISO9000 quality systems for software engineering. Symposiums of 5th Chinese computer application congress. Publishing House of Electronics Industry, 1999. 3)inshaw D.A., Dobbins III J.T. Recent progress in noise reduction and scatter correction in dual-energy imagingJ.1995，S