X射线检测实时成象与计算机图象处理技术的研究及应用

一.前言

X射线照相检测方法是目前最常用的无损检测方法，因其具有直观、准确、可靠、档案可长期保存等特点而在无损检测的领域里有着广泛的应用。但是，不可否认它存在着检测工序多、检测周期长、操作人员劳动强度大、大量耗费X射线胶片和化学药品、检测费用高、并伴有一定环境污染告示不足。同时，底片质量的好坏对探伤结果的准确性有很大的影响，粗糙度测量仪底片的存放条件严格，并需要占较大的空间，检测结果的评定受人为因素的影响较大。因此，在当前科学技术快速发展的今天，使原有X射线检测方法既要保留原有的优点，又要有所创新和突破，开展X射线检测实时成象与计算机图象处理技术课题的研究是一项很有意义的活动，它得到了上级主管部门、科研单位、高等院校及企事业单位的大力支持。

随着现代计算机技术的广泛应用和工业电视技术的日臻成熟，八十年代中期开始，国际上争先研制开发不同类型和功能的“X射线检测计算机实时成象处理系统”，使该技术研究已成为一个热门课题。国际焊接学会（IIW）先后提出了5份实用的X射线检测实时成象系统的研究报告，有关国家制定了相应标准和应用守则，如英国BS7009-1988，美国ASTM E1000-89，对系统的标准化和检测方法提出了有益建议和推荐方法，并取得了较好的成效。为跟踪世界无损检测学科这一前沿课题的发展潮流，近年来国内一些科研单位与企业合作，相继开展了这方面课题的研究，并取得较好的成效。

二.概述

X射线检测实时成象及计算机图象处理技术（简写为XRTIP）的工作原理是将光电转换技术和计算机数字图象处理技术相结合，把不可见的X射线图象经增强方法转换为可见的视屏图象，再经计算机机对图象进行数字化处理，使视屏图象的对比度和清晰度达到X射线照相底片的影象质量，从而提高了探伤灵敏度和缺陷识别能力，探伤结果可用计算机进行智能化评定，图象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射线探伤方法的智能化和自动化，其工作原理见图一。

“X射线检测计算机实时成象及计算机图象处理系统”，由“X射线工业电视实时成象系统”（XRTIP）和“计算机数字图象处理系统”（PC）两大部分组成。在“X射线工业电视实时成象技术”的基础上，大量运用了计算机图象处理新技术，如数字图象处理方

法，图象噪音消除方法，S-T图象变换方法，焊缝缺陷模式识别方法等，因此，使XRTIP在性能上比XRTI有了很大的提高，主要表现为：

1.提高了系统的检测灵敏度和清晰度

XRTI对钢材检测相对灵敏度仅有3-5% 。由于其灵敏度低，一些细小的缺陷难于发现，因而限制了它的推广应用；而XRTIP则用计算机对XRTI图象质量作再处理，使其相对灵敏度提高到1.0-2.0% ，达到了GB3323-87标准中AB级的图象质量要求，由于采取了图象放大方法，图象总清晰度指标可达16LP/cm（线对/厘米）以上，从而使XRTIP技术进入实际应用的阶段。

2.图象噪声小

XRTI用于工业现场检测时图象质量不可避免地受到各种环境噪音及系统噪音的影响，使图象质量下降，至使检测结果误判或漏检，而XRTIP则利用计算机图象处理技术有效抑制或消除图象噪声，无损检测资源网使图象质量可与X射线照相底片相媲美。

3.检测资料可长期保存

XRTI的检测图象是审时动态图象而难于保存，而XRTIP通过计算机将工业电视瞬时图象转换数字量化静止图象，可长期保存在计算机磁带或激光磁盘中，图象经计算机再处理具有还原查询、编缉、转储、模拟打印、拷贝等功能，多次调出图象不失真，实现了X射线探伤资料管理的电脑化和自动化。

X射线检测计算机实时成象技术与常规的X射线照相方法比更具优越性，它除了保留了照相方法的优点（直观、准确、可靠、档案长期保存）之外，克服了照相方法某些不足，例如XRTIP只需要磁带，不需要胶片和湿、定影药水，成本较低计算机评片不受人为因

素干扰，因为它是实时成象，不需要拍片和暗室处理等烦琐工序，一次完成探伤的全过程，因此，特别适用于生产批量较大、检测对象相对固定、工艺比较规范的产品，如锅炉、压力容器、螺旋焊管、电器元件、机械零件、非金属材料（如耐火材料）的射线探

伤。

三.XRTIP系统的设备特点

1.X射线源

在X射线照相片中，胶片的感光是一个较长时间能量的积累过程，普通交流电半波整流X射线机即能满足要求，交流电周波变化对胶片感光质量的影响不大。而XRTIP它是基于光电转换原理，要求瞬间（约1/25）摄取一幅静止的图象，并且要多次连续重复摄取，

因而，常用半波整流电源已不能满足要求，而要求采用恒位直流稳压X射线探伤机，管电压不稳定度不大于2% ，管电流不稳定度不大于2% 。

2.小焦点X射线管

X射线焦点尺寸对成象质量影响很大，采用小焦点（≤0.6×0.6mm）时能获得较高的对比度（灵敏度）和清晰度（含几何不清晰度），采用微焦点（≤0.1×0.1mm）效果更好。但是随之而来的是对X射线的功率和控制方法提出更高的要求。

3.图象增强器

由于小焦点产生的X射线能量较小，且X射线图象是不可见的隐含图象，要把它转换可见的显含图象，一方面要把图象能量增强，一方面还要进行图象显示转换，才能被摄象机所接收。因此，要在X射线源与摄象机之间加一个图象增强器。

4.电视摄象机

增强后的可视检测图象要经过高分辨率的工业电视摄象机摄取，才能将信号输到工作电视监视器上显示和输入计算进行数字化处理。

5.电视监视器

使用高清晰度的电视监视器将图象显示在屏幕上，以对图象进行分析评定。

6.计算机

要求具有图象字数化处理功能的微型计算机。为了要求较快的运算速度，通常选用386或486型微机。

7.其他设备

还有一些其他辅助设备，如控制台、磁带机等。

四.软件

为了使以上设备（硬件）能正常发挥功能，还需要一套高效的工作程序（计算机软件）来支持整个系统的正常运转。软件特点为汉语菜单提示，人机界面友好。一般探伤人员经过短期培训都能上机操作。检测用数据库管理，检索、查询方便、灵活。应用计算机

图象彩色处理技术，具有增强对比度、边界锐化、图象放大功能，使细小缺陷易观察、分辨，降低误判和漏检率。利用计算机辅助评片软件，使评定结果更加快速、准确。计算机辅助评定，定性、定量、定位、定级准确，检测结果计算机打印，大大地减轻了人工评片的烦琐程序和劳动强度，提高了工作效率。计算机在X射线检测中得到充分运用，标志着射线探伤技术发展迈向了新水平。

五.图象质量

XRTIP技术能否用于工业现场的检测，换句话说，它能否代替拍片探伤，至关重要的是取决于XRTIP的自身图象质量。如同射线照相法用灵敏度和黑度来描述底片质量一样，XRTIP则用灵敏度和清晰度来衡量图象质量。

1.灵敏度

象质计灵敏度是反映视屏图象对比度的主要指标，其测试方法如同射线照相方法一样，象质计放置于工件离射线源较近的一侧表面上，其象质指数要求符合GB3323-87标准的规定。

2.清晰度

由于监视器屏幕的图象是由许多灰度等级不同的象素组成的，无损检测资源网由于象素质具有一定尺寸，且荧光屏内的荧光物的颗粒度比胶片的卤化物的颗粒要大得多，在面使图象的清晰度受到影响。由射线照相灵敏度理论可知，金属丝象质计灵敏度主要取决于对比度，而对象裂纹、未焊透等要求检出灵敏度较高的平面缺陷则更多地取决于图象的清晰度。图象清晰度通常用分辨率来描述，规定在一定宽度范围内能分辨清楚若干对金属丝来表征，单位是“线对/厘米”（LP/cm），可用分辨率测试板来测试。由于GB3323-87标准尚无分辨率指标的规定，参考国外资料，对于试件厚度低于20mm的钢材，其分辨率不低于16LP/cm即可满足检测要求。IIW和英国BS标准推荐使用Pt-W双丝象质计来测定图象不清晰度，以能清楚地分辨出一对金属丝的直径和单元距间之和来表征，其单位是毫米，例如英国BS7009S标准推荐：厚度低于20mm的试件的钢材，其相应的总不清晰度不大于0.25mm。

六.提高图象质量的方法

X射线工业电视（XRTI）图象是实时的和动态的，因受各种硬件的制约，其图象质量难于达到规定的质量指标，在引进计算机图象数字化处理技术之后，图象质量可得到大大改善，从而使XRTIP图象可与常规的照相底片相媲美。

常用的处理方法有：

（1）图象积分叠加（噪音平均化）；

（2）图象勾边锐化（使图象轮廓鲜明）；

（3）照射场平整（图象平整，降低对比度）；

（4）对比增强（增强灰度等级）；

（5）伪彩色处理（用多种色彩来显示缺陷）。

此外，改善探伤工艺条件也是提高图象质量主要途径。