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图像分割技术在射线检测中的应用
【来源/作者】奥科官网 【更新日期】2017-01-22

1射线探伤与数字图像处理

X射线照相底片,由于几何不清晰度、固有不清晰度、散射线等原因,降低了底片上图像清晰度的对比度。底片上的灰雾掩盖了缺陷的细微特征。数字图像处理首先建立一个图像的数字模型,即将连续图像进行空间采样组成数字矩阵,然后经一系列数字处理,最后转换成人眼能识别的连续图像。为了适应于计算机的处理,图像函数f(x,y)的空间坐标和幅度大小都要数字化。空间坐标(x,y)的数字化叫做图像取样,幅度数字化则称为灰度级量化。

2图像分割

所谓分割是按照一定的规则将一幅图像或景物分成若干个部分或子集的过程。这种分割的目的是将一幅图像中的各成分分离成若干与景物中的实际物体相对应的子集。

图像分割的基本概念是将图像中有意义的特征或者需要应用的特征提取出来。这些特征可以是图像场的原始特性,如物体占有区的像素灰度值、物体轮廓曲线和纹理特征等;也可以是空间频谱,或直方图特征等。在对应于图像中某一对象物的某一部分,其特征(灰度、色彩、纹理等等)都是相近或相同的,但在不同的对象物或对象物的各部分之间,其特征就急剧发生变化。不同种类的图像,不同的应用要求所要求提取的特征是不相同的,当然特征提取方法就不同,因此并不存在一种普遍适用的最优方法。

2.1图像阈值分割

图像阈值分割是一种广泛使用的图像分割技术,它利用了图像中要提取的目标与其背景在灰度特性上的差异,把图像视为具有不同灰度级的两类区域(目标和背景)的组合,选取一个合适的阈值,以确定图像中每个像素点应该属于目标还是背景区域,从而产生了相应的二值图像。阈值分割不仅大量压缩数据,减少存储容量,而且能大大简化在其后的分析和处理步骤。

设原始图像f(x,y) ,以一定的准则在f(x,y)中找到一个合适的灰度值作为阈值t,则按上述方法分割后的图像g(x,y)可由下式表示:

由此可见,要从复杂的景物中分辨出目标并将其形状完整地提取出来,阈值的选取是阈值分割的关键。如果阈值选取过高,则过多的目标点被误归为背景;阈值选得过低,则会出现相反的情况。常用的阈值选取方法有直方图阈值分割法、多阈值分割法、模糊阈值分割法。

2.2直方图阈值分割

图像的灰度级范围为0,1,……,N- 1 ,设灰度级i的像素有ni,灰度级i出现的概率定义为:pi=niN

灰度直方图即为灰度级的像素数ni与灰度i的二维关系,它反映了一幅图像上灰度分布的统计特性,成为利用像素灰度作属性的分割方法的基础。前者Prewitt提出了直方图双峰法,即如果灰度级直方图呈明显的双峰状,则选取双峰之间的谷底所对应的灰度级作为阈值。设待分割的图像f(x,y),其直方图如图1所示。F(x,y)的灰度范围是

[Z1,Zk],由图可见在灰度级Zi和Zj两处有明显的峰值,而在Zt处是一个谷点。一般情况下,这是一幅在暗的背景上有着比较明亮物体的图像。合理选择Zt使B1带内尽可能包含物体相关的灰度级,而B2带内则尽可能包含和物体相关的灰度级。

3利用Photoshop对探伤图片进行处理

在射线探伤中,焊缝缺陷常见的有气孔、夹钨、裂缝、烧穿、咬边、凹陷、未熔合和未焊透等。铸件缺陷常见的有裂缝、气孔、疏松、冷隔和夹杂等。首先将探伤图片数字化,如图2所示。

3.1对夹钨缺陷图像的处理

焊接过程中把钨熔融在焊缝金属内形成钨夹杂。由于钨的原子系数和密度都比铁大,所以他对射线的吸收比铁大。在底片上,钨夹杂呈现不规则的黑度较低的亮点。图3为一张钨夹杂的探伤图片,其直方图如图4所示。

由原始图像可知,缺陷特征影响相当模糊,几乎不可见。现在通过图像处理来使之清晰。但是鉴于这张图片上的标记的影响,且缺陷特征影响过于微小,直接对图像进行阈值分割毫无作用,因此我们可以对特定区域进行处理,而其他的部分则不做处理。

首先选定要处理的缺陷部分,缺陷周围的像素灰度尽可能接近。如图5所示,对右边的缺陷进行处理。选定范围。该子区域直方图如图6所示。

对其进行锐化处理,锐化时所选取的参数为数量217%,半径为54.5,阈值为7。对该子区域进行阈值分割,得到的效果如图7所示。如法炮制,对另外一个特征影像进行分区阈值分割。得到最后的效果图如图8所示。采用分区分割,是处理当图片灰度不均匀时宜采用的方法。

3.2对气孔缺陷图像的处理

焊缝缺陷中的气孔分为分散气孔和密集气孔。分散气孔是由于焊条不干燥、焊接处不干净等原因所致。分散气孔分布不均匀且无规律,大小也不相等。在底片上多呈现圆形的黑点,其中心黑度大,边界黑度小。图9为一张分散气孔的图片及其直方图。

首先对其进行去色、去斑处理,对图像进行锐化处理,选定参数为数量157%,半径为8.6像素,阈值为0。用阈值命令对图像进行分割。选定参数为128,如图10(b)所示。最终处理结果见图10(a)所示。其中气孔的特征影像黑点非常清晰,便于评片者评片。

4结论

图像分割技术是一门发展中的学科,本文利用Photoshop对实际探伤图片进行分区分割处理,取得了不错的效果。通过对数字探伤图片的分割处理,使图像特征缺陷一目了然,方便了评片者对工件的缺陷等级评定,提高了评片的准确性与方便性。阈值分割不仅大量压缩数据,减少存储容量,而且能大大简化在其后的分析和处理步骤。随着分割技术的进一步发展,分割技术在检测中的作用将越加显得意义重大。

摘自:中国计量测控网


【关键词】X射线,图像分割,奥科官网,北京世纪奥科 

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