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摘要：无损检测在机械、石油、化工、航空等部门有广泛的应用。X射线胶片照相检测是目前常用的无损检测方法之一，它不可避免地存在检测周期长、检测成本高、污染环境等不足。随着计算机技术的发展，新兴的计算机X射线数字化实时成像技术已在无损检测中得到了广泛应用。本文概述了计算机数字化实时成像技术原理及其在X射线无损检测中的应用情况，并介绍本厂开发的“XTV2000X射线数字化实时成像软件”的特点和在YSP－15型液化石油气钢瓶焊缝探伤中的应用情况及取得的良好经济效益。
关键词 计算机 实时成像 图像处理 X射线 无损检测
1.X射线数字化实时成像无损检测的基本原理
X射线数字化实时成象无损检测原理如图一所示，它可用两个“转换”来概述：X射线穿透金属材料后被图象增强器所接收，图像增强器把不可见的X射线检测信号转换为光学图像，称为“光电转换”；用高清晰度电视摄像机摄取光学图像，输入计算机进行Ａ／Ｄ转换，转换为数字图像，经计算机处理后，还原在显示器屏幕上显示出材料内部的缺陷性质粗糙度测量仪 http://www.cucaoduceliangyi.com 、大小、位置等信息，按照有关标准对检测结果进行缺陷等级评定，从而达到检测的目的。X射线数字化实时成像技术无论在检测效率、经济效益、表现力、远程传送、方便实用等方面都比照相底片更胜一筹，因而具有良好的发展前景。
2.系统的基本配置
X射线数字成象系统主要由X射线机、图象增强器、光学镜头、摄象机、计算机、图象采集卡、图象储存单元及检测工装等设备组成。X射线机与常规射线机有所不同，通常是采用恒电位、小焦点、强制循环冷却X射线探伤机。
2.1 计算机的基本配置
硬件配置：Intel MMX166 CPU 或更快，2D图形加速卡(4M显存)，图像采集卡（采集分辨率768×576），17” 显示器, CD－R光盘刻录机
操作系统： Windows 95或98
2.2 网络管理
为了便于工作，一般把图像的采集与图象评定分别在两台计算机上进行，两台计算机之间用对等网的形式联接起来， 采集的图像直接存放在评片机的硬盘中。利用网络技术检测图像可实现远距离传输。
3. 计算机数字图像处理方法
计算机数字图像处理方法由图像采集、图像处理、图像显示与记录三部分组成。
3.1图像采集
图像采集是指摄像机摄取图像增强器的光学图像转换为视频信号，传送至图像采集卡进行数字化，形成数字图像数据，供计算机进行处理和保存的过程。
图像采集有两个指标即灰度等级和采集分辩率。图像采集器一般使用8Bit的A/D转换器，图像的灰度为
256等级；选择较高的采集分辨率可有效地提高图像的分辨力和清晰度。采集分辨率应不低于768×576线。
3.2 图像处理方法
图像处理实质是提取图像中的特征量或特殊信息，供计算机进行分析和识别，并对图像的灰度进行变换，达到优化图像质量的目的。
3.2.1 图像叠加
图像在采集时不可避免地伴有随机噪声，影响图像质量，对于静止状态采集的检测线图像，消除噪声有效方法是连续帧叠加，只要叠加的帧数足够多，理论上可以将时间噪声完全过滤掉。连续帧叠加是图像采集过程中常用的图像处理方法。
连续帧叠加的方程为：
式中：g(x, y)为图像中某像素的灰度值，M为叠加帧数，fk(x,y)为第k帧图像象素的度值。
实验表明，M≥16时，效果已不错，正常取M＝32。
3.2.2 灰度增强
灰度增强处理是利用灰度变换技术，通过按某种规律改善图像中的灰度变化来改善图像质量的。
一般情况下图像的灰度分布范围仅集中在一个较窄的区域内，使图像的对比度差，轮廓模糊。这时可通过线性变换使图像的灰度分布扩展到256个灰度级（0～255）提高图像的整体对比度，从而提高图像的分辨能力。设原图像的灰度分布范围为A1～A2，其变换方程式为：
此外，通过合适的非线性的灰度变换（如折线型、对数型、指数型等），可以突出图像中某个灰度范围内的目标。如被称作S－T变换的非线性变换方法可有效地增加焊接缺陷与焊缝间的对比度，使缺陷轮廓变得清晰，其方程为：
式中：b(x)、a(x)分别是对应的某列象素的最高灰度和最低灰度值。
3.2.3 边缘锐化
锐化是用某种方法突出图像的轮廓，使图像比较清晰，易于识别。无损检测资源网锐化的实质是一种高通滤波技术。图像的锐化可通过模板（亦称算子）运算的方式来实现。模板运算具有效果明显、算法简单的特点，选择合适的模板就能实现边缘锐化、边界检测、抽取特征、平滑滤波等目的。
3.2.4 图像反转
为适应检测人员的观察习惯，对X射线图像的色调进行反转，使得显示的图像与一般X射线负片的图像相似。假设反转前及反转后象素点的灰度值分别为f(x,y)、g(x,y)，则反转方程为：
3.2.5 伪彩色处理
由于彩色颜色的种类比灰度级别大得多，如果将黑白图像的灰度值按一定的函数关系映射为对应的彩色，则可大大提高人眼对图像内容的分辨能力，这就是伪彩色处理。
3.2.6 其他方法
图像还有其他方法，例如直方图变换、数字滤波等。
3.3 图像显示与记录
经处理后的图像显示在显示器屏幕上，对检测图像进行评定。
3.3.1 焊缝缺陷的计算机识别
图像经预处理，二值化后，利用计算机对缺陷的边界进行跟踪，从而计算出缺陷的周长、长径、短径和面积等特征参数，根据这些特征参数即可由计算机按一定的经验公式自动识别出缺陷的名称和尺寸。由于焊缝缺陷的计算机识别的数学模型较为复杂，所以缺陷的评定仍以人工方式为主，但缺陷的定量、评级完全可由计算机来完成。
3.3.2 图像数据的压缩编码
数字图像的数据量庞大，对图像数据进行压缩，可以更有效地对图像进行通信和储存。X射线数字化实时成像系统采用无失真的编码算法，如RLE8或LZW算法。
3.3.3 图像存储及文件格式
为了便于日后的核查和检索，数字图像必须以文件的形式储存在CD-R光盘等大容量存储介质中，并保存在防磁、防潮、防尘、防挤压的环境下。在数字化实时成像系统中宜采用TIFF图像格式。
3.3.4 图像存储设备
焊缝检测图像通常先存储在硬盘上，待达到一定容量后用刻录机转录到CD-R光盘上。CD-R光盘容量650MB，盘片价格便宜，一片CD-R盘片大约可存储4200幅X射线数字化实时成像图像，保存期长达30年以上，是目前理想的检测图像资料存储介质。
4.X射线数字化实时成像检测系统程序
根据计算机数字成像技术原理和在原有成像程度的基础上，我厂在1998年底至1999年初开发了一套新的X射线数字化实时成像检测软件即“XTV2000数字化实时成像软件” ，该软件由图像采集程序和图像辅助评定程序两大部份组成。
4.3 XTV2000数字化实时成像系统软件的特点：
4.3.1.采用Visual Basic及Borland C++ 32位混合编程技术，巧妙此地结合VB和C++程序的优点，程序界面美观、操作简便、运算速度快、效率很高，在奔腾MMX166电脑上采集一幅图像（进行32次连续帧叠加）仅需1.7秒。
4.3.2. 采集图像点阵精度高；亮度、对比度软件可调；采集分辨率高达800×600×8Bits，图像质量达到LD108-1998标准规定的要求。
4.3.3.利用图像处理技术为图像评定提供了灰度增强、降噪、锐化、反转、直方图变换等多种辅助评定手段，有效地提高了焊缝缺陷的分辨能力，确保图像评定的准确性。图像处理效果参见图二。
4.3.4. 可实现同一焊缝中多幅图像的连续自动采集，检测一条焊缝（L=1000mm）仅需要3分钟。
4.3.5. 充分利用计算机程序，对焊缝检测图像进行辅助评定，除缺陷性质由RTⅡ级人员定性以外，缺陷的定量、定位、定级由计算机辅助程序完成，使焊缝缺陷评定工作准确性和速度大大提高。评定结果纳入检测数据库管理，检测图像由光盘刻录机刻录到CD光盘里，长期保存。
(a)原始图像
(b)边缘锐化
(c)线性灰度增强
(d)S-T变换
(e)直方图变换
5.X射线数字化实时成像无损检测技术在我厂的应用
我厂是国内率先应用X射线数字化实时成像无损检测技术的企业之一，到1999年为止一共检测钢瓶30000只，用X射线数字化实时成像方法检测的结果与用X射线拍片检测的结果相对照，符合率达99.6％；图像质量均能达到DL108-1998标准规定的要求，X射线数字化实时成像方法检测对缺陷的检出率为100％，中国国家质量监督局已批准我厂在钢瓶制造过程中正式实施X射线实时成象检测技术，并全面代替原来的X射线拍片检测方法。
6.经济效益分析
X射线数字化实时成像系统的检测成本仅为X射线拍片检测成本的1％，无损检测资源网1998年我厂共检测YSP-15液化石油气瓶10600只，采用X射线数字化实时成像系统进行检测，一年可节约21.8万元。我厂的X射线数字化实时成像检测系统共投资61万元，3年即可收回全部投资，可见经济效益十分可观。
过去用X射线拍片检测一只钢瓶需要2小时，而现在采用X射线数字化实时成像检测一只钢瓶仅需要3分钟， 工作效率大大提高，间接效益也十分显著。
7.标准化
1999年初我厂承担了国家质量技术监督局下达的制订强制性国家标准的任务,负责制订《气瓶对接焊缝X射线实时成象检测》国家标准，这是国内第一个关于X射线时成象的技术标准。相信随着本标准的发布和实施，X射线实时成象这一新技术会在全国得到进一步的推广和应用。
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