工业CT断层图像缺陷检测的可视化方法研究

　　1引言

　　大型工业CT检测设备是当前各国高科技领域竞争迫切需要的尖端检测设备，被广泛用于检查发动机、浇铸件、复合材料结构和监测老化情况。其中对材料和设备的裂纹、气孔、针孔和夹杂的缺陷进行无损检测，完成某些部件的厚度和密度的参数测量是这类设备的主要应用之一。计算机断层成像技术CT (ComputedTomography)是这类设备的核心技术，它通过扫描物体获得多个投影数据，经过计算机重建处理(如卷积反投影)后，得到物体的横断面图像。

　　CT断层图像具有较大的动态范围和较高的空间分辨率以及反差灵敏度，但使得常用图像处理与显示方法在处理CT断层图像方面存在一些局限性。提出的三维可视化检测方法，将计算机图形学中的可视化技术应用到CT断层图像检测领域，能够充分利用二维断层灰度图像的信息，通过三维视觉效果提供一种较好的缺陷检测方法。

　　2常用的断层图像处理方法

　　CT断层图像通常为12bit或者166it的灰度图像。在对断层灰度图像进行归一化、背景淡化和镜像操作处理后，进行直方图均衡、滤波、边缘增强、灰度变换等图像处理，将图像输出到屏幕。

　　伪彩色变换方案在灰度图像检测方面获得广泛应用。人眼只能分辨几十种不同深浅灰度级，但能分辨几千种不同的颜色。伪彩色变换将灰度图像中的不同灰度值区域赋予不同的颜色，对于人眼来说，增强了视觉效果。在灰度图像的检查系统中，选择合适的伪彩色方案，往往能够突出待检测物体的某些部位或特征，获得良好的检查效果。

　　然而，在灰度图像转换为伪彩色图像时，像素灰度值的物理意义既然被特定的色彩所代替，这种灰度到色彩的映射关系使得像素的具体灰度值大小在显示图像上就失去了意义。也就是说，检查人员无法从显示的伪彩色图像看出原来图像中像素的灰度值的大小，只能看到灰度的分布情况。

　　3 CT断层图像的三维可视化

　　将图像看作在三维空间中的二维表面的思想很早就有了〔1〕，近年来Kimmel等将其做了进一步发展，并在理论上提出了利用高维空间进行图像处理的低级计算机视觉应用框架[2-3]，并成功的实现了图像的平滑与增强。由于光照条件、距离远近、成像系统等多方面的影响，普通图像的成像过程是很复杂的，在图像中同一种物体的颜色值或灰度值的差别很大，在三维空间中的表面形状很难直观的反映物体的性质。所以将图像作为二维表面进行显示的应用很少。

　　CT断层图像是物体内部某个截面的X射线穿透性质的数据，也就是CT数阵列。由于X射线的穿透性质是物体的一种物理性质，如果不考虑噪声的影响，同样的物质在断层图像上应该具有相同的灰度值。也就是说，断层图像的灰度值是截面上物体的特征值，其在三维空间中的二维表面是这个截面的特征空间表现。所以将这种可视化方法引入对CT断层图像的分析，应该可以取得较好的效果。