射线实时成像检测图像质量的改进方法

    在螺旋钢管焊缝缺陷X射线实时成像检测过程中,所获得的X射线焊缝图像存在对比度不高、灰度分布不均衡和图像噪声大的特点;同时由于被测焊缝一直是连续运动的,导致图像存在一定程度的动态模糊等不足,故需在图像处理之前考虑提高原始图像的质量。

1　决定成像质量的参数

    评价实时成像图像质量的参数有系统分辨率、系统细节对比度、系统总的不清晰度以及噪声^[1]。

1.1　系统分辨率

    系统分辨率是系统客观性能的反映,与检测工艺方法无关,故也称为固有分辨率。随着设备的老化,系统分辨率会衰退,因此需用分辨率测试卡定期进行测试。

1.2　对比度

    对比度是指被检试件厚度或密度变化引起图像与背景之间的灰度差。在实时成像检测中,影响对比度的有主因对比度和成像几何条件。对比度公式为:

    式中可见,ΔD与缺陷尺寸有关,某些情况下还与透照方向有关。对于具有方向性的面积型缺陷(如裂纹和未熔合等),透照方向与ΔD的关系特别明显。为提高成像对比度,必须选择适当的透照方向或控制一定的透照角度。衰减系数μ与工件材质和射线能量有关。在材质一定的情况下,透照的射线能量越低,μ值越大,因此在保证射线穿透力的前提下,选择能量较低的射线进行成像,可以增大对比度。另外,透照时采取有效措施控制和屏蔽散射线,即减小散射线比n,也可提高对比度。

    对小缺陷,成像的几何条件会影响其对比度。所谓小缺陷,是指横向(垂直射线束方向)尺寸远小于射线源焦点尺寸的缺陷(包括点状缺陷和线状缺陷)。影响对比度的成像几何条件主要是射线源焦点尺寸、射线源到缺陷的距离和缺陷到胶片的距离。

1.3　系统总的不清晰度

    清晰度通常用不清晰度来衡量。不清晰度分为固有不清晰度、几何不清晰度和动态不清晰度。固有不清晰度是设备固有的技术参数,如图像增强器转换效率等。动态不清晰度是由工件移动而引起的不清晰度,其中的决定因素是X射线的激发率、荧光屏上荧光物质的衰变时间(毫秒级)、成像部分的延迟时间或扫描时间(30帧/s的帧速)。人眼的积累时间大约需要0.2 s。

1.4　噪声

    X射线检测图像中包含了很多的噪声信息,如X射线源噪声、图像增强器转换噪声、CCD摄像机噪声、传输过程噪声、图像采集卡噪声等。噪声的存在对图像的分析和处理非常不利,特别是影响了缺陷的检测精度,因此必须对图像进行降噪。降噪有硬件滤除散射线和软件滤波等方法。