射线实时成像检测系统标定及定量分析方法的研究

　　1　前　言

　　长期以来,在工业探伤领域普遍使用的仍然主要是胶片摄影法。为了改善操作人员的工作条件,提高检测工作的效率,研究开发适合工业探伤需要的射线实时成像检测技术,无疑具有重要的意义[1]。一般来讲,射线实时成像检测系统包括射线透射、图像增强、光学成像、数字量化等多个环节,为了进行缺陷的定位与测量,需对上述系统进行标定[2]。本文从射线实时成像检测系统的特点出发,对系统的标定进行较为详细的讨论,并在此基础上研究相应的缺陷定位与测量方法。

　　2　射线实时成像系统的标定

　　在胶片照相法检测中,底片上缺陷的大小可直接量出,由放大比关系即可求出缺陷的大小;而在实时成像法检测中,缺陷的大小是以像素为单位进行衡量的,故在测量前必须进行标定。理论上讲,若能够正确确定上述各成像环节的参数,即可准确地由图像求出缺陷的大小;但实际上我们只关心系统被测面与像面间的变换关系,即需对以上过程进行简化。在实时成像法检测中,缺陷的大小是以像素为单位进行衡量的。为此,我们已对实时成像系统的成像过程进行了详细分析。但应该指出,由于射线检测的实际特点,一般情况下,我们只需对其二维投影进行分析。在此,我们以摄像机光学透视中心为原点,x、y轴方向分别沿与像面平行的水平和垂直方向建立坐标系。对于平板型或类似被测物,其成像模型可以简化为

　　式中(x0,y0)为被测点坐标;kx、ky为x、y方向的比例系数;ns、ny分别为像面上x、y方向的像素位置坐标;D~x(x0,y0)、D~y(x0,y0)为实际像差,由系统空间布局和成像像差决定。

　　对于上式中各个参数的值,我们可由工件上点与像面上点的对应关系求出。严格来讲,对按上节方法建立的坐标系,工件坐标x0、y0值并不易得知,但一般而言,我们并不需要精确地逐点求取以上坐标值。事实上,一般情况下我们可忽略成像过程中的像差,只需确定工件位置与像面位置处的二维相对变换关系,即只需确定二者在线度上的变换关系。对于需要准确定出被测点三维坐标的情况,事实上也可转化为上述问题。为此我们只要在被测面附近标定一参考点。由下面方法,我们可以得知被测点与参考点的相对位置,由此即可确定被测点的绝对位置。下面我们仅以单方向为例进行讨论。

　　在此,我们可采用阶梯形块[3],从所采集图像中求出与标定块上两已知点对应的像素位置,与实测的L值相比较,即可求出工件坐标与摄像机坐标间的变换关系,其变换系数为

　　事实上,标定过程中存在着许多不确定性因素的影响。图1所示分别为边缘不清晰和内部位置的不确定,其中,s为射线源, Uv为由工件边界高度造成的不清晰度,A1~A2,B1~B2为工件上点,Ai~Bi为其在像增强器输入屏上的投影,H为射线源到增强器输入屏的位置,T为工件厚度,H2为工件底面到输入屏的距离,L0和Li分别为内部缺陷的实际长度和投影长度。h为缺陷到输入屏的实际距离。