数字射线影像与胶片影像评定的差异

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(1.廊坊北检无损检测公司，廊坊 065001;2.中国石油天然气管道局第一工程公司，廊坊 065000 3.北京合聚信达科技有限公司，北京 102218)

在无损检测射线检测方法中，根据成像介质不同可分为常规胶片照相和数字射线成像两大类。两种影像的形成机理相同，都是透过工件的射线强度分布的投影，一个是形成以银粒子为载体的底片图像，一个是形成数字化的影像文件。底片通过观片灯人工评定，数字影像通过计算机人工评定。两者的方法标准不同，评定标准相同，人们容易理所当然地认为评定方法也相同，进而往往会忽视数字影像评定方法的特殊性，忽略了计算机对人眼的增强作用，而没有充分发挥计算机的辅助作用。笔者对两种检测技术影像的技术指标和测量技术的差异进行了分析。

1 数字影像与底片影像的差异

表1为数字影像与底片影像在评定时的差异，数字射线影像与底片照相影像评定过程中测量技术及环境要求的差异如表2所示。

2 影像处理技术的差异

胶片照相中的描述底片影像质量的主要指标有：对比灵敏度、不清晰度、颗粒度。在数字影像中主要指标有对比灵敏度、图像空间分辨率、归一化信噪比[1]。除了共同的灵敏度和标识要求以外，底片合格与否往往只看黑度是否超标，有无划伤，对颗粒度不再做评判;而数字影像是否合格是通过归一化信噪比和灰度范围数据精确测量的。

表1 技术指标方面的差异

表2 测量手段和环境要求的差异

2.1 灰度调整

数字影像首先是灰度可十分方便地调节，而底片是固定黑度，想改变观感(透过底片的光强度)，只有调整观片灯的亮度来实现；在实际操作中亮度的提高是比较困难的，通常只能分普通亮度和高亮度两档调节，黑度5.0以上难以观察[4]。

2.2 对比度调整

数字影像的对比灵敏度一般要优于底片影像的，而空间分辨率低于底片影像的，数字影像可以通过电脑的影像处理来提高人眼的识别能力，同样的条件，原来的底片上看不清楚的缺欠，通过数字影像处理技术可被人眼更容易地捕捉到，从而提高了数字影像的缺欠识别能力。

2.3 动态范围

数字影像处理是一种专门的计算机软件技术，有着复杂的算法，涉及到影像的灰度、对比度、影像识别、彩色饱和度等。作为无损检测用的数字影像则相对简单，都是灰度影像，影像模数转换位数一般都能达到12 bit，形成的灰度等级为4 096级，而底片上影像能达到2 000级，但是，在0～255所表示的图像灰度显示系统中，人眼的灰度识别等级约30～50级，这样在观片条件不可调的情况下，只有少量的灰度影像被人眼识别出，而数字影像则能通过计算机图像处理来改变窗口宽度、窗口位置，使评定者具备了识别出这6万多个灰度等级的能力[5]。数字影像的宽容度相当于底片宽容度的10倍,一张CR数字影像相当于10张胶片底片影像内容的叠加。

2.4 灰度测量

数字影像由于能很方便地对小区域进行灰度的测量，并且具有很宽的线性灰度，更容易通过灰度间接测量出工件或缺欠处的厚度(对于板型工件测厚比较理想，但是对于非板型工件的实拍误差较大)。因此，数字影像的评定可以解决过去“深孔难测”的问题，这点比底片评定更加有根据。当需要测量底片上直径小于2 mm的点(如气孔，未熔合等)的黑度值时，普通密度计难以实现，而数字影像则很容易测量。

图1 单丝像质计定量识别原理

2.5 灵敏度的精确测量

利用瑞丽判据方法可实现对单丝像质计的定量测量。该方法被用于双线型像质计的识别中，可以通过研究，确定一个适当的值，如图1所示。比如：当单丝灰度与附件母材灰度差达到20%以上时，认为是可以识别，反之则认为不可识别。这个方法也可以应用到未来的自动评定中。

2.6 灰度幅值包络线辅助分析

对于缺欠边界过渡区黑度变化的识别有利于缺欠的定性，而底片影像则无能为力，需完全依靠人的感性认识。数字影像可以利用软件里的厚度测量辅助工具，显示影像过渡区灰度的幅值包络线，以实现任意焊缝横断面上的灰度投影，相当于超声波中的A扫描视角，检验人员可以根据其变化规律对缺欠辅助定性。常见缺陷的数字影像图片示例如图2～6所示。

图2 气孔

图3 侧壁未熔合

图4 非开口侧壁未熔合

图5 开口侧壁未熔合

图6 根部未熔合

3 影像处理的各种效果

数字影像中应用到的影像处理方法(也称为滤镜)，有缩放、灰度调整(窗位)、对比度调整(窗宽)、边缘锐化、浮雕、平滑处理等[6]，这些方法都能提高人眼的灰度对比识别能力，从而提高小缺欠的识别能力，这是数字射线检测方法的最大优点。影像处理前后的对比如图7～10所示。

图7 影像边界锐化处理前后的效果对比

图8 影像浮雕处理前后的效果对比

图9 影像灰度及对比度调整前后的效果对比

图10 影像原始图像与部分滤镜效果对比

4 结论

(1) 提出了一种新的辅助定性方法“剖面灰度曲线法”，使射线评片不仅是从俯视图上看缺欠的外观轮廓，还可从焊缝横截面方向观察灰度变化曲线，以进行辅助定性，从而利于缺欠的准确定性。

(2) 在缺欠的定量测量方面，提出了可通过测量缺欠的自身高度来定量的思路，建议将缺欠高度作为缺欠评定标准中的一项评定指标。

(3) 在灵敏度测量方面，提出了利用瑞丽判据实现灵敏度定量化测量的方法。

(4) 展示了数字图像的特殊滤镜处理效果，得出了计算机图像处理能提高人眼的灰度对比识别能力，从而提高小缺欠的识别能力的结论。

数字技术引入到射线照相领域，提高了无损检测的质量和效率。数字射线的评定手段多种多样，远较常规射线评定手段高效而灵活，将给数字射线的推广应用带来益处。文章所述原理也可用于计算机自动评定软件的开发，为未来的影像自动评定提供一个新思路。

参考文献：

[1] 郑世才.数字射线检测影像质量[J].无损探伤，2016,40(1)：14-17.

[2] 黄新超，娄旭耀.工业射线照相底片观片灯的发展[J].无损检测, 2017, 39(6):61-64.

[3] 郑世才.数字射线检测技术专题(三)成像过程基本理论[J].无损检测,2012,34(3):42-46.

[4] 李衍.数字射线图像质量评析[J].中国特种设备安全，2016，32(10)：10-20.

[5] 安晓东，陈静.人眼识别方法综述[J].电脑开发与应用，2006(12)：132-137.

[6] 夏良政.数字图像处理[M].南京:东南大学出版社，1999：5-124.