Рентгеновские методы
УДК 620.179.15
КОМПЬЮТЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
ПО ИЗОБРАЖЕНИЮ КАНАВОЧНОГО ЭТАЛОНА
Р.А. Воробелъ, Н.В. Опыр, З.А. Бернык, O.P. Берегуляк
При определении чувствительности рентгенографического контроля сварных соединений по канавочному эталону обычно проводится компьютерный анализ яркостей вдоль продольной линии, проведенной по середине рентгеновского изображения эталона. Предлагается анализировать не кривую яркостей по линии, проведенной вдоль эталона, а определять эти яркости усреднением уровней серого отрезков, параллельных меньшей стороне эталона. Для определения координат точек, принадлежащих отрезкам, используются методы выделения границ объектов на изображении и преобразования Хафа. Чувствительность рентгеновского контроля определяется с учетом закона восприятия Вебера-Фехнера, а также значения градаций уровней серого канавок и их окружающего фона, вычисленных по предложенной методике.
ВВЕДЕНИЕ
Согласно действующим стандартам на радиографический контроль сварных швов [1], в большинстве случаев регламентируется параметр чувствительности контроля. Перед тем как анализировать снимок необходимо установить его пригодность к дальнейшему анализу, определяя чувствительность контроля. Так, согласно проведенным исследованиям [2], из 145 проанализированных снимков 81 изображение не отвечало нормативным требованиям. Качество снимков, получаемых в рентгенографической дефектоскопии, зависит от основного параметра — оптической плотности. Оптические характеристики снимков измеряют при помощи денситометра. На основании оптических и геометрических параметров канавочного эталона чувствительности и основного фона металла оценивается качество рентгеновских снимков сварных соединений [3].
Для повышения достоверности результатов рентгенографического контроля и минимального влияния человеческого фактора при оценке качества снимков и расшифровке результатов контроля сварных соединений применяют компьютерную технику и специально разработанное программное обеспечение, предназначенное для автоматизированной оценки качества снимков и их анализа, учитывающее требования нормативных документов. Создано множество систем радиографического контроля с цифровой обработкой изображений радиографических снимков сварных соединений. Полный обзор таких систем и основные требования к программному обеспечению приведены в работе [4].
Одним из основных этапов обработки изображений снимка в каждой системе является анализ калибровочного эталона чувствительности, по которому определяется чувствительность радиографического контроля в целом. Используются эталоны разных типов [5]. Ввиду отличия их раз-
Роман Антонович Воробель, доктор техн. наук, зав. отделом математических методов и систем преобразования информации Физико-механического института НАН Украины им. Г.В. Карпенка. Тел. +380(32) 263-82-86. E-mail: vorobel@.ipm.lviv.ua
Наталья Васильевна Опыр, канд. техн. наук, старший научный сотрудник Физико-механического института НАН Украины им. Г.В. Карпенка. Тел.+380(32) 229-68-03. E-mail: nopyr@ipm.lviv.ua
Зиновий Андреевич Бернык, канд. техн. наук, начальник лаборатории качества сварных соединений и диагностики, Управление магистральных газопроводов "Львовтранс-газ". Тел. +380(32) 455-57-54.
Олена Романовна Берегуляк, ведущий инженер Физико-механического института НАН Украины им. Г.В. Карпенка. Тел. +380(32) 229-68-03. E-mail: oberehulyak@ipm.lviv.ua
6 Дефектоскопия, < 5, 2009
меров и форм к каждому типу эталона необходим индивидуальный подход при обработке его изображений. Наиболее распространен в странах СНГ канавочный эталон [1]. Остановимся на анализе этого эталона, используя аппарат обработки изображений и распознавания образов для автоматического определения чувствительности рентген-контроля сварных соединений. Данные проведенных исследований можно использовать также для вычисления глубины дефектов.
пл
А
I и Ц I
А
а
ь
С VII.
а
Рис. 1. Канавочный эталон:
а — по ГОСТ 7512; б — визуальное представление на мониторе; в — распределение уровней серого вдоль линии, показанной на рис. 16.
о г
о р
е с ь н е
х
о £
тШ^А¡ттРГ
Длина эталона
а
Ь
Схематическое изображение одного из канавочных эталонов показано на рис. 1а, а размеры приведены в табл. 1. Визуальное представление на мониторе эталона на радиографическом снимке показано на рис. 16. Реальные изображения канавочных эталонов зашумлены, сказываются геометрическая нерезкость, неравномерная интенсивность фона.
Таблица 1
Параметры эталона, мм
Номер Глубина канавок Я, не а Ь с Н ь
эталона н, Н2 Нз Н4 Н5 Нб больше Номин. Номин. Номин. Номин. Номин.
1 0,60 0,5 0,40 0,3 0,20 0,10 0,1 2,5 0,5 10 2 30
2 1,75 1,5 1,25 1,0 0,75 0,50 0,2 4,0 1,5 12 4 45
3 3,00 2,5 2,00 1,50 0,3 6,0 3,0 14 6 60
4,00 3,5 — — — —
В существующих автоматизированных системах анализа рентгеновских снимков сварных соединений чувствительность радиационного контроля определяется как наименьшая глубина выявляемой на снимке канавки и рассчитывается согласно ГОСТ 7512. Как видно из графика распределения уровней серого (рис. 1в), определить значения уровней серого, соответствующих выявляемым канавкам, проблематично. В работе
[6] предлагается использовать вероятностный расчет наиболее представленного ряда значений уровня серого поверхности эталона для построения расчетного эталона, который должен получиться на снимке. Такая технология [6, 7] позволяет только частично автоматизировать процесс определения чувствительности.
Предлагается технология автоматического определения чувствительности радиографического контроля по канавочному эталону. При этом основным параметром для анализа выступает усредненное значение всех уровней серого (4) вдоль к-го отрезка, расположенного на линии, параллельной меньшей стороне эталона. Принятие такого решения стало возможным благодаря использованию математического аппарата обработки изображений и распознавания образов, что позволило определить интегральную оценку яркости в окрестности, уменьшая влияние шумов на результат. Новая технология обработки радиографического снимка состоит в последовательном выделении и анализе изображения канавочно-го эталона, вычислении градаций серого канавок и окружающего фона, в определении чувствительности контроля.
ВЫДЕЛЕНИЕ И АНАЛИЗ ИЗОБРАЖЕНИЯ КАНАВОЧНОГО ЭТАЛОНА
Основные этапы обработки изображения эталона:
1. Локализация области канавочного эталона на изображении и выделение границы эталонного образца.
2. Использование метода Хафа для определения уравнений линий, на которых расположены стороны эталона.
3. Вычисление средних уровней градаций серого вдоль отрезков, параллельных меньшей стороне эталона и ограниченных большими сторонами эталона. Ми считаем, что значение величины 1к является параметром, который описывает профиль эталона чувствительности лучше, чем значение градации серого на прямой, проведенной вдоль образца через его середину.
Рассмотрим каждый этап обработки более детально и проиллюстрируем работу алгоритмов на примере эталона, изображенного на рис. 1б.
Выделение границы канавочного эталона. Для выделения резких перепадов уровней серого, что характерно для границ объектов, используются известные операторы Собела, Робертса, Лапласиан, Канни и др. [8]. Выбор вида оператора зависит от природы изображения, его зашумленности. Хороший результат дает оператор Канни [9], который сохраняет границы, частично сглаживая шумы на изображении. Выбирая удачно параметры оператора — среднеквадратичное отклонение а, а также верхний и нижний пороги, можно получить приемлемый результат обработки.
Результат применения оператора Канни к изображению, представленному на рис. 2а, показан на рис. 26.
Применение метода Хафа с использованием нечеткой логики к определению уравнений линий. Преобразование Хафа [10] — один из известных методов распознавания геометрических кривых на изображении. Стандартное преобразование Хафа состоит в построении матрицы соответствия пространства изображения и пространства параметров кривых, которые могут проходить через точки изображения (так называемой матрицы аккумуляторов), и в определении параметров, соответствующих максимальному значению данной матрицы, которые и будут задавать искомую кривую. К зашумленным и размытым изображениям целесообразно применять модификации преобразования Хафа, которые используют теорию нечетких множеств и нечеткую логику [11, 12]. Данные алгоритмы учитывают вклад в построение матрицы аккумуляторов не
только точек края, которые лежат на кривой, но и тех, которые находятся вблизи, благодаря чему увеличивается точность обнаружения искомых кривых [13].
Рис. 2. Изображение эталона (а), выделение границ эталона оператором Канни (•) и нанесенные прямые линии, параметры которых определены методом Хафа с использованием нечеткой логики (в).
Для распознавания прямых линий на изображении используют их параметрическое описание:
х • 0080 + у • этб - р = 0, (1)
где х, у — координаты точки в декартовой системе координат; р — перпендикуляр к прямой, проведенный с начала координат; 0 — угол между перпендикуляром и осью абсцисс.
Для построения уравнений линий, на которых лежат стороны эталона, использовалось преобразование Хафа с нечетким разбитием по р и треугольными функциями нечеткой принадлежности [14]. На рис. 2в
показаны прямые, параметры которых (р;, 0;), (I = 1,4) определены с
использованием нечеткого преобразования Хафа.
Определение усредненных уровней серого. Используя параметры р1 и 0, определенные выше, приведем выражения для уравнений, которые описывают стороны калибровочного эталона:
р; = хоо$01 + у$ш01,1 =1,4. (2)
Запишем уравнение прямых, проведенных параллельно меньшим сторонам эталона (параметры (р1, 01) и (р2, 02)) с равномерным шагом Ар
рк = р1 + кАр = хсоэ01 + у81и01. (3)
Решая совместно уравнения (2) (с параметрами (р3, 03) и (р4, 04)) и (3), определим координаты пересечения к-й прямой с большими сторонами
эталона: (хр, ур) и (хк, ук). На многоградационном изображени
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.