CN101178369B - 工业射线检测底片数字化装置 - Google Patents

Abstract

一种工业射线检测底片数字化装置，包括外壳以及设置在外壳内的上基板和下基板，在上基板的左端安装条形光纤冷光源，右端安装图像采集装置，中间安装送片装置，送片机构右侧安装遮光装置。所述的条形光纤冷光源、送片装置、遮光装置通过控制卡与计算机相连，图像采集装置通过图像采集卡与计算机相连，同时与控制卡相连。本发明采用线阵CCD采集图像，解决了面阵CCD失真大以及点扫描方式速度慢的问题；采用条形光纤冷光源作为背景光，解决了普通光源发热严重、光强不足以及不均匀等问题；采用送片装置夹持底片运动实现了对底片的逐行扫描，通过送片装置上的圆光栅传感器信号对图像采集卡进行外同步控制，保证了线阵CCD的副扫描精度。

Description

工业射线检测底片数字化装置

技术领域

本发明涉及一种工业射线检测底片数字化装置。

背景技术

射线检测是工业无损检测的重要手段之一，具有灵敏度高，使用灵活方便等特点，可用于检测不同厚度，各种形状的工件。射线检测形成的底片包含了丰富的信息，反映了被测工件的内部质量状况，是工件的重要原始质量资料。对于大型承压设备(如汽轮机零部件)来讲，射线检测底片需要全生命周期保存，即在设备退役之前，需保留其零部件的全部射线检测底片，导致底片保存数量大，时间长，不仅查找困难，无法共享，而且底片丢失现象时有发生。此外，底片的保存环境要求非常高，温度、湿度以及电磁环境都有严格的要求，即便如此，底片也会随着时间的推移逐渐老化变质，造成影像质量下降。基于以上原因，底片数字化应运而生，现有的数字化仪器主要有两类：一类是采用激光点扫描方式的数字化设备，其工作原理是以氦氖激光作为背光，对底片进行逐点扫描，采用光电传感器接受透过底片的光信号，通过处理电路将光信号转换为图像灰度值，其优点是扫描精度高，图像失真小，缺点是成本高，扫描速度慢；另一类是采用面阵CCD扫描方式的数字化设备，其工作原理是采用面光源提供背光，利用面阵CCD获取图像，其优点是成像速度快，缺点是背光的均匀性要求非常高，图像畸变较大，如果底片尺寸较大图像需要拼接。

在获取图像的质量评价方面，目前主要有主观评价和客观两种方法，主观图像质量评价受主观因素影响较大，难于实现量化。客观图像质量评价，利用像素点分布的统计属性来确定图像质量，能够比较客观地反映数字图像的整体质量，但专门针对工业射线检测底片数字化图像的图像质量评价方法，尚无统一标准。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种工业射线检测底片数字化装置，该装置具有扫描速度快、精度高、黑度范围大的特点，同时给出了该装置的标定、校准方法和图像质量评价方法。

本发明装置的扫描速度快、精度高、黑度范围大是指：底片最大运动70mm/s；图像空间分辨率为25μm/pixel，像素深度为12bit；可扫描底片的黑度范围为0.5～4.7D。

本发明装置是通过以下技术方案实现的：本发明包括一块用于固定图像采集装置、条形光纤冷光源、送片装置以及遮光装置的上基板，上基板右半部分安装滑轨，滚珠滑块安装在滑轨上并配有紧固螺钉，线阵CCD安装在与滚珠滑块相连的相机高度调整装置上，近摄镜头安装在线阵CCD上；上基板中间部分安装一块立板，由电磁铁和遮光板组成的遮光装置安装在立板的右侧，安装在立板左侧的是送片装置，包括：安装在上主动滚轴上的圆光栅传感器、下主动滚轴、光电传感器B、下从动滚轮、上从动滚轮、光电传感器A以及导槽；上基板左半部分安装有滑轨，滚珠滑块安装在滑轨上，并配有紧固螺钉，与固定在下基板上的光源机相连的条形光纤灯头固定在光源高度调整装置上，条形光纤灯头发出的光经聚光镜聚焦后透过送片装置中间的光缝，照射到夹在上下滚轴和滚轮之间的底片上；下基板上装有支撑垫，立柱将上基板托起，并将上基板与下基板连成一个整体，外壳将整个装置封闭起来，避免环境光对成像质量的影响。

本发明的装置以条形光纤冷光源(由光源机和条形光纤灯头组成)为背光，通过由步进电机驱动的送片装置拖动底片匀速运动，利用经过处理的圆光栅传感器产生的信号对线阵CCD进行外同步控制，实现底片数字化。

本发明装置的标定、校准方法如下，依据光照强度、底片黑度和图像灰度三者之间的关系，采用不同光强透照标准黑度片，采集不同黑度等级在不同光强下的灰度图像，根据灰度图像选定一个最佳光强值作为标准光强，将该光强下不同黑度等级对应的灰度图像的平均灰度值作为标准灰度值存入标准灰度库。装置在使用一段时间后，由于光源灯泡老化或更换灯泡，可能造成光强的实际输出与期望输出之间存在一定的误差，需要对光强进行校准，方法是，通过计算光源实际光强下不同等级标准黑度片对应的灰度值与标准灰度之间的差异，利用闭环控制调整光强输出，最终达到标准黑度片对应的实际灰度值与标准灰度值一致。

为了检验上述底片数字化装置获取的底片数字图像是否合格，本发明提出了一种评价底片数字图像是否合格的方法：利用清晰度综合评价函数计算图像的清晰度，根据样本图像的清晰度统计结果按照3σ原则设定阈值，通过判断各个图像的清晰度是否在阈值范围内来判断图像是否合格。

本发明采用线阵CCD采集图像，解决了面阵CCD失真大以及点扫描方式速度慢的问题；采用条形光纤冷光源作为背景光，解决了普通光源光强不均匀及发热严重影响送片装置运动精度问题；采用光强标定和校准，解决了光源灯泡老化或更换灯泡引起的光强输出误差；采用经过处理的安装在上主动滚轴上的高精度圆光栅传感器信号对线阵CCD进行外同步控制，实现了闭环控制，解决了由干扰引起的运动不平稳造成的图像失真问题；采用送片装置拖动底片运动解决了线阵CCD的逐行扫描问题；采用滚轴配合滚轮拖动底片方式，解决了底片的运动精度和导向问题：采用图像质量评价方法，解决了获取图像是否合格的问题。

附图说明

图1为本发明装置的结构原理图。

图2为本发明的光强标定流程图。

图3为本发明的光强校准流程图。

图4为本发明的图像质量评价阈值选取流程图。

图5为本发明的图像质量判断流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

参照图1，本发明包括一块用于固定图像采集装置、条形光纤冷光源、送片装置以及遮光装置的上基板1，上基板1右半部分安装滑轨2，滚珠滑块3安装在滑轨2上并配有紧固螺钉4，线阵CCD6安装在与滚珠滑块3相连的相机高度调整装置5上，近摄镜头7安装在线阵CCD6上；上基板1中间部分安装一块立板9，由电磁铁和遮光板组成的遮光装置8安装在立板9的右侧，安装在立板9左侧的是送片装置，包括：安装在上主动滚轴18上的圆光栅传感器17、下主动滚轴19、光电传感器B20、下从动滚轮21、上从动滚轮22、光电传感器A23以及导槽24；上基板1左半部分安装有滑轨14，滚珠滑块15安装在滑轨14上，并配有紧固螺钉16，与固定在下基板25上的光源机11相连的条形光纤灯头13固定在光源高度调整装置12上，条形光纤灯头13发出的光经聚光镜10聚焦后透过送片装置中间的光缝，照射到夹在上下滚轴和滚轮之间的底片上；下基板25上装有支撑垫26，立柱27将上基板托起，并将上基板与下基板连成一个整体，外壳28将整个装置封闭起来，避免环境光对成像质量的影响。

本发明装置的工作原理是：底片经导槽插入送片装置，光电传感器A感知到底片并将信号发送给控制板，控制板产生信号启动送片装置，并延时后开启遮光装置，底片被上主动滚轴和上滚轮夹住，匀速向下运动，条形光纤灯头发出的光经聚光镜聚焦后穿透底片照射到线阵CCD靶面上，安装在上主动滚轴上的圆光栅传感器产生信号，信号经过整形电路处理后转换成外同步信号，控制线阵CCD采集图像。底片末端经过光电传感器B时，传感器B向控制板发出信号，控制板产生控制信号关闭遮光装置并使送片装置停止运动。因为线阵CCD的外同步控制信号来源于上主动滚轴的旋转信号，因此由干扰造成的送片装置运动速度波动不会引起图像失真，此外，滚轴配合滚轮的送片方式不仅可以保证底片的运动精度同时也可以保证底片的导向精度。

参照图2，对本发明的光强标定流程描述如下：

步骤S1，采用不同强度的光强透照不同黑度等级的标准黑度片，利用线阵CCD采集图像。

步骤S2，根据不同光强下的标准黑度片的灰度图像确定一个最佳光强作为标准光强。

步骤S3，将步骤S2所述的标准光强下的不同等级黑度片对应的每幅灰度图像的平均灰度值作为标准灰度值，存入标准灰度库中。

参照图3，对本发明的光强校准流程描述如下：

步骤S1，采用实际光强透照不同黑度等级的标准黑度片，利用线阵CCD采集图像。

步骤S2，将步骤S1所述的灰度图像的平均灰度值与相同黑度等级对应的标准灰度进行比较，计算两者之间的偏差。

步骤S3，判读步骤S2所述的偏差是否为0，

如果步骤S3的判断结果为“否”，执行步骤S4，根据偏差调整光源输出光强，并跳转到步骤S1。

如果步骤S3的判断结果为“是”，则光强校准结束。

参照图4，对本发明的图像质量评价流程描述如下：

步骤S1，读入样本图像。

步骤S2，对图像进行拉氏变换，求得其频率分布函数。

步骤S3，按照1个σ原则设定高频门限T_H和低频的门限TL。

步骤S4，根据高频门限T_H和低频的门限T_L统计高频分量数H和低频分量数L，计算图像的清晰度：δF＝H/L。

步骤S5，计算图像中噪声点比例：δN＝∑Ni/N，其中：∑Ni为噪声点总数，N为总像素。

步骤S6，计算图像的清晰度综合评价指标：Q1＝W_F*δF+W_N*δN(W_F、W_N分别为直方图分布与噪声点权重系数)。

步骤S7，根据各个图像的清晰度综合评价指标统计结果，按照3σ原则设给定阈值。

参照图5，本发明的图像质量评价流程描述如下：

步骤S1，读入线阵CCD获取的图像。

步骤S2，对图像进行拉氏变换，求得其频率分布函数。

步骤S3，按照1个σ原则设定高频门限T_H和低频的门限T_L。

步骤S4，根据高频门限T_H和低频的门限T_L统计高频分量数H和低频分量数L，计算图像的清晰度：δF＝H/L。

步骤S5，计算图像中噪声点比例：δN＝∑Ni/N，其中：∑Ni为噪声点总数，N为总像素。

步骤S6，计算图像的清晰度综合评价指标：Q1＝W_F*δF+W_N*δN(W_F、W_N分别为直方图分布与噪声点权重系数)。

步骤S7，判断线阵CCD得到的图像是否在阈值范围内，如果在阈值范围内该图像合格，否则该图像不合格。

Claims (4)

1.一种工业射线检测底片数字化装置，包括外壳(28)以及设置在外壳(28)内的上基板(1)和下基板(25)，其特征在于：在上基板(1)的左端安装条形光纤冷光源，右端安装图像采集装置，上基板(1)中间部分安装一块立板(9)，由电磁铁和遮光板组成的遮光装置(8)安装在立板(9)的右侧，安装在立板(9)左侧的是送片装置，所述的条形光纤冷光源、送片装置、遮光装置通过控制卡与计算机相连，图像采集装置通过图像采集卡与计算机相连，同时与控制卡相连。

2.根据权利要求1所述的工业射线检测底片数字化装置，其特征在于：所说的图像采集装置包括线阵CCD(6)以及安装在线阵CCD(6)上的近摄镜头(7)，与线阵CCD(6)相连的相机高度调整装置(5)、以及用于固定相机高度调整装置(5)且与滑轨(2)配合的滚珠滑块(3)。

3.根据权利要求1所述的工业射线检测底片数字化装置，其特征在于：所说的送片装置中间开有一条狭长的光缝，光缝上侧安装上主动滚轴(18)、上从动滚轮(22)和光电传感器A(23)，光缝下侧安装下主动滚轴(19)、下从动滚轮(21)和光电传感器B(20)，且在上主动滚轴(18)上还安装有圆光栅传感器(17)。

4.根据权利要求1所述的工业射线检测底片数字化装置，其特征在于：所说的条形光纤冷光源包括光源机(11)以及与光源机(11)相连的条形光纤灯头(13)，用于固定条形光纤灯头(13)的光源高度调整装置(12)，光源高度调整装置(12)通过滚珠滑块(15)设置在滑轨(14)上。

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