CN1039163C - 微机x射线实时图像处理检测系统 - Google Patents
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一种用于无损检测的微机X射线实时图象处理检测系统，主要由实时积分器、图象采集存储显示单元、微机、图象处理单元以及外围设备组成。图像信号由实时积分器降低噪声，消除图象模糊后输出到图象采集存储显示单元，对实时图象取样量化、存储、变换，再由图象处理单元进行图象处理变换。该系统检测灵敏度可提高0.50%-1%，速度和效果与小型机相当，可广泛应用于无损探伤检测领域。
Description
本发明涉及X射线无损检测枝术，特别是一种微机X射线实时图象处理检测系统。
实时X射线照相法作为一种新技术应用于无损探伤领域。它的主要原理是：X射线机发出的X射线穿过试件后，在影象增强器或荧光屏上形成一幅含有试件内部信息的X射线图象，摄象机把这幅图象信号转换成视频信号在显示器屏幕上显示。随着计算机图象处理技术的成熟与发展，计算机图象处理技术被应用于X射线实时成象检测，摄象机输出的视频信号通过A/D转换成数字信号输入计算机，从而将X射线图象转换成数字图象，计算机对数字图象进行处理，再通过D/A转换成视频信号在显示器屏幕上显示图象。众所周知，X射线实时成象具有噪声大、图象模糊的特点，因此为降低噪声、消除图象模糊，提高图象清晰度及检测灵敏度和分辨率，须采用实时积分，图象变换、滤波及增强等图象处理方法。这种处理方法要求计算机运算速度高、内存容量大，只有采用大型计算机或专用图象处理系统才能完成这样复杂的实时图象处理，而对内存容量小运算速度低的微机是无法做到的。目前国外大都采用WAX750+MODEL75小型机系统，CRYSTAL图象处理专用系统及图象工作站等，此类系统成本非常高。例如，1987年12月《材料坪估》(MaterialEvaluative)第130页“实时射线成象焊接检测”(Weld Inspection byReal-time Radiasopy)一文中提供一种X射线实时检测就属于此类。
本发明的目的在于提供一种用微机实现X射线实时图象处理的无损探伤检测系统，其处理速度和效果可与小型计算机相当。
本发明通过以下措施实现：对得到的X射线图象，由专门设置的实时积分器降低噪声，消除图象模糊后，采用双CPU方式进行图象处理，即由微机的主处理器完成图象数据的传送与控制，图象处理器完成图象数据的处理。根据这种设想，利用微机上固有的功能扩展槽作为数据传送接口，设置下述单元：实时积分器、图象采集存储显示单元、图象处理单元。其中，经过实时积分处理的图象信号在微机主处理器的控制下输入到图象采集存储显示单元进行取样量化、存储、变换，然后通过总线映射到微机内存，微机主处理器将内存图象数据映射到图象处理单元进行图象处理，完成图象处理后的图象数据映射回微机内存，通过总线再映射回图象采集存储显示单元显示。
实时积分器主要是由两个图象存储器、两个加法器、模数转换、数模转换和逻辑电路组成。图象信号进入实时积分器后，进行模数转换存入图象存储器I中，图象存储器I中的图象信号与实时图象经加法器I相加存入图象存储器II中；图象存储器II中的图象信号再与实时图象经加法器II相加存入图象存储器1中，如此往返进行相加，完成积分运算，逻辑电路产生同步信号、控制图象存储器的读写操作。
图象采集存储显示单元主要由取样量化、存储、伪彩色变换和逻辑电路组成。对来自实时积分器的图象信号经取样量化后送入图象存储体中，经微机扩展槽接口映射到微机内存，图象处理后的图象数据由微机内存再映射回图象采集存储显示单元进行伪彩色变换，合成一幅伪彩色图象后显示，逻辑电路控制取样量化和图象存储体的操作。
图象处理单元主要由图象处理器、存储器、I/O接口、逻辑控制电路组成。其中图象处理器经I/O接口与微机主处理器相连，存储器存储数据及有关程序并与图象处理器相连，进行图象处理变换，逻辑电路控制图象处理器的工作状态及存储器存储操作。
图1为本发明的原理框图；
图2为实时积分器的原理图；
图3为图象采集存储显示单元的原理图；
图4为图象处理单元的原理图；
图5为本发明实施例与普通微机图象系统及小型机图象处理系统性能对照；
图6为钢的检测灵敏度实测结果；
图7为铝的检测灵敏度实测结果。
下面结合实施例及附图对本发明进行详细描述：
参照图1，本发明由影象增强器(1)、摄象机(2)、实时积分器(3)、图象采集存储显示单元(4)、微机(5)、图象处理单元(6)、彩色图象监视器(7)、磁带机(8)组成。由X射线机发出的X射线穿过试件后，通过影象增强器(1)在荧光屏上形成一幅含有试件内部状态信息的X射线图象，摄象机(2)把这幅图象信号转换成视频图象信号，经实时积分器(3)降低噪声，消除图象模糊后，输入给图象采集存储单元(4)进行取样量化、存储，之后经BUS(总线)映射到微机(5)的内存，微机主处理器控制内存中图象数据经BUS接口映射到图象处理单元(6)进行图象处理变换，处理后的图象数据经BUS映射回微机(5)内存中，然后经BUS映射回图象采集存储显示单元(6)进行伪彩色变换后，将图象在彩色图象监视器(7)上显示。
参见图2，实时积分器(3)由模数转换A/D(3a)、图象存储器I(3b)、加法器ADD I(3c)、图象存储器II(3d)、加法器ADD II(3e)、读写控制(3f)、同步锁相(3g)、同步分离(3h)、地址发生器I(3i)、地址发生器II(3j)、数模转换D/A(3k)组成。视频图象信号进入实时积分器(3)经模数转换A/D(3a)变成数字图象信号后将第一图象信号存入图象存储器I(3b)中，第二幅实时图象信号与图象存储器I(3d)中的第一幅图象信号经加法器MDD I(3c)相加，存入图象存储器II(3d)中，第二幅实时图象信号再与图象存储器II(3d)中图象信号经加法器ADD II(3e)相加后存入图象存储器I(3b)中，如此往返，完成积分运算。同步分离(3h)分离出行同步(H)、场同步(V)、复合同步信号(C)，行同步(H)经同步锁相(3g)产生时钟信号控制A/D(3a)，行同步(H)、场同步(V)和时钟信号控制地址发生器I(3i)和地址发生器II(3j)，图象存储器I(3b)和图象存储器II(3e)的读写操作由读写控制(3f)控制。最后把图象存储器II(3d)中的图象信号，经数模转换D/A(3k)变成模拟信号后与复合同步信号组成视频图象信号输出到图象采集存储显示单元(4)。实时积分可做到256幅，若不考虑邻幅噪声相关性，积分运算速率为25幅/秒。考虑到邻帧噪声相关性，我们选取积分速率为8.3幅/秒，通过对信噪比的计算及其实验，通常积分32幅便可得到消除噪声具有良好反差的清晰图象，积分至64幅图象更为清晰细腻，降噪效果趋于饱和，再继续积分至128幅，积分效果元明显改善。因此在实际使用时，选取32幅或64幅积分就足以达到降噪效果，使图象质量明显改观。
为使实时积分器(3)具有较强的通用性，设计的同步分离(3h)、同步锁相电路(3g)能使各种制式的视频图象信号均可输入实时积分单元(3)做积分处理，其输入与输出为制式相同的视频图象信号。同步分离(3 h)采用1881芯片，同步锁相(3g)采用鉴相器输出控制压控振荡器，实现锁相，压控振荡器采用74LS 624芯片，鉴相器采用MC4D44芯片。模数转换A/D(3a)和数模转换D/A(3k)为10MHz、8bit，两个图象存储器为2帧512×512×16bil、存储容量为1MByte。
参见附图3，图象采集存储显示单元(4)由模数转换A/D(4a)、输入灰度变换表LUT(4b)、图象体(4c)、隔离(4d)、输出灰度变换表LUT(4e)、同步分离(4f)、锁相(4g)、晶振(4h)、同步发生器(4i)、数模D/A(4j)、数据及地址缓冲(4k)、七个状态控制寄存器(41)组成。由实时积分器(3)输出的视频图象信号进入图象采集存储显示单元(4)中，经A/D(4a)变成数字信号，通过输入灰度变换表(4b)对采样图象信号量化值进行再变换，即把画面各点不同亮度层次用数字量表示，存入图象体(4c)中，同步分离(4f)、锁相(4g)、晶振(4h)和同步发生器(4i)产生时钟信号和同步信号控制A/D(4a)、D/A(4j)及图象体(4c)的存储操作，图象体(4c)存储的图象信号经隔离(4d)进入图象采集存储单元(4)的内部及地址总线，再经数据及地址缓冲(4n)和BUS上映射到微机(5)内存，反之微机(5)内存中相应的图象数据也映射回图象采集存储单元(4)中，图象数据经R(红)、G(绿)、B(兰)三个输出灰度变换表LUT(4e)，对R.G.B三路数字量化值按照某种灰度-色彩对应关系进行伪彩色变换，形成彩色图象，经D/A(4j)转换后与复合同步信号(C)构成R.G.B三路视频图象信号输出，形成伪彩色图象在彩色图象监视器(7)上显示。
图象体(4c)与微机(5)主处理器采用I/O通讯方式，图象采集存储单元(4)上有七个可编程状态控制寄存器(41)，它们分别控制图象采集存储单元(4)的状态及选择工作模式，微机(5)通过BUS上的七个I/O接口，给七个状态控制寄存器(41)进行程序设定来控制图象采集存储单元(4)的图象采集存储单元的工作状态及工作模式的选择。
输入灰度变换表LUT(4c)为一个2K随机存储器RAM，经数据地址线在其中写入数值，使用时将地址线作为输入，数据线作为输出，输入的地址和输出的数据是一一对应的，数字信号通过该2K随机存储器RAM后便完成了数值变换，变换关系由写入该2K随机RAM的数值决定。图象体(4c)为512×512×8bit四帧存储器，存储容量为1MByte，输出灰度变换表LUT(4e)为一具有24bit(3×256)随机存储器，状态状态控制寄存器(41)采用8255接口芯片。
参见图4，图象处理单元(6)由图象处理器(6a)、I/O接口芯片(6b)、数据RAM(6c)、程序RAM(6d)、存储器RAM切换控制(6e)、地址隔离(6f)、地址译码(6g)、控制口译码(6h)、控制逻辑(6i)、数据隔离(6j)、地址缓冲(6k)、控制缓冲(61)、数据缓冲(6m)组成。当微机(5)运行主程序时，图象运算操作程序通过BUS接口将内存图象数据经数据缓冲(6m)和数据隔离(6j)输入到数据RAM(6c)中，程序经地址缓冲(6k)和地址译码(6g)加载到程序RAM(6d)中，由图象处理器(6a)运行和处理被加载的程序和数据，微机(5)经控制缓冲(61)、控制逻辑(6i)和I/O接口(6b)控制图象处理器(6a)的工作状态。当完成图象处理运算后RAM中程序和数据再经数据隔离(6j)、地址隔离(6f)、数据缓冲(6m)和地址缓冲(6k)映射回微机(5)的内存，以便加载新的程序和数据。
在图象处理器(6a)中，D0…D15为并行数据总线，A0…A15为并行地址总线；DS为数据选择信号，PS为程序选择信号，STRB为选通信号，R/W为读写信号，HOLD为保持输入，HOLDA为保持响应信号；RS为复位信号；XF为状态输出信号。可编程I/O接口(6b)有三个输入输出口(A口、B口、C口)供微机(5)的主处理器访问，每个口地址有8位外围数据线称为PA0-PA7，PB0-PB7，PC0-PC7，A0A1为寄存口选择输入信号，选择工作方式，CS为片选输入信号，图象处理器(6a)的工作状态是由C口控制的，PC0控制系统复位(RS)，PC1控制系统使其处于(HOLD)状态，这时图象处理器(6a)的数据地址总线悬空，BUS可接到数据RAM(6c)、程序RAM(6d)以便装入程序及交换数据，图象处理器(6a)的工作状态通过XF信号经PA0口(设置为输入状态)传递到微机(5)。为使微机(5)的数据及地址总线能和数据RAM(6c)、程序RAM(6d)相接以装载程序和交换数据，而又不和图象处理器(6a)的总线冲突，BUS经过地址隔离(6f)和数据隔离(6j)接到地址和数据总线上，这些隔离器由控制逻辑(6i)电路控制，只有当图象处理器(6a)处于暂停(HOLD)状态时，BUS才可以接到系统总线。这是由图象器(6a)的HOLD信号和可编程I/O接口(6b)的PC2信号控制的。当PC2为1时总线断开，以保证微机(5)和图象处理器(6a)不发生总线冲突。当微机(5)控制存储器RAM时，地址译码电路(6g)保证RAM地址空间不和微机(5)已使用的空间重叠。可编程I/O接口(6b)是由微机(5)的输入输出口控制的，占用微机高端的4个口地址。这些地址由控制口译码器(6h)译出。
在图象处理单元(6)中，其图象处理器(6a)采用TMS 320C25VLSI芯片，它作为图象处理CPU，可编程输入输出I/O接口芯片(6b)采用8255口芯片。当微机(5)要访问两个存储单元时，先由地址译码器(6g)选中8255的C口通过C口令TMS 320C25端有效，TMS 320C25响应此命令，则HOLDA端变为低电平，并使其地址总线、数据总线和控制总线变为三态，TMS 320C25也因此而与RAM区隔离。再利用HOLDA及8255C口的设置，令微机(5)和两个存储器之间的数据总线、地址总经隔离器连通，同时RAM切换开关(6d)也将选择微机(5)对两个存储器的控制命令。此时微机(5)可以访问两个存储器RAM，而TMS 320C25处于暂停状态，在此期间，可以将新的程序、数据用微机(5)调入程序存储器RAM(6c)和数据RAM(6d)或从两个存储器中取走处理完的数据，可修改程序或数据，显示内部寄存器，以及某些中间运行结果。
微机(5)完成功能而让TM320C25掌权运行时，通过8255的C口使微机总线和系统总线隔离后再令TM320C25取消HOLD的低电平并使其的RS复位，随着HOLDA成为高电平，TMS 320C25便可运行和处理被加载的程序和数据。待其完成运算之后，0通过XF脚向8255A口发出动作完成信号，微机(5)接收到信号后，再重复上述过程。
本发明具有如下优点：
1.检测灵敏度提高了0.5％-1％。图6和图7给出了钢和铝两种材料的检测灵敏度的实测结果，①为原始图象灵敏度；②为32幅图象实时积分处理后的灵敏度。
2.速度比普通微机图象处理提高许多，并能完成较复杂的图象处理功能，速度可与小型机相当。图5给出了比较结果。
3.价格低廉。比小型机价格低10-20倍。
Claims (1)
1.一种微机X射线实时图象处理检测系统，包括影象增强器、摄象机、微机、彩色图象监视器、磁带机，其特征在于：还具有实时积分器、图象采集存储显示单元和图象处理单元，实时积分处理的图象信号在微机主处理器的控制下输入到图象采集存储显示单元进行取样量化、存储、变换，然后通过总线映射到微机内存，微机主处理器将内存图象数据映射到图象处理单元进行图象处理，完成图象处理后的图象数据映射回微机内存，通过总线再映射回图象采集存储显示单元显示；其中，实时积分器主要是由两个图象存储器、两个加法器、模数转换、数模转换和逻辑电路组成，图象信号进入实时积分器后，进行模数转换存入图象存储器I中，图象存储器I中的图象信号与实时图象经加法器I相加存入图象存储器II中，图象存储器II中的图象信号再与实时图象经加法器II相加存入图象存储器I中，如此往返进行相加，完成积分运算，逻辑电路产生同步信号、控制图象存储器的读写操作；图象采集存储显示单元主要由取样量化、存储、伪彩色变换和逻辑电路组成，图象信号取样量化后送入图象存储体中，进行伪彩色变换，合成一幅伪彩色图象后显示，逻辑电路控制取样量化和图象存储体的操作；图象处理单元主要由图象处理器、存储器、I/O接口、逻辑控制电路组成：其中图象处理器经I/O接口与微机主处理器相连，存储器存储数据及有关程序并与图象处理器相连，进行图象处理变换，逻辑电路控制图象处理器的工作状态及存储器存储操作。
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