CN114758079B - 电气设备内部结构局部成像三维重建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电气设备内部结构局部成像三维重建方法，包括：射线发射步骤；局部成像步骤；调节射线发射能量，使工件射线图像的边沿区域正常穿透成像，工件射线图像的中心区域不能穿透成像；多角度扫查步骤；图像处理步骤；将图像组中黑度溢出区域图像删除，形成一组环状对称图像；三维重建步骤；采用局部图像顶点投影逆向CT图像重建方法，三维重建处理后的图像，利用微分反投影Hilbert反变换重建方法，形成三维结构。本发明方法利用X射线CT扫描和微分反投影Hilbert反变换实现三维重构原理，可以实现对内部结构尺寸、变形、损伤的有效测量和评估。
Description
技术领域
本发明涉及X射线成像领域，具体涉及一种电气设备内部结构局部成像三维重建方法。
背景技术
气体内绝缘电气设备由壳体、中心导体、开关触头和断路器触头等结构组成，其在运行中会产生变形、磨损、动结构不到位、螺栓松动、部件断裂等问题。目前，主要采用X射线的方法对该类问题进行探测。但是，X射线探测结果成像属于平面重叠成像，当检测平面圆周方向的部件有重叠时，就无法区分单个部件。同时，数字X射线存在不均匀放大问题，难以实现尺寸、变形和小损伤的测量。
现有的X射线层析三维检测方法在穿透中心导体铜材料时需要较大的射线能量，造成现场防护困难，且影响到设备绝缘材料安全。因而，在电气设备现场难以实施X射线层析三维检测方法对设备内部进行三维成像。
目前，国内外尚无相关检测方法可以在变电站现场对电气设备内部结构进行检测并三维成像。
发明内容
本发明的目的是提供一种电气设备内部结构局部成像三维重建方法，以通过内部结构局部成像实现尺寸、变形和操作等参数的测量。
本发明的技术方案是：
一种电气设备内部结构局部成像三维重建方法，包括以下步骤：
射线发射步骤；选择射线检测装置，使射线穿过检测对象，由对侧射线成像装置接收；
局部成像步骤；调节射线发射能量，使工件射线图像的边沿区域正常穿透成像，工件射线图像的中心区域不能穿透成像；
多角度扫查步骤；通过半圆环固定射线源和成像板的相对位置与角度，在轨道上进行等角度成像，成像参数不变的前提下，重复射线发射步骤和局部成像步骤的步骤，形成一组射线图像，所述轨道为环形或半环形；
图像处理步骤；将图像组中黑度溢出区域图像删除，形成一组环状对称图像；
三维重建步骤；采用局部图像顶点投影逆向CT图像重建方法，三维重建处理后的图像，利用微分反投影Hilbert反变换重建方法，形成三维结构。
优选的，微分反投影Hilbert反变换重建方法包括以下步骤：
加权运算处理分度数据
其中D表示射线源到探测器中心距离，ξ表示转台旋转角度，u表示探测器单元与中心的距离，p(ξ,u)为分度数据；
微分运算加权数据
反投影微分运算后的加权数据
其中，T＝R+x1sinξ-x2cosξ，u＝D(x1cosξ+x2sinξ)/(R+x1sinξ-x2cosξ)，R表示射线源到旋转中心的距离，θ为CT扫描断面与锚面之间的夹角；
Hilbert反变换反投影数据
f(x)＝Hθ -1dθ(x) (4)
获取重建图像f(x)。
优选的，在所述局部成像步骤中，衰减工件射线图像的中心区域的方法是：在无出线装置的位置，在变压器外部利用超声波检测装置垂直于变压器筒壁向内部发射一束超声波，获得多次反射底波，将波形反转，形成负波形，叠加到检测波中，从而抵消多次底波。
优选的，在所述多角度扫查步骤中，形成一组射线图像的方法是：固定射线机发射电压和电流，以及固定成像板单幅图像接收参数，按照间隔角度1°±0.5°进行成像，累加旋转角度为120°±40°，形成一组射线图像。
优选的，在所述图像处理步骤中，确定环状对称图像的方法是：确定图像中心位置，通过确定与中心灰度值变化幅度10％的位置确定非穿透边界，通过中心对称的矩形框标定水平范围，框的高度与整个图像高度相同，将框内图像删除，形成圆环结构图像。
优选的，在所述三维重建步骤中，局部图像顶点投影逆向CT图像重建方法是：将检测图像分成若干组，相邻40±20张图像分成一组，相邻组重叠30张图像，单独对每组图像按照顶点投影三维逆向重构算法进行CT图像重建，得到一组三维结构，每组三维结构中心清晰，边沿模糊，去除边沿进行三维拼接，形成完整环形三维图像。
本发明的有益效果是：
1.本发明方法利用X射线CT扫描和微分反投影Hilbert反变换实现三维重构原理，可以实现对内部结构尺寸、变形、损伤的有效测量和评估。
附图说明
图1为一种CT局部扫描重建几何参数的示意图之一。
图2为一种CT局部扫描重建几何参数的示意图之二。
具体实施方式
下面结合附图，以实施例的形式说明本发明，以辅助本技术领域的技术人员理解和实现本发明。除另有说明外，不应脱离本技术领域的技术知识背景理解以下的实施例及其中的技术术语。
一种电气设备内部结构局部成像三维重建方法，包括以下步骤：
射线发射步骤；选择射线检测装置，使射线穿过检测对象，由对侧射线成像装置接收；
局部成像步骤；调节射线发射能量，使工件射线图像的边沿区域正常穿透成像，工件射线图像的中心区域不能穿透成像；
多角度扫查步骤；通过半圆环固定射线源和成像板的相对位置与角度，在轨道上进行等角度成像，成像参数不变的前提下，重复射线发射步骤和局部成像步骤的步骤，形成一组射线图像，所述轨道为环形或半环形；
图像处理步骤；将图像组中黑度溢出区域图像删除，形成一组环状对称图像；
三维重建步骤；采用局部图像顶点投影逆向CT图像重建方法，三维重建处理后的图像，利用微分反投影Hilbert反变换重建方法，形成三维结构。
优选的，微分反投影Hilbert反变换重建方法包括以下步骤：
加权运算处理分度数据
其中D表示射线源到探测器中心距离，ξ表示转台旋转角度，u表示探测器单元与中心的距离，p(ξ,u)为分度数据；
微分运算加权数据
反投影微分运算后的加权数据
其中，T＝R+x1sinξ-x2cosξ，u＝D(x1cosξ+x2sinξ)/(R+x1sinξ-x2cosξ)，R表示射线源到旋转中心的距离，θ为CT扫描断面与锚面之间的夹角；
Hilbert反变换反投影数据
f(x)＝Hθ -1dθ(x) (4)
获取重建图像f(x)。
本实施例中，初始状态CT扫描一次被扫描件，设初始状态CT扫描断面为锚面，转动转台，进行一次CT扫描，记录该次CT扫描断面与锚面之间的夹角为θ。
优选的，在所述局部成像步骤中，衰减工件射线图像的中心区域的方法是：在无出线装置的位置，在变压器外部利用超声波检测装置垂直于变压器筒壁向内部发射一束超声波，获得多次反射底波，将波形反转，形成负波形，叠加到检测波中，从而抵消多次底波。
优选的，在所述多角度扫查步骤中，形成一组射线图像的方法是：固定射线机发射电压和电流，以及固定成像板单幅图像接收参数，按照间隔角度1°进行成像，累加旋转角度为160°，形成一组射线图像。
优选的，在所述图像处理步骤中，确定环状对称图像的方法是：确定图像中心位置，通过确定与中心灰度值变化幅度10％的位置确定非穿透边界，通过中心对称的矩形框标定水平范围，框的高度与整个图像高度相同，将框内图像删除，形成圆环结构图像。
优选的，在所述三维重建步骤中，局部图像顶点投影逆向CT图像重建方法是：将检测图像分成若干组，相邻60张图像分成一组，相邻组重叠30张图像，单独对每组图像按照常规的顶点投影三维逆向重构算法进行CT图像重建，得到一组三维结构，每组三维结构中心清晰，边沿模糊，去除边沿进行三维拼接，形成完整环形三维图像。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明。应当明白，实践中无法穷尽地说明所有可能的实施方式，在此通过举例说明的方式尽可能的阐述本发明得发明构思。在不脱离本发明的发明构思、且未付出创造性劳动的前提下，本技术领域的技术人员对上述实施例中的技术特征进行取舍组合、具体参数进行试验变更，或者利用本技术领域的现有技术对本发明已公开的技术手段进行常规替换形成的具体的实施例，均应属于为本发明隐含公开的内容。
Claims (4)
1.一种电气设备内部结构局部成像三维重建方法，其特征在于，包括以下步骤：
射线发射步骤；选择射线检测装置，使射线穿过检测对象，由对侧射线成像装置接收；
局部成像步骤；调节射线发射能量，使工件射线图像的边沿区域正常穿透成像，工件射线图像的中心区域不能穿透成像；
多角度扫查步骤；通过半圆环固定射线源和成像板的相对位置与角度，在轨道上进行等角度成像，成像参数不变的前提下，重复射线发射步骤和局部成像步骤的步骤，形成一组射线图像，所述轨道为环形或半环形；
图像处理步骤；将图像组中黑度溢出区域图像删除，形成一组环状对称图像；
三维重建步骤；采用局部图像顶点投影逆向CT图像重建方法，三维重建处理后的图像，利用微分反投影Hilbert反变换重建方法，形成三维结构；
局部图像顶点投影逆向CT图像重建方法是：将检测图像分成若干组，相邻40±20张图像分成一组，相邻组重叠30张图像，单独对每组图像按照顶点投影三维逆向重构算法进行CT图像重建，得到一组三维结构，每组三维结构中心清晰，边沿模糊，去除边沿进行三维拼接，形成完整环形三维图像；
微分反投影Hilbert反变换重建方法包括以下步骤：
加权运算处理分度数据
其中，D表示射线源到探测器中心距离；ξ表示转台旋转角度；u表示探测器单元与中心的距离，u＝D(x1cosξ+x2sinξ)/(R+x1sinξ-x2cosξ)；p(ξ,u)为分度数据；
微分运算加权数据
反投影微分运算后的加权数据
其中，T＝R+x1sinξ-x2cosξ，R表示射线源到旋转中心的距离，θ为CT扫描断面与锚面之间的夹角；
Hilbert反变换反投影数据
f(x)＝Hθ -1dθ(x) (4)
获取重建图像f(x)。
2.如权利要求1所述的电气设备内部结构局部成像三维重建方法，其特征在于，在所述局部成像步骤中，衰减工件射线图像的中心区域的方法是：在无出线装置的位置，在变压器外部利用超声波检测装置垂直于变压器筒壁向内部发射一束超声波，获得多次反射底波，将波形反转，形成负波形，叠加到检测波中，从而抵消多次底波。
3.如权利要求1所述的电气设备内部结构局部成像三维重建方法，其特征在于，在所述多角度扫查步骤中，形成一组射线图像的方法是：固定射线机发射电压和电流，以及固定成像板单幅图像接收参数，按照间隔角度1°±0.5°进行成像，累加旋转角度为120°±40°，形成一组射线图像。
4.如权利要求1所述的电气设备内部结构局部成像三维重建方法，其特征在于，在所述图像处理步骤中，确定环状对称图像的方法是：确定图像中心位置，通过确定与中心灰度值变化幅度10％的位置确定非穿透边界，通过中心对称的矩形框标定水平范围，框的高度与整个图像高度相同，将框内图像删除，形成圆环结构图像。
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