基于焊缝图象有效信息获取的研究(1)

    关键词 X射线；焊缝缺陷；二值化；Sobel算子

    X射线照相法探伤检测是八十年代以来国际上应用比较广泛的一项无损检测技术，它的工作原理是将光电转换技术和计算机数字图象处理技术相结合，把不可见的X射线图象经增强方法转换为可见的视频图象。工业生产过程中目前仍采用胶片照相法对焊接质量进行评判。胶片照相法具有直观、可靠、灵敏度和分辨率高等优点，但其底片的评定是由有经验的专业评片人员在观片灯下进行,必然存在人工判断不确定性和操作复杂的弊端^【1】。本文研究方向在于用计算机实现焊缝缺陷的自动检测，即经过对图象的数字化处理，提取焊缝的有效信息，从而确定缺陷的位置、大小等属性，实现缺陷的类别判定。

    本文主要针对大背景噪声下焊缝的提取、图象预处理、缺陷的识别等进行研究，建立X射线检测系统，并提出了焊缝区域提取的新方法，有助于焊缝缺陷类型的识别。

    X射线检测筒体焊缝的硬件系统主要由工件检测车、图象增强器、X射线机、计算机实时成象系统四部分组成^【2】，其系统组成如图1.1。

图1.1 X射线检测系统

    筒体由带滚轮架的台车沿轨道送至检测区，摄像机位置固定，X射线穿透焊缝后，由置于焊缝后的图象增强器接收。再通过摄像机提取，图象采集卡处理后，送至计算机进行处理。

    焊缝边缘是焊缝图象的最主要的特征，但只占射线检测的底片中很小一部分。如果将焊缝区域提取出来后，再进行缺陷检测，势必会提高检测算法的速度和效率^[3-5]。

图2.1 焊缝原始图象

    由图2.1可以明显看出，焊缝图象存在三个不同的灰度级区域，即挡板形成的暗背景区域、钢管壁形成横向条形的的亮背景区域和条形中间的焊缝区域。由于焊件的表面状况、光照环境以及图象的采集和传输过程中会不可避免的出现大量随机噪声，导致焊缝图象的分辨率下降，影响缺陷检测的效果。文中首先采用灰度图象自适应二值化的方法对图象进行处理，然后用边缘检测的方法细化图象的边缘。

    二值化的分割方法可以增强焊缝激光带，但对于不同帧的图象，如果仅用一个固定的阈值进行图象分割，可能会使其中一部分帧经分割后丢失焊缝区域信息。自适应的阈值二值化分割的方法可以根据直方图的灰度分布特点，确定不同帧图象的最优阈值。

其求解公式为：

    其中，i表示灰度，h(i)表示灰度分布， 为图象分割中两类目标的类间方差。当 取最大值时，对应的k值即为图象二值化的最优阈值T。

图2.2 图象二值化