數(shù)字射線成像中原始圖像數(shù)據(jù)的概念與保存,數(shù)字圖像處理論文近年來(lái),數(shù)字射線成像檢測(cè)技術(shù)發(fā)展迅速,它具有成像速度快、檢測(cè)效率高的突出優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)有效的質(zhì)量控制措施,可望實(shí)現(xiàn)無(wú)膠片射線檢測(cè),有效代替膠片的使用。數(shù)字射線成像技術(shù)已在國(guó)內(nèi)多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用,但面臨的問(wèn)題是缺少相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的支撐。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織、美國(guó)材料學(xué)會(huì)等已制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),對(duì)數(shù)字射線技術(shù)進(jìn)行有效的規(guī)范,如ISO/DIS17636-2標(biāo)準(zhǔn)對(duì)使用數(shù)字探測(cè)器進(jìn)行焊縫的射線檢測(cè)進(jìn)行了規(guī)定,ASTME2597、E2698、E2736和E2737標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)字陣列探測(cè)器在射線檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了規(guī)定。當(dāng)前,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作小組正在進(jìn)行數(shù)字射線成像檢測(cè)方式方法的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制訂工作。在一次標(biāo)準(zhǔn)討論會(huì)中,針對(duì)保存檢測(cè)圖像文件的原始數(shù)據(jù)這一規(guī)定,與會(huì)專家存在爭(zhēng)議,主要存在兩個(gè)問(wèn)題:①原始圖像數(shù)據(jù)的定義是什么,怎樣對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的界定。②圖像評(píng)定后是保存原始圖像數(shù)據(jù),還是保存經(jīng)處理后的圖像數(shù)據(jù)。為此,筆者對(duì)數(shù)字射線成像中關(guān)于原始圖像數(shù)據(jù)的定義與保存進(jìn)行了分析。1射線檢測(cè)結(jié)果的保存與追溯傳統(tǒng)射線照相技術(shù)使用膠片作為記錄介質(zhì),經(jīng)射線曝光后膠片感光構(gòu)成潛影,之后通過(guò)顯影、定影等暗室處理構(gòu)成照相底片。在觀片燈下對(duì)底片進(jìn)行評(píng)定,進(jìn)而判定被檢工件內(nèi)部缺陷的性質(zhì)、數(shù)量等信息。數(shù)字射線成像方式方法使用數(shù)字射線探測(cè)器為記錄介質(zhì),經(jīng)射線照射后構(gòu)成光信號(hào),經(jīng)光導(dǎo)介質(zhì)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)(或直接轉(zhuǎn)化為電信號(hào)),接著由讀取電路進(jìn)行信息讀取生成數(shù)字圖像,在顯示器上觀察分析圖像,進(jìn)而判定出被檢測(cè)工件的內(nèi)部質(zhì)量狀況。傳統(tǒng)射線照相技術(shù)中,射線底片是檢測(cè)結(jié)論的重要根據(jù),評(píng)定后應(yīng)按編號(hào)排序存入檔案室,按檔案管理的要求分類以便查找。一般要求在規(guī)定期限內(nèi)妥善保存檢測(cè)結(jié)果,以便特定情況下可對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行有效追溯,對(duì)檢測(cè)結(jié)論的可靠性提供技術(shù)支撐。JB/T4730-2005標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定檢測(cè)記錄和報(bào)告等保存期不得少于7年,ASME規(guī)范第XI卷對(duì)在役檢查的條件、檢驗(yàn)經(jīng)過(guò)及檢驗(yàn)結(jié)果的記錄與報(bào)告有嚴(yán)格的規(guī)定,一般均要求在核電站運(yùn)行壽命期內(nèi)長(zhǎng)期保存。對(duì)于底片而言,它在射線照相完成后具有不可更改性,華而不實(shí)的影像信息對(duì)應(yīng)于檢測(cè)結(jié)果的原始狀態(tài)。同樣的,數(shù)字射線成像技術(shù)也需要對(duì)數(shù)字檢測(cè)圖像進(jìn)行有效的保存、查找及追溯。所追溯的應(yīng)該是原始的不可更改的數(shù)字圖像,華而不實(shí)原始的這一限定與后期處理過(guò)的、人為更改正過(guò)錯(cuò)的相對(duì)應(yīng)。當(dāng)然,在對(duì)射線檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行保存時(shí),其一般前提是需知足規(guī)定的檢測(cè)質(zhì)量要求。對(duì)于射線底片而言,需要測(cè)量黑度范圍、觀測(cè)像質(zhì)計(jì)影像、查看有無(wú)偽缺陷等。同樣的,對(duì)于數(shù)字射線成像技術(shù)而言,也需要結(jié)果圖像知足相關(guān)要求,如像質(zhì)計(jì)指標(biāo)、圖像畸變與干擾影像的控制情況,有時(shí)還需要測(cè)量信噪比、最小灰度值等。2原始圖像數(shù)據(jù)的含義利用數(shù)字射線成像方式方法可獲取到數(shù)字圖像,但一般情況下并不能得到理想的視覺(jué)效果,此時(shí)可對(duì)圖像應(yīng)用多種圖像處理方式方法,有效加強(qiáng)感興趣的檢測(cè)細(xì)節(jié),但在使用圖像處理方式方法時(shí)應(yīng)注意保存原始圖像數(shù)據(jù)。GaryBarber提出在對(duì)圖像文件進(jìn)行存檔時(shí),需要以初始狀態(tài)保存原始數(shù)據(jù)。除此之外,觀察評(píng)定時(shí)的參數(shù),如比照度設(shè)置、濾波情況、放大情況等也應(yīng)進(jìn)行記錄。通過(guò)這些操作,能夠在檢測(cè)的很多年后,方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的審核。在ASTM標(biāo)準(zhǔn)E1411射線成像系統(tǒng)鑒定標(biāo)準(zhǔn)中也有類似的規(guī)定,所使用的圖像加強(qiáng)處理方式方法必須進(jìn)行記錄,保存圖像的質(zhì)量應(yīng)與初始檢測(cè)圖像一致。但是,什么才算是原始圖像數(shù)據(jù)呢?ASTM標(biāo)準(zhǔn)E2007計(jì)算機(jī)射線照相標(biāo)準(zhǔn)指南中術(shù)語(yǔ)一章對(duì)原始數(shù)字圖像(originaldigitalim-age)進(jìn)行了定義:在未做任何圖像處理前,原始的二進(jìn)制像素?cái)?shù)據(jù)經(jīng)查找表(LUT)映射后構(gòu)成的灰度級(jí)別的數(shù)字圖像。對(duì)于計(jì)算機(jī)射線照相技術(shù)(CR)而言,IP板在射線曝光后通過(guò)激光掃描而產(chǎn)生光致發(fā)光,光信號(hào)再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換為電信號(hào),通過(guò)初始的查找表將二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。對(duì)以面陣探測(cè)器、線陣探測(cè)器為成像介質(zhì)的數(shù)字射線成像技術(shù)(DR)而言,原始圖像數(shù)據(jù)還稍有不同,這主要表現(xiàn)為探測(cè)器與IP板在獲取圖像方面的差異。在數(shù)字射線成像技術(shù)中使用數(shù)字探測(cè)器陣列進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換,華而不實(shí)每個(gè)像素的電信號(hào)輸出是不一致的,探測(cè)器的暗電流輸出還遭到環(huán)境溫度的影響,因而在數(shù)字射線成像中能夠并且也需要對(duì)探測(cè)器陣列輸出的信號(hào)進(jìn)行處理,以獲取理想的檢測(cè)圖像。為了避免數(shù)字射線探測(cè)器各個(gè)感光單元間的串?dāng)_,提高探測(cè)器的分辨率,探測(cè)器生產(chǎn)廠商將感光晶體加工成為非常細(xì)小的針狀構(gòu)造,就像光纖一樣,作為光導(dǎo)管。針狀晶體構(gòu)造將射線能量轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光,再通過(guò)光電二極管陣列生成與光強(qiáng)相關(guān)的電荷,每個(gè)光電二極管的輸出對(duì)應(yīng)于數(shù)字圖像的一個(gè)像素點(diǎn)。數(shù)字探測(cè)器陣列在制造時(shí)的質(zhì)量等級(jí)是不一樣的,如某探測(cè)器生產(chǎn)廠商將其分為一般等級(jí)和優(yōu)良等級(jí),一般等級(jí)情況下探測(cè)器可能包含有一些行缺陷(行中有40%或者更多的像素輸出是無(wú)效的),而優(yōu)良等級(jí)不包含有缺陷的行或列。對(duì)于有缺陷的探測(cè)器單元,通常采用插值方式消除這些壞像素的輸出。所謂壞像素,指的是數(shù)字射線探測(cè)器中表現(xiàn)不佳的探測(cè)單元,包括無(wú)響應(yīng)像素、過(guò)響應(yīng)像素、低響應(yīng)像素、噪聲像素等,在ASTM2597中有相應(yīng)的定義及辨別方式方法。一般由探測(cè)器生產(chǎn)廠商提供探測(cè)器中壞像素的分布情況。不難理解,即便在輻射場(chǎng)均勻的情況下,數(shù)字探測(cè)器陣列輸出的信號(hào)也會(huì)存在不一致,而這很大程度上影響到數(shù)字圖像的質(zhì)量,影響缺陷的檢出效果。為解決這一問(wèn)題,需要對(duì)探測(cè)器進(jìn)行校準(zhǔn),可能包含偏移校正、增益校正、壞像素校正等。在沒(méi)有射線照射時(shí),探測(cè)器像素輸出的信號(hào)構(gòu)成了偏移校正圖像(背景信號(hào));在射線照射均勻物體時(shí)探測(cè)器所有像素的響應(yīng)構(gòu)成增益校正圖像;根據(jù)壞像素分布情況表,分別讀取相應(yīng)的位置坐標(biāo),視其為缺失的像素輸出,根據(jù)相鄰的像素輸出值進(jìn)行線性方式等插值計(jì)算,把此計(jì)算值作為壞像素的輸出。探測(cè)器經(jīng)良好的校正后,可應(yīng)用于檢測(cè),所獲取的數(shù)字圖像是進(jìn)行上述校正后的結(jié)果。因而,數(shù)字射線成像檢測(cè)中的原始圖像數(shù)據(jù)通常是經(jīng)校正后輸出的數(shù)字圖像數(shù)據(jù),而不是簡(jiǎn)單的經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后直接構(gòu)成的數(shù)字圖像數(shù)據(jù);也就是講,數(shù)字射線成像檢測(cè)的原始圖像數(shù)據(jù)不應(yīng)是偏移校正圖像、增益校正圖像或未經(jīng)校正直接生成的圖像,而是探測(cè)器經(jīng)射線照射后生成的圖像經(jīng)過(guò)偏移校正、增益校正、壞像素映射計(jì)算后的結(jié)果圖像。原始圖像數(shù)據(jù)是與A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)相關(guān),一般是高灰階的灰度值圖像。在ISO/DIS17636-2焊縫無(wú)損檢測(cè)射線檢測(cè)第2部分:使用數(shù)字探測(cè)器的X射線和射線技術(shù)中并沒(méi)對(duì)原始圖像進(jìn)行明確定義,但進(jìn)行了如下講明:原始圖像應(yīng)以最高分辨率進(jìn)行存儲(chǔ),在存儲(chǔ)這些原始數(shù)據(jù)前,只能應(yīng)用與探測(cè)器校正有關(guān)的圖像處理(如偏移校正、增益校正、壞像素校正)。3原始圖像數(shù)據(jù)的處理與保存為使數(shù)字射線成像中檢測(cè)圖像到達(dá)理想的視覺(jué)效果,往往采用比照度調(diào)節(jié)、亮度調(diào)節(jié)等加強(qiáng)處理措施,這一經(jīng)過(guò)需要較多的計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)與技巧。在對(duì)其進(jìn)行處理時(shí),有兩個(gè)突出的問(wèn)題:①怎樣保證處理時(shí)的力度;②處理好的圖像需不需要保存。以調(diào)窗方式進(jìn)行比照度、亮度調(diào)節(jié)為例,在處理時(shí)能夠選取直方圖中的某一段進(jìn)行加強(qiáng)顯示,所設(shè)定的從暗到亮區(qū)間范圍越窄,則調(diào)節(jié)后圖像的反差就越強(qiáng)。在圖像評(píng)定時(shí),對(duì)圖像的處理要適度,不能無(wú)限制地提高圖像的反差,以致于將探測(cè)器的噪聲信號(hào)以為是缺陷影像。一個(gè)可行的辦法是充分利用圖像處理技術(shù),在不同比照度情況下分別觀察圖像,首先確定出可疑缺陷影像,然后以標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)影像作為參考進(jìn)一步斷定。在對(duì)檢測(cè)圖像進(jìn)行加強(qiáng)像處理時(shí),應(yīng)注意方式方法的有效性,避免對(duì)圖像的過(guò)度處理。在一次CR檢測(cè)試驗(yàn)時(shí),檢測(cè)人員發(fā)現(xiàn)了亮堂的不規(guī)則異常影像,非常像是重金屬夾渣。但用膠片對(duì)工件進(jìn)行射線照相卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題。究其原因,是獲取CR檢測(cè)圖像后自動(dòng)使用了某種圖像加強(qiáng)處理方式方法,而在原始圖像中卻表現(xiàn)為規(guī)則的干擾影像(IP板上附著物構(gòu)成的)。在圖像獲取完成后,有必要對(duì)原始圖像立即進(jìn)行妥善保存,后續(xù)的處理都以原始圖像為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行,并避免后續(xù)處理對(duì)華而不實(shí)內(nèi)容的改寫。針對(duì)原始檢測(cè)圖像進(jìn)行處理,并不能馬上就到達(dá)理想的效果,利用圖像處理技術(shù)不斷進(jìn)行調(diào)節(jié),這易給人以處理隨意性太大的印象。因而,能否直接保存處理后的圖像以避免這一問(wèn)題?其實(shí),在射線照相技術(shù)中,底片的觀察與評(píng)定也并不是一目了然的,對(duì)于環(huán)境條件有要求,對(duì)于人的觀察能力有要求,在觀察時(shí)也需要調(diào)節(jié)觀片燈的亮度進(jìn)行動(dòng)態(tài)判別。經(jīng)圖像處理后的結(jié)果固然是比原始圖像視覺(jué)效果好,但它是原始圖像派生的,對(duì)原始圖像使用不同的處理方式方法將產(chǎn)生不同的效果,以處理后的結(jié)果代替原始圖像,無(wú)疑減少了對(duì)檢測(cè)結(jié)果信息辨別的可能途徑。不過(guò),將圖像處理方式方法及參數(shù)進(jìn)行記錄,將有助于評(píng)定圖像的快速獲取。因而,對(duì)于原始圖像數(shù)據(jù)的處理方式方法要適當(dāng)有效,只需要保存原始圖像數(shù)據(jù)而不需要保存處理后的圖像,對(duì)圖像評(píng)定時(shí)所用的圖像處理方式方法及參數(shù)應(yīng)進(jìn)行記錄。4原始圖像數(shù)據(jù)的管理為保證射線檢測(cè)結(jié)果圖像的真實(shí)性與完好性,需要采取有效的措施對(duì)數(shù)字化圖像進(jìn)行有效的管理,數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)無(wú)疑是一個(gè)很好的工具。在利用數(shù)字射線成像檢測(cè)實(shí)踐中,筆者開(kāi)發(fā)過(guò)一個(gè)圖像數(shù)據(jù)庫(kù)軟件,可及時(shí)將檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行保存,并與檢測(cè)結(jié)果圖像建立關(guān)聯(lián)。通過(guò)專用格式存儲(chǔ)與定期光盤刻錄方式方法保證檢測(cè)結(jié)果圖像的原始狀態(tài),并可對(duì)檢測(cè)圖像進(jìn)行多種形式檢索,能夠樹(shù)狀列表形式顯示出工件的檢測(cè)情況。但在信息的輸入效率、數(shù)據(jù)的維護(hù)可靠性方面還略顯缺乏。圖片存檔和通信系統(tǒng)PACS(PictureArchivingandCommunicationSystem)已成熟應(yīng)用于醫(yī)學(xué)射線檢測(cè)圖像管理,并制定了統(tǒng)一的圖像傳輸規(guī)范DICOM(DigitalImagingandCommunicationsinMedicine)。將DICOM規(guī)范引入工業(yè)無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域,則稱之為DICONDE,可對(duì)多種形式的無(wú)損檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的歸檔存儲(chǔ),保證數(shù)據(jù)不會(huì)荒廢或無(wú)法訪問(wèn),簡(jiǎn)化了信息的標(biāo)記經(jīng)過(guò),使數(shù)據(jù)的檢索變得容易,便于多用戶遠(yuǎn)程訪問(wèn)。DICONDE更多的是對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)生產(chǎn)商提出了相關(guān)要求,需要保證其系統(tǒng)輸出圖像、數(shù)據(jù)的有效、及時(shí)存儲(chǔ),并可在不同平臺(tái)上讀取與顯示出來(lái)。基于DICONDE規(guī)范,可望有效實(shí)現(xiàn)數(shù)字射線檢測(cè)圖像的規(guī)范管理與存儲(chǔ):它按分等級(jí)、系統(tǒng)化的結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,即studyseriesinstance。詳細(xì)到一個(gè)工件檢測(cè)需求(study),它能夠按時(shí)間先后順序進(jìn)行屢次的透照檢測(cè)(series),檢測(cè)時(shí)能夠不同的參數(shù)獲取圖像(instance)。對(duì)于數(shù)字射線成像而言,DICONDE的價(jià)值在于保證檢測(cè)結(jié)果格式的統(tǒng)一,避免了不同廠商設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)所提供的結(jié)果數(shù)據(jù)格式專用、封閉的缺乏,提供了一個(gè)統(tǒng)一的接口來(lái)規(guī)范數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ);基于DICONDE的軟件平臺(tái),可使用戶對(duì)于檢測(cè)數(shù)據(jù)及信息實(shí)現(xiàn)及