傳統(tǒng)的膠片成像X射線檢測技術(shù)普遍存在清晰度和分辨率低,評(píng)片工作強(qiáng)度大,保存膠片占據(jù)大量空間等問題。將圖片數(shù)字化可極大地節(jié)省空間,且為了 提高圖像質(zhì)量,便于精確分析和判斷以及方便計(jì)算機(jī)的進(jìn)一步處理,對(duì)圖像作增強(qiáng)處理非常必要。常用的圖像增強(qiáng)方法為灰度變換、直方圖修正、圖像平滑及圖像銳 化等。通過Photoshop圖像處理軟件可以很方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)圖片的增強(qiáng)處理[1~3]。

1數(shù)字圖像增強(qiáng)處理

從實(shí)際景物轉(zhuǎn)換成圖像信息,在圖像的生成、傳輸或變換過程中,由于多種因素的影響,輸出圖像的質(zhì)量多少會(huì)有所降低(或稱為退化)。圖像增強(qiáng)的目 的是采用一系列技術(shù)改善圖像的視覺效果,或?qū)D像轉(zhuǎn)換成一種更適于人或機(jī)器進(jìn)行分析處理的形式,通過處理設(shè)法有選擇地突出某些人或機(jī)器感興趣的信息,抑制 一些無用的信息,以提高圖像的使用價(jià)值。如X射線照片的對(duì)比度通常較差,為此需對(duì)圖像中的每一像素的灰度進(jìn)行標(biāo)度變換,擴(kuò)大圖像灰度的范圍,便可以達(dá)到增 強(qiáng)的目的。它將輸入圖像中某點(diǎn)(x,y)的灰度f(x,y),通過映射函數(shù)T(*)映射成輸出圖像中的灰度g(x,y),即

根據(jù)映射方式的不同,對(duì)比度增強(qiáng)可分為灰度變換法及直方圖修整法,前者又可分為線性、分段線性、非線性及其它方式灰度變換。

1.1灰度線性變換

當(dāng)圖像由于成像時(shí)曝光不足或曝光過度,由于成像設(shè)備的非線性或圖像記錄設(shè)備動(dòng)態(tài)范圍太窄等因素,都可能使圖像的灰度局限在一個(gè)很小的范圍內(nèi),導(dǎo) 致對(duì)比度不足,在顯示器上看到的將是一個(gè)模糊不清、似乎沒有灰度層次的圖像。用一個(gè)線性單值函數(shù),對(duì)圖像內(nèi)的每個(gè)像素作線性擴(kuò)展,將有效改善圖像的視覺效 果。

令原圖像f(x,y)的灰度范圍為[a,b],在線性變換后圖像g(x,y)的灰度范圍被擴(kuò)展到[c,d],則

可用下述變換來實(shí)現(xiàn)全域線性灰度變換(圖1)

圖1中[a,b]可從圖像的直方圖上獲得,由于|d-c|總是大于|b-a|,所以對(duì)離散的數(shù)字圖像來說,盡管變換前后像素的個(gè)數(shù)不變,但不同像素之間的灰度差變大,對(duì)比度增大,圖像的觀看質(zhì)量也必然優(yōu)于變換前。

截取式線性灰度變換時(shí),圖像中的大部分像素的灰度值在[a,b]范圍內(nèi),少部分像素分布在小于a和大于b的區(qū)間內(nèi),此時(shí)可用圖2作變換。兩端 “截取式”的變換使小于a和大于b的像素強(qiáng)行壓縮為c和d,將會(huì)造成一小部分信息的丟失。但有時(shí)為了適應(yīng)某種應(yīng)用,作這種犧牲是值得的。

為突出感興趣的目標(biāo)或灰度區(qū)間,相對(duì)抑制不感興趣的灰度區(qū)域,可采用分段線性法。將圖像灰度空間分為兩段乃至多段,分別作線性變換稱之為分段線性變換。圖3是分三段作線性變換的示意圖。圖3中的a~f變換區(qū)間邊界都可通過鍵盤隨時(shí)作交互輸入。

1.2直方圖修整法

直方圖表示數(shù)字圖像中每一個(gè)灰度級(jí)與其出現(xiàn)頻數(shù)(該灰度像素的數(shù)目)之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。用橫坐標(biāo)表示灰度級(jí),縱坐標(biāo)視圖像類型而定,對(duì)連續(xù)圖像, 它是灰度值出現(xiàn)的概率密度pr(r);對(duì)數(shù)字圖像,它是灰度值為r的像素個(gè)數(shù)或出現(xiàn)這個(gè)灰度值的概率pr(ri)。直方圖能給出該圖像的概貌性描述,如圖 像的灰度范圍、每個(gè)灰度級(jí)的頻數(shù)和灰度分布以及整幅圖像的平均明暗及對(duì)比度等,以此作為進(jìn)一步處理的重要依據(jù)。大多數(shù)自然圖像由于其灰度分布集中在較窄的 區(qū)間,引起圖像細(xì)節(jié)看不清楚。采用直方圖修整后可使圖像的灰度間距拉開或使灰度分布均勻,從而增大了反差,使圖像細(xì)節(jié)清晰,達(dá)到增強(qiáng)的目的。直方圖修整法 通常有直方圖均衡化及直方圖規(guī)定化兩類。

1.3圖像的平滑

圖像在生成和傳輸?shù)倪^程中也常受到各種噪聲源的干擾,從而使圖像質(zhì)量變差。這些噪聲源包括電傳感器噪聲、相片顆粒所引起的噪聲、信道誤差及其它 噪聲等。為抑制噪聲,改善圖像質(zhì)量,須對(duì)圖像進(jìn)行平滑處理,這可在空間域或頻率域中進(jìn)行。在平滑噪聲時(shí)應(yīng)盡量不損害圖像的邊緣和各種細(xì)節(jié)。

2Photoshop軟件對(duì)X射線底片的圖像處理

2.1夾渣缺陷的處理

現(xiàn)有夾渣鈦管的X射線探傷底片一張,掃描輸入到計(jì)算機(jī)中(圖4),存在嚴(yán)重的劃痕且曝光不足。采用Photoshop軟件中的色階調(diào)整(直方圖調(diào)整)和曲線調(diào)整(灰度線性變換)命令,以及修復(fù)畫筆工具對(duì)其進(jìn)行處理。

在灰度圖像顏色模式中,曲線調(diào)整也可稱為灰度線性變換。一般在圖像曝光不足或曝光過度的情況下,圖像灰度值可能會(huì)局限在一個(gè)很小的范圍內(nèi),這時(shí) 在顯示器上看到的是一個(gè)模糊不清、似乎沒有灰度層次的圖像,所以用到的處理方法是灰度的線性變換,具體來說是分段線性變換,以對(duì)圖像中的每個(gè)像素的灰度值 作線性擴(kuò)展,從而擴(kuò)大整個(gè)圖像的像素灰度值范圍,有效改善圖像的視覺效果。分段線性變換可使圖像中的所有像素的灰度值在一定取值范圍內(nèi)作線性擴(kuò)展,而其它 取值范圍內(nèi)的灰度值所對(duì)應(yīng)的像素會(huì)被抑制,從而有效突出重點(diǎn)部分。該夾渣灰度線性變化前后的效果如圖5所示。圖像某些區(qū)域的灰度值范圍被明顯擴(kuò)大,以前灰 度值相近的像素對(duì)比度被拉大,缺陷輪廓更加清晰,圖像更有層次感,為進(jìn)一步分析作好了準(zhǔn)備。

雖然圖像效果得到了增強(qiáng),已經(jīng)可以判斷出缺陷的類型及缺陷所在的區(qū)域,但為更方便地判斷缺陷的大小,需對(duì)缺陷所在區(qū)域作進(jìn)一步處理。為了不影響 膠片其它區(qū)域,使缺陷更加突出,僅對(duì)缺陷所在的部分區(qū)域進(jìn)行處理。用矩形選框選中缺陷所在區(qū)域,再選擇合適的處理方法使缺陷的像素灰度值更低,背景的像素 灰度值更高,變換后的效果如圖6所示。

2.2氣孔缺陷的處理

現(xiàn)有一張焊縫中有大量成串氣孔的X射線探傷底片(圖7a),缺陷輪廓不清晰且有雜波。掃描輸入到計(jì)算機(jī)中,采用Photoshop軟件中的曲線對(duì)比度調(diào)整、魔棒選擇工具以及顏色減淡工具進(jìn)行處理。處理后的圖像效果見圖7b。

3結(jié)論

數(shù)字圖像處理作為一種新的處理手段,近年來在無損檢測領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多。如在傳統(tǒng)的膠片成像X射線檢測技術(shù)、X射線數(shù)字成像技術(shù)(DR)、X 射線工業(yè)CT、中子射線成像技術(shù)及康普頓散射技術(shù)等都有應(yīng)用。對(duì)傳統(tǒng)的膠片成像X射線檢測進(jìn)行圖像的數(shù)字化和增強(qiáng)處理,使其清晰度和分辨率得到了很大改 善,且保存容易,工作強(qiáng)度大為減少。如利用適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn),將Photoshop處理過程做成批處理形式(專用濾鏡)就可大大提高處理效率。但是該方法的應(yīng)用 可靠性與掃描儀性能有很大關(guān)系,是目前普及到工業(yè)中的主要制約因素。

摘自：中國計(jì)量測控網(wǎng)