近年來,數字射線成像檢測技術發展迅速,它具有成像速度快、檢測效率高的突出優點。通過有效的質量控制措施,可望實現無膠片射線檢測,有效代替膠片的使用。數字射線成像技術已在國內多個行業領域內獲得廣泛應用,但面臨的問題是缺少相應標準的支撐。國際標準化組織、美國材料學會等已制定了相應的標準,對數字射線技術進行有效的規范,如ISO/DIS 17636-2標準對使用數字探測器進行焊縫 的 射 線 檢 測 進 行 了 規 定,ASTM E2597、E2698、E2736和E2737標準對數字陣列探測器在射線檢測中的應用進行了規定。

目前,相關標準化工作小組正在進行數字射線成像檢測方法的國家標準制訂工作。在一次標準討論會中,針對“保存檢測圖像文件的原始數據”這一規定,與會專家存在爭議,主要存在兩個問題:①原始圖像數據的定義是什么,如何對其進行準確的界定。②圖像評定后是保存原始圖像數據,還是保存經處理后的圖像數據。

為此,筆者對數字射線成像中關于原始圖像數據的定義與保存進行了分析。

1 射線檢測結果的保存與追溯

傳統射線照相技術使用膠片作為記錄介質,經射線曝光后膠片感光形成潛影,之后通過顯影、定影等暗室處理形成照相底片。在觀片燈下對底片進行評定,從而判斷被檢工件內部缺陷的性質、數量等信息。

數字射線成像方法使用數字射線探測器為記錄介質,經射線照射后形成光信號,經光導介質轉化為電信號\\(或直接轉化為電信號\\),接著由讀取電路進行信息讀取生成數字圖像,在顯示器上觀察分析圖像,從而判斷出被檢測工件的內部質量狀況。

傳統射線照相技術中,射線底片是檢測結論的重要依據,評定后應按編號排序存入檔案室,按檔案管理的要求分類以便查找。一般要求在規定期限內妥善保存檢測結果,以便特定情況下可對檢測結果進行有效追溯,對檢測結論的可靠性提供技術支撐。

JB/T 4730-2005標準中規定“檢測記錄和報告等保存期不得少于7年”,ASME規范第XI卷對在役檢查的條件、檢驗過程及檢驗結果的記錄與報告有嚴格的規定,一般均要求在核電站運行壽命期內長期保存。對于底片而言,它在射線照相完成后具有不可更改性,其中的影像信息對應于檢測結果的原始狀態。

同樣的,數字射線成像技術也需要對數字檢測圖像進行有效的保存、查找及追溯。所追溯的應該是原始的不可更改的數字圖像,其中“原始的”這一限定與“后期處理過的”、“人為更改過的”相對應。

當然,在對射線檢測結果進行保存時,其一般前提是需滿足規定的檢測質量要求。對于射線底片而言,需要測量黑度范圍、觀測像質計影像、查看有無偽缺陷等。同樣的,對于數字射線成像技術而言,也需要結果圖像滿足相關要求,如像質計指標、圖像畸變與干擾影像的控制情況,有時還需要測量信噪比、最小灰度值等。

2 原始圖像數據的含義

利用數字射線成像方法可獲取到數字圖像,但一般情況下并不能得到理想的視覺效果,此時可對圖像應用多種圖像處理方法,有效增強感興趣的檢測細節,但在使用圖像處理方法時應注意保存原始圖像數據。

Gary Barber提出在對圖像文件進行存檔時,需要以初始狀態保留原始數據。

此外,觀察評定時的參數,如對比度設置、濾波情況、放大情況等也應進行記錄。通過這些操作,可以在檢測的很多年后,方便地實現對檢測結果的審核。在ASTM標準E1411“射線成像系統鑒定標準”中也有類似的規定,所使用的圖像增強處理方法必須進行記錄,保存圖像的質量應與初始檢測圖像一致。

但是,什么才算是原始圖像數據呢?

ASTM標準E2007“計算機射線照相標準指南”中術語一章對原始數字圖像\\(original digital im-age\\)進行了定義:在未做任何圖像處理前,原始的二進制像素數據經查找表\\(LUT\\)映射后形成的灰度級別的數字圖像。對于計算機射線照相技術\\(CR\\)而言,IP板在射線曝光后通過激光掃描而產生光致發光,光信號再通過A/D轉換為電信號,通過初始的查找表將二進制數據轉化數字圖像數據。

對以面陣探測器、線陣探測器為成像介質的數字射線成像技術\\(DR\\)而言,原始圖像數據還稍有不同,這主要表現為探測器與IP板在獲取圖像方面的差異。在數字射線成像技術中使用數字探測器陣列進行信號的轉換,其中每個像素的電信號輸出是不一致的,探測器的暗電流輸出還受到環境溫度的影響,因此在數字射線成像中可以并且也需要對探測器陣列輸出的信號進行處理,以獲取理想的檢測圖像。

為了避免數字射線探測器各個感光單元間的串擾,提高探測器的分辨率,探測器生產廠商將感光晶體加工成為非常細小的針狀結構,就像光纖一樣,作為光導管。針狀晶體結構將射線能量轉換為可見光,再通過光電二極管陣列生成與光強相關的電荷,每個光電二極管的輸出對應于數字圖像的一個像素點。數字探測器陣列在制造時的質量等級是不一樣的,如某探測器生產廠商將其分為一般等級和優良等級,一般等級情況下探測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效的\\),而優良等級不包含有缺陷的行或列。對于有缺陷的探測器單元,通常采用插值方式消除這些壞像素的輸出。所謂壞像素,指的是數字射線探測器中表現不佳的探測單元,包括無響應像素、過響應像素、低響應像素、噪聲像素等,在ASTM 2597中有相應的定義及識別方法。一般由探測器生產廠商提供探測器中壞像素的分布情況。

不難理解,即使在輻射場均勻的情況下,數字探測器陣列輸出的信號也會存在不一致,而這很大程度上影響到數字圖像的質量,影響缺陷的檢出效果。

為解決這一問題,需要對探測器進行校準,可能包含偏移校正、增益校正、壞像素校正等。在沒有射線照射時,探測器像素輸出的信號形成了偏移校正圖像\\(背景信號\\);在射線照射均勻物體時探測器所有像素的響應構成增益校正圖像;根據壞像素分布情況表,分別讀取相應的位置坐標,視其為缺失的像素輸出,根據相鄰的像素輸出值進行線性方式等插值計算,把此計算值作為壞像素的輸出。探測器經良好的校正后,可應用于檢測,所獲取的數字圖像是進行上述校正后的結果。

因此,數字射線成像檢測中的原始圖像數據通常是經校正后輸出的數字圖像數據,而不是簡單的經A/D轉換后直接形成的數字圖像數據;也就是說,數字射線成像檢測的原始圖像數據不應是偏移校正圖像、增益校正圖像或未經校正直接生成的圖像,而是探測器經射線照射后生成的圖像經過偏移校正、增益校正、壞像素映射計算后的結果圖像。原始圖像數據是與A/D轉換位數相關,一般是高灰階的灰度值圖像。

在ISO/DIS 17636-2“焊縫無損檢測—射線檢測—第2部分:使用數字探測器的X射線和γ射線技術”中并沒對原始圖像進行明確定義,但進行了如下說明:原始圖像應以最高分辨率進行存儲,在存儲這些原始數據前,只能應用與探測器校正有關的圖像處理\\(如偏移校正、增益校正、壞像素校正\\)。

3 原始圖像數據的處理與保存

為使數字射線成像中檢測圖像達到理想的視覺效果,往往采用對比度調節、亮度調節等增強處理措施,這一過程需要較多的計算機圖像處理技術與技巧。在對其進行處理時,有兩個突出的問題:①如何保證處理時的力度;②處理好的圖像需不需要保存。

以調窗方式進行對比度、亮度調節為例,在處理時可以選取直方圖中的某一段進行增強顯示,所設定的從暗到亮區間范圍越窄,則調節后圖像的反差就越強。在圖像評定時,對圖像的處理要適度,不能無限制地提高圖像的反差,以致于將探測器的噪聲信號認為是缺陷影像。一個可行的辦法是充分利用圖像處理技術,在不同對比度情況下分別觀察圖像,首先確定出可疑缺陷影像,然后以標準物質影像作為參考進一步判定。在對檢測圖像進行增強像處理時,應注意方法的有效性,避免對圖像的過度處理。在一次CR檢測試驗時,檢測人員發現了明亮的不規則異常影像,非常像是重金屬夾渣。但用膠片對工件進行射線照相卻沒有發現該問題。究其原因,是獲取CR檢測圖像后自動使用了某種圖像增強處理方法,而在原始圖像中卻表現為規則的干擾影像\\(IP板上附著物形成的\\)。在圖像獲取完成后,有必要對原始圖像立即進行妥善保存,后續的處理都以原始圖像為出發點進行,并避免后續處理對其中內容的改寫。

針對原始檢測圖像進行處理,并不能馬上就達到理想的效果,利用圖像處理技術不斷進行調節,這易給人以處理隨意性太大的印象。因此,是否直接保存處理后的圖像以避免這一問題?其實,在射線照相技術中,底片的觀察與評定也并不是一目了然的,對于環境條件有要求,對于人的觀察能力有要求,在觀察時也需要調節觀片燈的亮度進行動態判別。經圖像處理后的結果雖然是比原始圖像視覺效果好,但它是原始圖像派生的,對原始圖像使用不同的處理方法將產生不同的效果,以處理后的結果代替原始圖像,無疑減少了對檢測結果信息識別的可能途徑。不過,將圖像處理方法及參數進行記錄,將有助于評定圖像的快速獲取。因此,對于原始圖像數據的處理方法要適當有效,只需要保存原始圖像數據而不需要保存處理后的圖像,對圖像評定時所用的圖像處理方法及參數應進行記錄。

4 原始圖像數據的管理

為保證射線檢測結果圖像的真實性與完整性,需要采取有效的措施對數字化圖像進行有效的管理,數據庫技術無疑是一個很好的工具。

在利用數字射線成像檢測實踐中,筆者開發過一個圖像數據庫軟件,可及時將檢測參數進行保存,并與檢測結果圖像建立關聯。通過專用格式存儲與定期光盤刻錄方法保證檢測結果圖像的原始狀態,并可對檢測圖像進行多種形式檢索,可以樹狀列表形式顯示出工件的檢測情況。但在信息的輸入效率、數據的維護可靠性方面還略顯不足。

圖片存檔和通信系統PACS\\(Picture Archivingand Communication System\\)已成熟應用于醫學射線檢測圖像管理,并制定了統一的圖像傳輸規范DICOM\\(Digital Imaging and Communications inMedicine\\)。將DICOM規范引入工業無損檢測領域,則稱之為DICONDE,可對多種形式的無損檢測數據進行有效的歸檔存儲,保證數據不會荒廢或無法訪問,簡化了信息的標記過程,使數據的檢索變得容易,便于多用戶遠程訪問。DICONDE更多的是對檢測系統生產商提出了相關要求,需要保證其系統輸出圖像、數據的有效、及時存儲,并可在不同平臺上讀取與顯示出來?；贒ICONDE規范,可望有效實現數字射線檢測圖像的規范管理與存儲:

它按分 等 級、系 統 化 的 結 構 對 數 據 進 行 管 理,即“study→series→instance”。具體到一個工件檢測需求\\(study\\),它可以按時間先后順序進行多次的透照檢測\\(series\\),檢測時可以不同的參數獲取圖像\\(instance\\)。

對于數字射線成像而言,DICONDE的價值在于保證檢測結果格式的統一,避免了不同廠商設計的檢測系統所提供的結果數據格式專用、封閉的不足,提供了一個統一的接口來規范數據的采集、存儲;基于DICONDE的軟件平臺,可使用戶對于檢測數據及信息實現及時、便捷、有效、安全的管理。

5 結語

對數字射線成像方法而言,需要對原始數字成像的規定及其正確使用有統一正確的認識。數字射線成像方法與膠片照相技術的區別最主要在于其檢測結果是數字圖像而不是底片。

數字射線成像方法中對檢測結果的處理與保存需要更多的注意事項,對原始圖像數據要進行有效的存儲與保護,在應用圖像處理技術時既要避免改寫原始圖像數據,又要避免圖像處理技術的不當使用?；贒ICONDE規范,可望實現數字射線成像方法檢測結果圖像的有效管理、存檔與檢索。