專利名稱：工業(yè)x射線機(jī)在線探傷檢測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及X射線成像技術(shù)，特別涉及一種用于工業(yè)探傷的X射線成像設(shè)備及缺陷檢測方法。
背景技術(shù)：
隨著中國工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)品出口不斷增長，世界工廠的地位已然確立，由此對工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量要求也日益提高，工業(yè)產(chǎn)品的檢測比例和數(shù)量呈現(xiàn)逐年上升態(tài)勢。近年來，射線成像檢測技術(shù)已經(jīng)得到認(rèn)可，各種工件如鍋爐焊管、汽車輪轂的生產(chǎn)廠商開始采用工業(yè)X 射線進(jìn)行成像檢測。然而，這類工件的生產(chǎn)效率一般都很高，要求能夠在流水線上進(jìn)行實(shí)時、高分辨率的逐件射線檢測。X射線成像檢測的原理是X射線在穿透被檢物體過程中，會與物質(zhì)發(fā)生相互作用，因吸收和散射而使其強(qiáng)度減弱。強(qiáng)度減弱程度取決于物質(zhì)的衰減系數(shù)和射線在物質(zhì)中穿越的厚度。這樣同樣強(qiáng)度的X射線透過完好部位和缺陷部位后，將會出現(xiàn)不同的衰減，透射射線的強(qiáng)度出現(xiàn)差異。X射線成像系統(tǒng)有多種類型，如基于射線圖像增強(qiáng)器的系統(tǒng)，基于平板式數(shù)字成像器(FPD)的系統(tǒng)，基于光纖耦合CCD的射線成像系統(tǒng)，以及線陣探測器掃描成像系統(tǒng)(LDA)等。目前，在醫(yī)療透視診斷和工業(yè)射線檢測等領(lǐng)域應(yīng)用較為成熟的是采用圖像增強(qiáng)器和普通視頻攝像機(jī)組成的X射線電視系統(tǒng)，或通過圖像采集卡由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的數(shù)字成像系統(tǒng)，但該系統(tǒng)存在以下不足。在射線成像系統(tǒng)方面，第一代的圖像增強(qiáng)器系統(tǒng)只適用于300kV以下的低能X射線，即對中小型工件檢測，且動態(tài)范圍小，成像質(zhì)量較差，特別是隨著使用時間增加圖像質(zhì)量越來越差，容易在輸出屏灼傷，壽命短。但經(jīng)過近60年的發(fā)展、如今已發(fā)展到了第三代， 其亮度增益、分辨率各方面都得到了較大的提高。然而，目前用于X射線成像檢測的數(shù)字化可見光成像裝置主要是CCD視頻相機(jī)，不但成本高，而且視頻模擬傳輸?shù)姆绞较拗屏烁黜?xiàng)指標(biāo)的性能提升，使得分辨率在百萬像素以下，幀頻在30fps以內(nèi)，已經(jīng)不能滿足高精度、 大尺度的在線檢測需求。從90年代初開始，CMOS圖像傳感器得到迅速發(fā)展，它的一些性能參數(shù)與CXD相接近，而在抗輻射能力、功能、功耗、尺寸和價(jià)格等方面要優(yōu)于CCD圖像傳感器。在我國，比起高端的數(shù)字化成像設(shè)備，性價(jià)比突出的產(chǎn)品擁有更加廣闊的市場。在自動檢測系統(tǒng)方面，目前普遍使用的X射線自動檢測與識別系統(tǒng)主要是輔助判別系統(tǒng)，即通過操作人員與計(jì)算機(jī)的交互對話進(jìn)行分類處理或半自動系統(tǒng)，即通過人眼找到缺陷位置，借助鼠標(biāo)或鍵盤畫定缺陷范圍后，再進(jìn)行機(jī)器識別，這實(shí)際上并不能真正實(shí)現(xiàn)自動化。另外由于射線成像系統(tǒng)會產(chǎn)生對人體有害的輻射，使得工件檢測的成像裝置必須與檢測人員所在的監(jiān)控中心進(jìn)行隔離，這樣就會產(chǎn)生與分析結(jié)果無關(guān)的圖像二次采樣、編碼、傳輸及解碼等過程，在通信帶寬和距離受限的條件下，高分辨率的實(shí)時視頻流將給處理能力有限的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)帶來巨大壓力，功能強(qiáng)大但相對復(fù)雜的缺陷檢測算法的應(yīng)用也就受到了限制。這正是目前使用的大多數(shù)檢測機(jī)械無法對工業(yè)構(gòu)件進(jìn)行動態(tài)的實(shí)時檢測，
4只能做靜態(tài)檢測，導(dǎo)致檢測人員勞動強(qiáng)度大，效率低下的主要原因。智能相機(jī)是一種具備觀察一處理一辨識能力的成像設(shè)備，它所具備的基本功能是可以對場景進(jìn)行分析并將感興趣區(qū)域的內(nèi)容和動作報(bào)告給用戶，其基本輸出不是圖像，盡管它依然會輸出圖像以幫助用戶去理解數(shù)據(jù)。和其它大多數(shù)圖像檢測技術(shù)一樣，我們利用 X射線成像設(shè)備進(jìn)行缺陷檢測的目的是想知道工件是否存在缺陷，缺陷的位置、類型及等級等信息，而不是工件的圖像本身。因此，我們可以將智能相機(jī)的設(shè)計(jì)思想引入工業(yè)X射線機(jī)在線檢測設(shè)備的設(shè)計(jì)中，使實(shí)時成像檢測技術(shù)具有速度快，易于控制，累加成本低等優(yōu)點(diǎn)。在缺陷檢測算法方面，基于X射線成像的缺陷檢測存在以下難點(diǎn)首先，相對工件尺寸而言，大多數(shù)缺陷的目標(biāo)較小，在成像系統(tǒng)中表現(xiàn)為微弱特性，而且沒有固定的形狀與結(jié)構(gòu)特征或特征不明顯。在工件缺陷檢測的圖像分析任務(wù)中，如何從海量數(shù)據(jù)中找到需要的目標(biāo)是一個核心問題，為了對缺陷目標(biāo)的存在性做出判斷，常見的解決方法往往需要對所有圖像區(qū)域進(jìn)行驗(yàn)證，但實(shí)際上我們所關(guān)心的內(nèi)容通常僅占圖像中很小一部分面積，這種全局加工的方式既造成了計(jì)算浪費(fèi)，又加重了分析難度。其次，從X射線的照射方向來看，缺陷的尺寸均明顯小于物體厚度尺寸，使最終獲得的圖像產(chǎn)生亮度小、灰度變化緩慢、 對比度低、噪聲干擾較大等不足。并且由于圖像增強(qiáng)器在視野內(nèi)不同區(qū)域具有不同的亮度增益，均勻物體的圖像中心區(qū)域的亮度較周邊區(qū)域通常較高，被稱為空間的不均勻性，或稱為暈影。然而，人類視覺系統(tǒng)(HVS)卻能較好地解決這一問題。視覺是人類感知環(huán)境信息的主要手段。研究表明，人類視覺能夠檢測和辨識信噪比極低的圖像中的目標(biāo)，而且能夠瞬間完成視覺信息的獲取、處理與理解的全過程，目前的視覺檢測技術(shù)無法比擬。面對一個復(fù)雜場景，它總會迅速選擇少數(shù)幾個區(qū)域進(jìn)行優(yōu)先處理，該過程被稱為視覺注意，被選中的區(qū)域被稱為注意焦點(diǎn)(F0A)。視覺注意使HVS能夠以不同的次序和力度對各個場景區(qū)域進(jìn)行選擇性加工，從而避免了計(jì)算浪費(fèi)，降低了分析難度。顯然，將這種機(jī)制引入X射線在線檢測設(shè)備是非常有必要的。雖然現(xiàn)有X射線成像檢測系統(tǒng)的種種不足給缺陷目標(biāo)的檢測帶來了困難，但光學(xué)成像器件性能的提升、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的革新，為下一代快速、可靠、有效的動態(tài)實(shí)時X射線圖像獲取與分析提供了有利條件；來自生物視覺的啟示，也將指導(dǎo)我們設(shè)計(jì)合理的缺陷自動提取與識別算法，使X射線在線檢測系統(tǒng)的開發(fā)成為一個意義重大并極富挑戰(zhàn)性的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的技術(shù)的不足，提供一種基于仿生智能相機(jī)的工業(yè)X 射線在線探傷檢測設(shè)備及方法，應(yīng)用人的視覺機(jī)理，提高檢測效率，減輕勞動強(qiáng)度，擴(kuò)展X 射線在線成像檢測技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明所述的工業(yè)X射線機(jī)在線探傷檢測系統(tǒng)由智能相機(jī)、光學(xué)鏡頭系統(tǒng)、圖像增強(qiáng)器、X射線管、高壓發(fā)生器、氣動編碼器、運(yùn)動控制器、網(wǎng)卡、監(jiān)控室主機(jī)、聲光報(bào)警器組成。智能相機(jī)通過運(yùn)動控制器控制傳送帶的運(yùn)轉(zhuǎn)，并通過行程編碼器獲得工件的位移信息； 智能相機(jī)通過高壓發(fā)生器控制X射線管發(fā)射X射線，透過工件并經(jīng)圖像增強(qiáng)器、光學(xué)鏡頭系統(tǒng)，再由智能相機(jī)攝取工件圖像；智能相機(jī)中運(yùn)行的基于仿生視覺的圖像分析算法用于檢測工件中是否存在缺陷并提取其在成像平面的坐標(biāo)和尺寸信息，控制氣動打標(biāo)器標(biāo)記出工件缺陷的所在位置，同時將高分辨率的實(shí)時視頻、含有缺陷的圖像及缺陷分析結(jié)果通過網(wǎng)卡傳輸至監(jiān)控室主機(jī)；監(jiān)控室主機(jī)與聲光報(bào)警器連接。本發(fā)明所述的工業(yè)X射線機(jī)在線探傷檢測系統(tǒng)分為檢測室及與之隔離的監(jiān)控室， 檢測室設(shè)置射線屏蔽裝置，保證X射線不會對外輻射。檢測室設(shè)備以智能相機(jī)為核心，包括光學(xué)鏡頭系統(tǒng)、圖像增強(qiáng)器、X射線管、高壓發(fā)生器、氣動編碼器、運(yùn)動控制器；智能相機(jī)完成對傳送帶上工件的X射線成像、采集、預(yù)處理、分析及缺陷標(biāo)識工作，以及傳輸分析結(jié)果、 調(diào)整設(shè)備參數(shù)；監(jiān)控室包括的監(jiān)控室主機(jī)、網(wǎng)卡和聲光報(bào)警器，監(jiān)控室主機(jī)除了保存缺陷圖像外，還將對分析結(jié)果作進(jìn)一步的參數(shù)統(tǒng)計(jì)，為后期工件的篩選、修補(bǔ)提供依據(jù)。本發(fā)明所述的智能相機(jī)設(shè)計(jì)為雙核DSP處理器的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)圖像傳輸和圖像分析同時進(jìn)行。其中，基于ARM9+視頻協(xié)處理器的DSP搭配低照度CMOS傳感器完成高分辨率圖像采集和高清視頻壓縮編碼、傳輸?shù)娜蝿?wù)；基于1. IGHz主頻的高性能數(shù)字媒體專用DSP完成實(shí)時X射線圖像分析的任務(wù)。傳輸?shù)膱D像信息具備高分辨率靜態(tài)圖像和高幀率視頻流兩種格式，且互不干擾。上傳至監(jiān)控室主機(jī)的缺陷圖像采用軟件異步觸發(fā)的方式抓拍，其分辨率高于現(xiàn)場實(shí)時處理的圖像。本發(fā)明所述的檢測方法按如下步驟實(shí)現(xiàn)
51、智能相機(jī)初始化，與監(jiān)控室主機(jī)建立連接并開始采集實(shí)時視頻流；
52、智能相機(jī)控制傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)，使工件位于X射線管與圖像增強(qiáng)器之間的輻射面；
53、開啟高壓發(fā)生器激發(fā)X射線管產(chǎn)生X射線，通過監(jiān)控室主機(jī)調(diào)整射線強(qiáng)度及三可變 (可調(diào)焦、可變焦、可變光圈)光學(xué)鏡頭的參數(shù)，使圖像達(dá)到最佳效果；
54、ARM9從CMOS傳感器采集一幀圖像，并在視頻處理子系統(tǒng)中(VPSS)進(jìn)行尺度裁剪 (Resize)及色彩變換，得到一幀靜態(tài)灰度X射線圖像；
55、高性能圖像分析DSP通過主機(jī)接口(HPI)獲得該圖像，開始執(zhí)行缺陷檢測算法；
56、通過圖像去噪、灰度變換增強(qiáng)得到圖像1 ；
57、提取早期視覺特征，得到亮度圖方向圖0力=0,1,2,3)和紋理圖耶=0丄2);
58、參照缺陷目標(biāo)尺寸的先驗(yàn)信息設(shè)置FOA候選區(qū)域的最小直徑^lift與劃分層分?jǐn)?shù) Lay ,劃分圖像區(qū)域；度量各個FOA候選區(qū)域的視覺顯著度，得到多層次的亮度顯著圖^， 方向顯著圖m￠^ = O-2,3)和紋理顯著圖TiSi ￠ = 0,1,2)；
59、根據(jù)被檢工件的檢測任務(wù)，通過對工件樣本圖像的分析與學(xué)習(xí)，確定FOA的顯著閾值Di和數(shù)目閾值Ns,并設(shè)置FOA選擇與轉(zhuǎn)移過程的初始值-.k=i’消=LSi, OiSf = OiSl,
T對=TiSl ；
S10、選擇第k個F0A，其顯著度為,對應(yīng)特征為F■良,中心位置為ItLock,Lock),區(qū)域直徑為ISafc ；
Sl 1、若&產(chǎn)<D ,或t > Ns ,則跳轉(zhuǎn)至步驟S14 ；512、結(jié)合具體任務(wù)，完成當(dāng)前對第λ個FOA所在的局部區(qū)域的分析；
513、更新顯著圖，得到LSf^CPf1和TJSf1,更新FOA編號，t= i + ;i，返回步驟10，進(jìn)行FOA轉(zhuǎn)移；
514、結(jié)束整個圖像分析過程，若在設(shè)定的閾值下不存在潛在缺陷則跳轉(zhuǎn)至步驟S4繼續(xù)檢測下一個工件；
515、記錄潛在缺陷的中心位置和FOA直徑，由ARM9根據(jù)標(biāo)定系數(shù)換算為工件表面的實(shí)際尺寸和位移，控制打標(biāo)器在相應(yīng)位置進(jìn)行標(biāo)識；
516、將緩存中的大尺寸圖和計(jì)算得到的缺陷分析結(jié)果打包，利用TCP/IP協(xié)議通過以太網(wǎng)發(fā)送給監(jiān)控室主機(jī)。本發(fā)明將人眼的視覺注意機(jī)制引入X射線的圖像分析，在一定程度上具備了類似于HVS的選擇性加工能力。它具有較為廣泛的適用范圍，可以分析來自不同工件、不同射線的圖像數(shù)據(jù)，可以處理包括圖像篩選、圖像壓縮和目標(biāo)檢測在內(nèi)的多種任務(wù)，可以用于自動或輔助的圖像分析過程。本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低、能夠?qū)崟r顯示，檢測速度快，適合對定位精度要求不是很高的、被檢測工件厚度比較均勻的、人眼容易從屏幕上識別缺陷或問題的快速動態(tài)檢測，如焊管焊縫檢測，鋼板內(nèi)部缺陷檢測、生產(chǎn)流水線上工件檢測等。


圖1是本發(fā)明中工業(yè)X射線檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中基于雙核DSP的智能相機(jī)模塊示意圖。圖3是本發(fā)明中基于仿生智能相機(jī)的工業(yè)X射線檢測裝置的工作流程圖。圖4是本發(fā)明中圖像分析算法的框架圖。圖5是本發(fā)明中基于人眼注意機(jī)制的FOA候選區(qū)域劃分示意圖。圖6是本發(fā)明中基于人眼注意機(jī)制的視覺顯著性度量方法示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的基于仿生智能相機(jī)的工業(yè)X射線探傷檢測設(shè)備及方法做進(jìn)一步描述。如圖1所示，是本發(fā)明中工業(yè)X射線檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。監(jiān)測系統(tǒng)分為檢測室和監(jiān)控室兩部分。監(jiān)控室的主機(jī)通過百兆網(wǎng)卡與智能相機(jī)連接，并連接有聲光報(bào)警裝置在工作異常時啟動報(bào)警。監(jiān)控室主機(jī)的軟件除了可以實(shí)時顯示檢測室的監(jiān)控視頻外，還可以保存缺陷圖像及信息，對分析結(jié)果進(jìn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)，并遠(yuǎn)程調(diào)整射線源和鏡頭等的參數(shù)。由于監(jiān)控室主機(jī)具備相對充足的存儲資源，還實(shí)現(xiàn)需要大量訓(xùn)練樣本的缺陷分類和級別判定等高級分析算法，為后期工件的篩選、修補(bǔ)提供依據(jù)。檢測室設(shè)置有抗輻射的射線屏蔽裝置， 其中的監(jiān)測系統(tǒng)可劃分為四個部分運(yùn)動控制部分、射線源部分、圖像轉(zhuǎn)換部分和圖像處理部分，各部分均以智能相機(jī)為核心。運(yùn)動控制部分包括傳送帶、行程編碼器、運(yùn)動控制器及氣動打標(biāo)器。傳送帶上裝載工件，使之依次通過X射線管與圖像增強(qiáng)器之間的輻射面；行程編碼器可以是光柵編碼或磁編碼，用于記錄傳送帶的實(shí)際位移；運(yùn)動控制器由減速電機(jī)及其驅(qū)動器構(gòu)成，編碼器的輸出和驅(qū)動器的控制字輸入可通過單片機(jī)或CPLD打包后與智能相機(jī)的RS-232接口 1相連。 在對工件進(jìn)行成像檢測時，不僅需要檢測出工件的缺陷，而且還需要在工件上精確的標(biāo)記出工件缺陷的具體位置，以便對產(chǎn)品工件缺陷進(jìn)行修補(bǔ)和分析。為此，系統(tǒng)配置了氣動打標(biāo)器，通過RS-232接口 2與智能相機(jī)相連。射線源部分包括產(chǎn)生X射線的X射線管、驅(qū)動射線管的高壓發(fā)生器及冷卻器等部分。其中X射線管是核心部件，它由陰極、陽極、高真空玻璃管和防護(hù)外殼組成。管電壓和管電流是衡量X射線機(jī)性能的主要技術(shù)指標(biāo)，決定了產(chǎn)生射線的硬度(穿透性)和強(qiáng)度，需針對不同的檢測對象進(jìn)行選型和參數(shù)設(shè)置。例如，可選用丹東萬全無損檢測儀器廠生產(chǎn)的 XGF-604型X射線機(jī)，其管電壓為15 60kV可調(diào)，管電流0. 1 4mA可調(diào)，出射角60°，最大消耗功率^0W。智能相機(jī)的GPIO通過射線源控制器設(shè)置高壓發(fā)生器的開閉和管電流、電壓大小，監(jiān)控室主機(jī)可通過智能相機(jī)間接地控制高壓發(fā)生器，在首次工作時由檢測人員經(jīng)監(jiān)控室主機(jī)完成參數(shù)調(diào)整，此后將控制權(quán)交給智能相機(jī)。圖像轉(zhuǎn)換部分包括圖像增強(qiáng)器和光學(xué)鏡頭系統(tǒng)。圖像增強(qiáng)器將低密度的X射線圖像轉(zhuǎn)化為可見光圖像輸出，并使其輸出面的亮度大幅提高。它主要有由射線窗口、輸入屏 (包括熒光面和光電面)、聚焦電極和輸出屏構(gòu)成。在圖像增強(qiáng)器中完成X射線一可見光一電子一可見光的轉(zhuǎn)換過程。本發(fā)明中可選用法國泰雷茲電子管器件公司(THALES ELECTRON DEVICES)的6英寸屏TH9466HP型圖像增強(qiáng)器，它的輸入窗口裝有薄金屬板，具有良好的X 射線穿透性，并能降低X射線散射。在具有反射性涂層的單一厚度玻璃輸出窗口上，加有薄輸出熒光屏幕，因此小部位的對比度也較高，并有低的構(gòu)造噪聲和高M(jìn)TF (調(diào)制傳輸特性)特性。其極限分辨率為48Lp/mm，對比度為17 1，輸出圖像的直徑為15mm。光學(xué)鏡頭系統(tǒng)包括一個放映鏡頭和一個三可變鏡頭。由于圖像增強(qiáng)器得到的射線圖像很小，直徑只有幾厘米，所以要通過一個放映鏡頭將其放大。然后用一個電動三可變鏡頭將清晰的圖像成像到智能相機(jī)的CMOS靶面上，由智能相機(jī)中DM368芯片內(nèi)嵌的ARM9處理器通過鏡頭控制器控制各電機(jī)的轉(zhuǎn)向和角度，調(diào)節(jié)鏡頭的光圈、焦距和對焦，得到系統(tǒng)所要求亮度和大小的圖像。使用這種光學(xué)鏡頭系統(tǒng)可以使用單視野的圖像增強(qiáng)器，而無需購買價(jià)格更貴的三視野產(chǎn)品，節(jié)約系統(tǒng)成本。三可變鏡頭的選取需和光學(xué)成像器件的尺寸相匹配，本發(fā)明中，CMOS的尺寸為1/2寸，故選用了日本Computar公司的H10Z0812M型電動三可變鏡頭，其焦距為8 80mm，光圈大小為Fl. 2 F22C，電機(jī)驅(qū)動電壓為DC8V，采用C型鏡頭接口。如圖2所示，是本發(fā)明中基于雙核DSP的智能相機(jī)模塊示意圖。由于該檢測系統(tǒng)既需要完成對外設(shè)的控制以及與監(jiān)控室主機(jī)的通信，又需實(shí)現(xiàn)實(shí)時視頻流的壓縮和圖像分析任務(wù)。同時考慮到X射線缺陷檢測算法具有前端處理數(shù)據(jù)量大、實(shí)時性強(qiáng)且算法復(fù)雜度高的特點(diǎn)，使得這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要保證足夠的靈活性，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的算法，同時又要保證高速的處理能力。于是，智能相機(jī)的設(shè)計(jì)采用了 TI公司TMS320DM368 (簡寫為DM368) +TMS320DM648 (簡寫為 DM648)的架構(gòu)。DM368是內(nèi)嵌432MHz主頻ARM^6內(nèi)核及視頻圖像協(xié)處理器引擎的高性能數(shù)字媒體片上系統(tǒng)，是面向高清視頻編碼傳輸?shù)慕鉀Q方案，可實(shí)現(xiàn)IOSOp分辨率下30fps的H. 264 視頻編解碼處理，并集成有圖像傳感器接口(ISIF)，可直接連接CMOS和CCD圖像傳感器。 在本發(fā)明中，利用DM368內(nèi)嵌的ARM9處理器管理各種外設(shè)并實(shí)現(xiàn)和監(jiān)控室主機(jī)的通信，利用內(nèi)嵌的協(xié)處理器引擎實(shí)現(xiàn)2048X1536的靜態(tài)JPEG圖像捕獲以及SVGA (1280X10M)分辨率、25fps幀頻的H. 264視頻編碼。具體的連接方式如下通過GPIO與鏡頭控制器和射線源控制相連；通過UART端口連接串口電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3223并擴(kuò)展出兩路RS-232接口， 分別連接傳送帶的運(yùn)動控制器和氣動打標(biāo)器；內(nèi)部的EMAC模塊連接物理層器件RTL8201進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后連接RJ-45以太網(wǎng)接口 ；U8MB的程序存儲器(Flash Memory)和U8MB的內(nèi)存(DDR2 SDRAM)分別通過16bits的存儲器端口連接。DM648是基于內(nèi)核的高性能數(shù)字媒體處理器。其主頻可達(dá)1. 1GHz，處理能力可達(dá)8800MIPS，專為高分辨率、高幀率視頻圖像處理而設(shè)計(jì)。DM648主要用于X射線圖像的分析任務(wù)，因此配備有更大的程序執(zhí)行空間。具體的連接方式如下通過32bits的主機(jī)接口(HPI)與DM368相連，接收經(jīng)過尺度和色彩變換的X射線圖像，并發(fā)送處理結(jié)果；通過外部存儲器接口(EMIF)連接程序存儲器(Flash Memory)；通過32bits的內(nèi)存控制器接口 (DDR2 IF)連接兩片16bits的DDR2內(nèi)存；通過JTAG接口連接仿真頭(Hurricane header) 和)(DS510仿真器。圖像傳感器選用Micron公司的MT9T001型CMOS傳感器。它采用了獲得專利的低噪高靈敏度DigitalClarity技術(shù)，保證了在低光照條件下的成像品質(zhì)；具備300萬像素 (2048X1536)的高分辨率成像優(yōu)勢，并在最大分辨率下可實(shí)現(xiàn)12fps的連續(xù)采集，既適用于靜態(tài)圖像捕捉有適用于連續(xù)視頻采集。通過ISIF接口與DM368相連。電源采用12V直流輸入，功率>15W，通過電壓轉(zhuǎn)換模塊輸出1. 2V、1. 8V、2. 5V和 3. 3V的電壓供系統(tǒng)使用。如圖3所示，是本發(fā)明中基于仿生智能相機(jī)的工業(yè)X射線檢測裝置的工作流程圖。 具體步驟如下智能相機(jī)初始化，與監(jiān)控室主機(jī)建立連接并開始采集實(shí)時視頻流；智能相機(jī)控制傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)，使工件位于X射線管與圖像增強(qiáng)器之間的輻射面；首次檢測時，檢測人員通過監(jiān)控室主機(jī)開啟高壓發(fā)生器激發(fā)X射線管產(chǎn)生X射線，并調(diào)整射線強(qiáng)度及三可變鏡頭的參數(shù)，使圖像達(dá)到最佳效果，調(diào)整結(jié)束后將高壓發(fā)生器的控制權(quán)交給智能相機(jī)，開始接收智能相機(jī)的數(shù)據(jù)并存儲；ARM9從CMOS傳感器采集一幀圖像，以JPEG格式存儲在緩存中， 并在視頻處理子系統(tǒng)中(VPSS)進(jìn)行尺度裁剪(Resize)及色彩變換，得到一幀靜態(tài)灰度X射線圖像；DM648通過主機(jī)接口(HPI)獲得該圖像，開始執(zhí)行缺陷檢測算法；圖像分析過程結(jié)束后，若在設(shè)定的閾值下不存在潛在缺陷則清空緩存中的JPEG圖像并繼續(xù)檢測下一個工件；若存在缺陷，則記錄潛在缺陷的中心位置和FOA直徑，由ARM9根據(jù)標(biāo)定系數(shù)換算為工件表面的實(shí)際尺寸和位移，控制打標(biāo)器在相應(yīng)位置進(jìn)行標(biāo)識；ARM9將緩存中的大尺寸圖和計(jì)算得到的缺陷分析結(jié)果打包，利用TCP/IP協(xié)議通過以太網(wǎng)發(fā)送給監(jiān)控室主機(jī)；智能相機(jī)在接收到監(jiān)控室主機(jī)的結(jié)束指令后停止檢測任務(wù)。如圖4所示，是本發(fā)明中圖像分析算法的框架圖。該模塊首先通過特征提取得到經(jīng)過預(yù)處理的圖像/中的早期視覺特征，通過區(qū)域劃分得到FOA候選區(qū)域；然后利用顯著性度量對各個候選區(qū)域的視覺顯著性進(jìn)行評估；接著由FOA檢測模塊從這些候選區(qū)域中選擇一組按照視覺顯著性由強(qiáng)到弱順序排列的F0A;最后利用這些FOA引導(dǎo)圖像分析過程。各個子模塊的具體工作情況如下
1、圖像預(yù)處理模塊根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)和任務(wù)需求，對輸入的原始靜態(tài)灰度X射線圖進(jìn)行圖像降噪、圖像增強(qiáng)和灰度拉伸等預(yù)處理，獲得作為分析對象的圖像/。
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2、缺陷快速定位模塊基于HVS的注意機(jī)制，分為以下四個步驟執(zhí)行
(1)早期視覺特征的選擇和提取。這里選擇亮度、方向和紋理3種適用于X射線圖像的經(jīng)過驗(yàn)證的早期視覺特征，并通過計(jì)算量較小的基于像元運(yùn)算的描述符提取它們，得到一組特征圖。首先，直接將圖像J作為亮度圖￡
權(quán)利要求
1.一種工業(yè)X射線機(jī)在線探傷檢測系統(tǒng)，其特征是由智能相機(jī)、光學(xué)鏡頭系統(tǒng)、圖像增強(qiáng)器、X射線管、高壓發(fā)生器、氣動編碼器、運(yùn)動控制器、網(wǎng)卡、監(jiān)控室主機(jī)、聲光報(bào)警器組成，智能相機(jī)通過運(yùn)動控制器控制傳送帶的運(yùn)轉(zhuǎn)，并通過行程編碼器獲得工件的位移信息； 智能相機(jī)通過高壓發(fā)生器控制X射線管發(fā)射X射線，透過工件并經(jīng)圖像增強(qiáng)器、光學(xué)鏡頭系統(tǒng)，再由智能相機(jī)攝取工件圖像；智能相機(jī)中運(yùn)行的基于仿生視覺的圖像分析算法用于檢測工件中是否存在缺陷并提取其在成像平面的坐標(biāo)和尺寸信息，控制氣動打標(biāo)器標(biāo)記出工件缺陷的所在位置，同時將高分辨率的實(shí)時視頻、含有缺陷的圖像及缺陷分析結(jié)果通過網(wǎng)卡傳輸至監(jiān)控室主機(jī)；監(jiān)控室主機(jī)與聲光報(bào)警器連接。
2.權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征是所述的智能相機(jī)由DM368+DM648架構(gòu)組成的， 其中DM368通過GPIO與鏡頭控制器和射線源控制相連；通過UART端口連接串口電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3223并擴(kuò)展出兩路RS-232接口，分別連接傳送帶的運(yùn)動控制器和氣動打標(biāo)器；內(nèi)部的EMAC模塊連接物理層器件RTL8201進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后連接RJ-45以太網(wǎng)接口 ； U8MB的程序存儲器(Flash Memory)和U8MB的內(nèi)存(DDR2 SDRAM)分別通過16bits的存儲器端口連接；DM648通過32bits的主機(jī)接口(HPI)與DM368相連，接收經(jīng)過尺度和色彩變換的X射線圖像，并發(fā)送處理結(jié)果；通過外部存儲器接口(EMIF)連接程序存儲器(Flash Memory);通過32bits的內(nèi)存控制器接口(DDR2 IF)連接兩片16bits的DDR2內(nèi)存；通過JTAG接口連接仿真頭(Hurricane header)和XDS510仿真器。
3.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)的檢測方法，其特征是由下列步驟實(shí)現(xiàn)·51、智能相機(jī)初始化，與監(jiān)控室主機(jī)建立連接并開始采集實(shí)時視頻流；·52、智能相機(jī)控制傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)，使工件位于X射線管與圖像增強(qiáng)器之間的輻射面；·53、開啟高壓發(fā)生器激發(fā)X射線管產(chǎn)生X射線，通過監(jiān)控室主機(jī)調(diào)整射線強(qiáng)度及光學(xué)鏡頭的參數(shù)，使圖像達(dá)到最佳效果；·54、ARM9從CMOS傳感器采集一幀圖像，并在視頻處理子系統(tǒng)中進(jìn)行尺度裁剪及色彩變換，得到一幀靜態(tài)灰度X射線圖像；·55、高性能圖像分析DSP通過主機(jī)接口獲得該圖像，開始執(zhí)行缺陷檢測算法；·56、通過圖像去噪、灰度變換增強(qiáng)得到圖像·57、提取早期視覺特征，得到亮度圖￡，方向圖Ofi= 0,1,2,3)和紋理圖‘卯=Ca2);·58、參照缺陷目標(biāo)尺寸的先驗(yàn)信息設(shè)置FOA候選區(qū)域的最小直徑Ai1與劃分層分?jǐn)?shù) ⑷,劃分圖像區(qū)域；度量各個FOA候選區(qū)域的視覺顯著度，得到多層次的亮度顯著圖^ , 方向顯著圖( = 0Λ 2,3)和紋理顯著圖( = 0,1，2)；·59、根據(jù)被檢工件的檢測任務(wù)，通過對工件樣本圖像的分析與學(xué)習(xí)，確定FOA的顯著閾值Ds和數(shù)目閾值N5,并設(shè)置FOA選擇與轉(zhuǎn)移過程的初始值:紀(jì)=1，堵=LS1, O戎 ；S10、選擇第λ個F0A，其顯著度為^yfc，對應(yīng)特征為，中心位置為，區(qū)域直徑為Ι Ζ ；Sl1、若&嚴(yán)<￡),或,則跳轉(zhuǎn)至步驟S14 ；S12、結(jié)合具體任務(wù)，完成當(dāng)前對第A個FOA所在的局部區(qū)域的分析；S13、更新顯著圖，得到￡貧+1、QSf1和·Pf1,更新FOA編號，i = ，返回步驟S10， 進(jìn)行FOA轉(zhuǎn)移；S14、結(jié)束整個圖像分析過程，若在設(shè)定的閾值下不存在潛在缺陷則跳轉(zhuǎn)至步驟4繼續(xù)檢測下一個工件；S15、記錄潛在缺陷的中心位置和FOA直徑，由ARM9根據(jù)標(biāo)定系數(shù)換算為工件表面的實(shí)際尺寸和位移，控制打標(biāo)器在相應(yīng)位置進(jìn)行標(biāo)識；S16、將緩存中的大尺寸圖和計(jì)算得到的缺陷分析結(jié)果打包，利用TCP/IP協(xié)議通過以太網(wǎng)發(fā)送給監(jiān)控室主機(jī)。
全文摘要
工業(yè)X射線機(jī)在線探傷檢測系統(tǒng)及方法，由智能相機(jī)、光學(xué)鏡頭系統(tǒng)、圖像增強(qiáng)器、X射線管、高壓發(fā)生器、氣動編碼器、運(yùn)動控制器、網(wǎng)卡、監(jiān)控室主機(jī)、聲光報(bào)警器組成；智能相機(jī)通過運(yùn)動控制器控制傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)，通過行程編碼器獲得工件位移信息，通過高壓發(fā)生器控制X射線管發(fā)射X射線，透過工件并經(jīng)圖像增強(qiáng)器、光學(xué)鏡頭系統(tǒng)，攝取工件圖像，檢測工件缺陷并提取坐標(biāo)和尺寸信息，控制氣動打標(biāo)器標(biāo)記工件缺陷位置，將實(shí)時視頻、含有缺陷的圖像及分析結(jié)果傳輸至監(jiān)控室主機(jī)；監(jiān)控室主機(jī)與聲光報(bào)警器連接。本系統(tǒng)價(jià)格低、能夠?qū)崟r顯示，檢測速度快，適合對定位精度要求不是很高、被檢測工件厚度比較均勻、人眼容易從屏幕上識別缺陷或問題的快速動態(tài)檢測。
文檔編號G01N23/18GK102175701SQ20111003576
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月11日
發(fā)明者張學(xué)武, 張振, 徐立中, 李華, 王慧斌 申請人:張學(xué)武, 張振, 徐立中, 李華, 王慧斌