專利名稱：一種通過x射線檢測含金屬被測物的無損檢測系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器視覺技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種通過X射線對含有金屬繩的被測目標(biāo)進(jìn)行無損檢測的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
鋼絲繩芯輸送帶(強(qiáng)力輸送帶)是帶式輸送機(jī)牽引和運(yùn)載的重要部件，廣泛用于煤炭、礦山、港口、冶金、電力、化工等領(lǐng)域以輸送物料。由于該類皮帶大都長期在惡劣環(huán)境下使用，經(jīng)常被異物或障礙物劃傷，加上正常的橡膠老化、金屬疲勞等因素，導(dǎo)致大多數(shù)皮帶都在一種傷痕累累的狀態(tài)下工作。當(dāng)出現(xiàn)鋼絲繩斷裂等嚴(yán)重問題時(shí)，發(fā)生的故障將造成重大安全事故，不僅會(huì)導(dǎo)致停產(chǎn)、物料損耗、設(shè)備損壞等問題，而且還可能會(huì)造成人員傷亡等重大安全事故，這會(huì)嚴(yán)重地影響安全生產(chǎn)。對于這類含有金屬繩的被測目標(biāo)的損傷檢測，一直都是困擾業(yè)內(nèi)的問題。由于皮帶價(jià)格較高，更換又不方便，就中國的現(xiàn)狀而言，基本上不可能實(shí)現(xiàn)定期更換，主要還是靠人工對皮帶觀察，感官上有問題時(shí)再更換。而實(shí)際上人眼根本看不到內(nèi)部的鋼絲，這讓用戶不斷地在經(jīng)濟(jì)效益和安全生產(chǎn)中間糾結(jié)。1980年澳大利亞提出了電磁檢測法，能對皮帶進(jìn)行一定程度上的檢測。但是不能直觀的提供皮帶內(nèi)部圖像、檢測周期非常長、可靠性較差，最終很難在現(xiàn)場應(yīng)用，也沒有得到廣泛的推廣。隨著X射線技術(shù)的成熟，小型化X光機(jī)成本的降低，大家開始把注意力放在用X射線技術(shù)來解決皮帶檢測的問題。但由于獲取的數(shù)據(jù)量非常巨大，難以實(shí)時(shí)處理，往往在檢測后需要大量時(shí)間對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，導(dǎo)致檢測結(jié)果的滯后，最終難以得到良好的應(yīng)用。圖形芯片最初用作固定功能圖形管線。隨著時(shí)間的推移，這些圖形芯片的可編程性日益增加，在此基礎(chǔ)之上NVIDIA推出了第一款GPU(圖形處理器)。1999-2000年間，計(jì)算機(jī)科學(xué)家，與諸如醫(yī)療成像和電磁等領(lǐng)域的研究人員，開始使用GPU(圖形處理器)來運(yùn)行通用計(jì)算應(yīng)用程序。他們發(fā)現(xiàn)GPU(圖形處理器)具備的卓越浮點(diǎn)性能可為眾多科學(xué)應(yīng)用程序帶來顯著的性能提升。開發(fā)人員需要使其科學(xué)應(yīng)用程序看起來像圖形應(yīng)用程序，并將其關(guān)聯(lián)到需要繪制三角形和多邊形的問題上。這一方法限制了 GPU(圖形處理器)的卓越性能在科學(xué)領(lǐng)域的充分發(fā)揮。NVIDIA意識(shí)到，如果將這種強(qiáng)大的性能運(yùn)用到更廣泛的科學(xué)領(lǐng)域中，那么將能夠發(fā)揮出巨大的潛力。該公司因此投入力量修改GPU，使開發(fā)人員能夠針對科學(xué)應(yīng)用程序而充分對GPU進(jìn)行編程。一顆CPU包含四到八個(gè)CPU核心，而一顆GPU卻包含數(shù)百個(gè)尺寸更小的核心，它們在應(yīng)用程序中共同處理數(shù)據(jù)。正是這種大規(guī)模并行架構(gòu)讓GPU能夠擁有極高的計(jì)算性能。獲得這個(gè)計(jì)算能力并不是沒有代價(jià)的，GPU的硬件架構(gòu)決定了處理算法要是小粒度并行計(jì)算模型。本發(fā)明以GPU的計(jì)算能力為核心，設(shè)計(jì)了并行化的數(shù)據(jù)處理方法，并圍繞著該方法，設(shè)計(jì)了整個(gè)系統(tǒng)。本發(fā)明方法的提出，解決了長期以來含有金屬繩的被測目標(biāo)破損檢測存在的難題。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)的、直觀的、智能的對被測目標(biāo)進(jìn)行檢測，并自動(dòng)的對檢測結(jié)果進(jìn)行分析，以恰當(dāng)?shù)姆绞綄τ脩暨M(jìn)行提醒。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種通過X射線對含有金屬繩的被測目標(biāo)進(jìn)行無損檢測的系統(tǒng)和方法。其主要思想是利用X射線具有特殊的物理效應(yīng)的特點(diǎn)，采集被測物的數(shù)據(jù)；利用GPU強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算能力，通過圖像分割、模式識(shí)別等方法，實(shí)時(shí)檢測目標(biāo)所存在的缺陷或損傷。為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種通過X射線對含有金屬繩的被測目標(biāo)進(jìn)行無損檢測的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括超高壓發(fā)生器、X射線發(fā)生器、碘化銫傳感器、光纖模塊、控制模塊、計(jì)算機(jī)和電源模塊，其中所述超高壓發(fā)生器與所述X射線發(fā)生器連接，用于將系統(tǒng)外部提供的普通電壓轉(zhuǎn)換成發(fā)射X射線使用的超高壓，并提供給所述X射線發(fā)生器；所述X射線發(fā)生器放置在被測目標(biāo)的下方，用于產(chǎn)生X射線來照射被測目標(biāo)；·所述碘化銫傳感器放置在被測目標(biāo)的上方，用于接收穿過被測目標(biāo)后經(jīng)過衰減的X射線，并將其轉(zhuǎn)換為能量變化數(shù)據(jù)，并將采集得到的能量變化數(shù)據(jù)通過光纖模塊傳輸給計(jì)算機(jī)；所述控制模塊與所述超高壓發(fā)生器、X射線發(fā)生器和碘化銫傳感器連接，用于控制這三個(gè)設(shè)備的同步開啟、同步關(guān)閉、傳感器采集頻率，并對設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；所述光纖模塊與所述控制模塊和所述計(jì)算機(jī)連接，用于進(jìn)行所述碘化銫傳感器、所述控制模塊和所述計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸；所述計(jì)算機(jī)與所述光纖模塊和所述電源模塊連接，用于對通過光纖模塊接收的所述能量變化數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以及顯示用戶交互界面；所述電源模塊與所述控制模塊和所述計(jì)算機(jī)連接，用于為系統(tǒng)中的各電子設(shè)備提供電源。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種通過X射線對含有金屬的被測目標(biāo)進(jìn)行無損檢測的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟SI，利用碘化銫被照射后所產(chǎn)生的熒光作用，記錄X射線通過被測目標(biāo)后由于被測目標(biāo)物質(zhì)密度不同所產(chǎn)生的垂直于被測目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向的一維能量變化數(shù)據(jù)；步驟S2，隨著被測目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，采集得到多個(gè)一維能量變化數(shù)據(jù)，并將采集得到的多個(gè)一維能量變化數(shù)據(jù)拼接成二維圖像；步驟S3，將所述二維圖像從計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器傳輸?shù)紾PU的存儲(chǔ)器，步驟S4-S7的計(jì)算均在GPU的存儲(chǔ)器中進(jìn)行；步驟S4，對所述二維圖像進(jìn)行暗電流消除，得到暗電流消除圖像；步驟S5，對所述暗電流消除圖像進(jìn)行增益調(diào)整；步驟S6，將增益調(diào)整后得到的二維圖像中金屬繩所在的區(qū)域分割出來；步驟S7，對于分割得到的每根金屬繩所在區(qū)域進(jìn)行完整性檢測，即缺陷檢測，得到多個(gè)連通區(qū)域；步驟S8，將所述多個(gè)連通區(qū)域數(shù)據(jù)從GPU存儲(chǔ)器傳到計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器，步驟S9-S10的計(jì)算均在計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器中進(jìn)行；步驟S9，對所述多個(gè)連通區(qū)域中的每一個(gè)分別進(jìn)行特征提取；
步驟S10，對提取得到的特征進(jìn)行模式識(shí)別，得到并輸出被測目標(biāo)損傷區(qū)域的最終檢測結(jié)果。本發(fā)明的有益技術(shù)效果為通過采用X射線無損檢測、GPU計(jì)算和視覺圖像處理方法，能夠?qū)崟r(shí)的對含有金屬繩的被測目標(biāo)進(jìn)行無損檢測，并及時(shí)的將損傷檢測結(jié)果進(jìn)行反饋，滿足了含有金屬繩的被測目標(biāo)的檢測要求。提高了行業(yè)安全水平，增加了安全作業(yè)時(shí)間，提高了含有金屬繩的被測目標(biāo)的壽命，降低了其更換頻率，從而降低了使用成本。


圖I是本發(fā)明提供的對含有金屬繩的被測目標(biāo)進(jìn)行損傷檢測的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
圖2為本發(fā)明提供的對含有金屬繩的被測目標(biāo)進(jìn)行損傷檢測的方法流程圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例得到鋼絲繩皮帶一維光強(qiáng)變化數(shù)據(jù)；圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例得到的利用去噪后的鋼絲繩皮帶能量數(shù)據(jù)拼接得到的二維圖像；圖5為本發(fā)明一實(shí)施例得到的增益調(diào)整結(jié)果圖像；圖6為本發(fā)明一實(shí)施例對鋼絲繩進(jìn)行精確定位的結(jié)果；圖7為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例得到的鋼絲繩皮帶損傷區(qū)域檢測結(jié)果。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖I是本發(fā)明提供的通過X射線對含有金屬繩的被測目標(biāo)進(jìn)行無損檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，所述含有金屬的被測目標(biāo)比如可以為鋼絲繩皮帶等物體，為了便于理解，以下以鋼絲繩皮帶為例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說明。如圖I所示，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種通過X射線對含有金屬繩的被測目標(biāo)進(jìn)行無損檢測的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括超高壓(250kv)發(fā)生器、X射線發(fā)生器、碘化銫(CsI)傳感器、光纖模塊、控制模塊、計(jì)算機(jī)和電源模塊，其中所述超高壓發(fā)生器與所述X射線發(fā)生器連接，用于將系統(tǒng)外部提供的普通電壓(110v-22v)轉(zhuǎn)換成發(fā)射X射線使用的超高壓(250kv)，并提供給所述X射線發(fā)生器；所述X射線發(fā)生器放置在被測目標(biāo)的下方，用于產(chǎn)生X射線來照射被測目標(biāo)，所述X射線發(fā)生器通過所述超高壓發(fā)生器提供的超高壓，擊穿惰性氣體形成電子束，轟擊高速旋轉(zhuǎn)的高熔點(diǎn)金屬，從而產(chǎn)生X射線；所述碘化銫傳感器放置在被測目標(biāo)的上方，用于接收穿過被測目標(biāo)后經(jīng)過衰減的X射線，并將其轉(zhuǎn)換為能量變化數(shù)據(jù)；所述控制模塊與所述超高壓發(fā)生器、X射線發(fā)生器和碘化銫傳感器連接，用于控制這三個(gè)設(shè)備的同步開啟、同步關(guān)閉、傳感器采集頻率，并對設(shè)備溫度、電壓、電流等工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)有異常情況發(fā)生及時(shí)停機(jī)；所述光纖模塊與所述控制模塊和所述計(jì)算機(jī)連接，其分為兩個(gè)部分，與所述控制模塊連接的部分放置在控制模塊附近，與所述計(jì)算機(jī)連接的部分放置在計(jì)算機(jī)附近，所述光纖模塊用于進(jìn)行所述碘化銫傳感器和所述計(jì)算機(jī)之間的能量變化數(shù)據(jù)、所述控制模塊和所述計(jì)算機(jī)之間的控制指令數(shù)據(jù)的傳輸；所述計(jì)算機(jī)與所述光纖模塊和所述電源模塊連接，用于對通過光纖模塊接收的所述能量變化數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、控制各設(shè)備的工作流程、顯示用戶交互界面等；所述電源模塊與所述控制模塊和所述計(jì)算機(jī)連接，其分為兩部分，分別放置在控制模塊和計(jì)算機(jī)附近，用于為系統(tǒng)中的各電子設(shè)備提供電源。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種通過X射線對含有金屬的被測目標(biāo)進(jìn)行無損檢測的方法，如圖2所示，該方法包括以下步驟步驟SI，利用碘化銫(CsI)被照射后所產(chǎn)生的熒光作用，記錄X射線通過被測目標(biāo)后由于被測目標(biāo)物質(zhì)密度不同所產(chǎn)生的垂直于被測目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向的一維能量變化數(shù)據(jù)；
所述能量變化數(shù)據(jù)的采集由多個(gè)碘化銫(CsI)傳感器組成的傳感器陣列來完成，所述傳感器陣列中的每一個(gè)傳感器檢測得到某一像素行中某一個(gè)像素的能量變化數(shù)據(jù)；所述碘化銫(CsI)傳感器的數(shù)量根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中被測目標(biāo)的尺寸及無損檢測精度的要求來確定，比如可以配置為1024個(gè)碘化銫(CsI)傳感器。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例得到的一維能量變化數(shù)據(jù)如圖3所示。步驟S2，隨著被測目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，采集得到多個(gè)一維能量變化數(shù)據(jù)，并將采集得到的多個(gè)一維能量變化數(shù)據(jù)拼接成二維圖像；為了使得采集得到的能量變化數(shù)據(jù)更有助于進(jìn)行損傷處的尺寸評估，所述運(yùn)動(dòng)最好是勻速運(yùn)動(dòng)。所述拼接進(jìn)一步為將每個(gè)一維能量變化數(shù)據(jù)作為二維圖像中的一行橫向排布的像素，隨著一維能量變化數(shù)據(jù)的不斷采集形成多行橫向排布的像素，將多行橫向排布的像素按照時(shí)間順序在圖像中縱向排布形成一個(gè)二維圖像。所述步驟S2進(jìn)一步包括在將所述多個(gè)一維能量變化數(shù)據(jù)拼接成二維圖像時(shí)，先將所述一維能量變化數(shù)據(jù)每多條做平均，然后再將平均后得到的能量變化數(shù)據(jù)拼接成二維圖像，以去除所述能量變化數(shù)據(jù)中的噪聲，圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例得到的利用去噪后的能量變化數(shù)據(jù)拼接得到的二維圖像。其中，做平均的能量變化數(shù)據(jù)比如可選為4條，做平均所選擇的數(shù)據(jù)條數(shù)越多，平均之后得到的每條能量變化數(shù)據(jù)的質(zhì)量就越高，但是拼接得到的二維圖像中的數(shù)據(jù)比較稀疏，這就降低了二維圖像的掃描頻率，從而影響最終的無損檢測結(jié)果。步驟S3，將所述二維圖像從計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器傳輸?shù)紾PU的存儲(chǔ)器，后續(xù)的計(jì)算將都在GPU內(nèi)完成；步驟S4,由于碘化銫晶體在沒有X射線照射的情況下依然存在光電轉(zhuǎn)換，因此需要對所述二維圖像進(jìn)行暗電流消除，得到暗電流消除圖像；所述暗電流消除就是將所述二維圖像減去暗電流背景圖像，所述暗電流背景圖像根據(jù)以下步驟獲取步驟S41，在沒有被測目標(biāo)的情況下，使用滿電壓、滿功率的X射線照射碘化銫，在不同的時(shí)間點(diǎn)采集獲得與所述二維圖像屬于同一安裝模式的多幅滿電壓、滿功率照射圖像img_16uCl_max ；所述安裝模式包括射線源安裝位置、射線源開口角度、傳感器安裝位置以及碳纖維保護(hù)層厚度。
步驟S42，對所述多幅滿電壓、滿功率照射圖像img_16uCl_max分別進(jìn)行16位整型到32位浮點(diǎn)的格式轉(zhuǎn)換，得到格式轉(zhuǎn)換后的圖像img_32fCl_max ；步驟S43，對格式轉(zhuǎn)換后的多幅圖像img_32fCl_max進(jìn)行均值化處理，得到該安裝模式上的暗電流背景圖像img_32fCl_l。步驟S5，由于碘化銫(CsI)晶體在光電轉(zhuǎn)換率上存在著一定的個(gè)體差異，且X射線源在被測目標(biāo)上分布的能量呈扇形擴(kuò)散，因此需要對所述暗電流消除圖像進(jìn)行增益調(diào)整；所述增益調(diào)整步驟進(jìn)一步包括步驟S51，在沒有被測目標(biāo)的情況下，將X射線源按照不同電壓、功率進(jìn)行組合發(fā)射X射線，獲得多張無被測目標(biāo)背景圖像；
比如，按照電壓20 %、40 %,60 %,80 %,100 %,功率 20 %、40 %,60 %,80100%，可以組合出25種照射方式，從而得到25張無被測目標(biāo)背景圖像。步驟S52，根據(jù)所述多張無被測目標(biāo)背景圖像，得到每一個(gè)傳感器輸入能量和輸出灰度值之間的對應(yīng)關(guān)系，并根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系建立255級(jí)查找表；步驟S53，對所述暗電流消除圖像img_32fCl_2進(jìn)行高、低通濾波，得到濾波后的圖像 img_32fCl_3 ；考慮到所述暗電流消除圖像中最亮和最暗的像素值有可能是噪聲，因此對所述暗電流消除圖像進(jìn)行高、低通濾波。步驟S54，將濾波后的圖像進(jìn)行查表操作，得到經(jīng)過增益調(diào)整后的圖像。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例得到的經(jīng)過增益調(diào)整后的圖像如圖5所示。步驟S6，將增益調(diào)整后得到的二維圖像中金屬繩所在的區(qū)域分割出來；所述步驟S6進(jìn)一步包括以下子步驟步驟S61，對經(jīng)過增益調(diào)整的二維圖像進(jìn)行自適應(yīng)閾值分割和連通區(qū)域分析，得到多個(gè)候選金屬繩區(qū)域；所述步驟S61進(jìn)一步包括以下子步驟步驟S611，對所述經(jīng)過增益調(diào)整的二維圖像進(jìn)行下采樣操作以減少計(jì)算量；步驟S612，統(tǒng)計(jì)下采樣后的二維圖像的灰度直方圖，并利用本領(lǐng)域常用的ISODATA算法求得分割所述二維圖像所需要的閾值，記計(jì)算得到的分割閾值為t2al ；如果所述二維圖像中存在金屬繩區(qū)域，則所述分割閾值t2al應(yīng)在被測目標(biāo)和金屬繩的亮度值之間。步驟S613，求得所述灰度直方圖的最大峰值，記為t2a2，使用下式計(jì)算得到用于進(jìn)行圖像分割的亮度值區(qū)間t2a3，而所述亮度值區(qū)間對應(yīng)的像素組成候選金屬繩區(qū)域= I. It2al O. It2a2。其中，每個(gè)候選金屬繩區(qū)域中均包括多根金屬繩。步驟S62，對所述候選金屬繩區(qū)域進(jìn)行邊緣提取，得到所述候選金屬繩區(qū)域中每根鋼絲繩的邊緣信息；步驟S63，基于所述每根金屬繩的邊緣信息，使用最小二乘直線擬合方法得到每根金屬繩邊界的精確位置，實(shí)現(xiàn)對于金屬繩的精確分割；所述步驟S63進(jìn)一步包括以下子步驟步驟S631，運(yùn)用金屬繩的邊緣線基本豎直的特點(diǎn)，將所述二維圖像在橫坐標(biāo)上做投影；步驟S632，根據(jù)二維圖像在水平方向上投影得到的灰度分布和每根金屬繩的邊緣信息，得到每根金屬繩所在的區(qū)域信息，即哪兩根邊緣線屬于同一根金屬繩，進(jìn)而得到每根金屬繩邊緣線所在的位置；步驟S633，對于每根金屬繩邊緣線所在位置附近的像素點(diǎn)，使用最小二乘直線擬合方法對其進(jìn)行擬合，得到每根金屬繩邊界的精確位置。所述附近比如可以是金屬繩區(qū)域?qū)挾鹊?0%附近的區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例對鋼絲繩進(jìn)行精確定位的結(jié)果如圖6所示。步驟S7，對于分割得到的每根金屬繩所在區(qū)域進(jìn)行完整性檢測，即缺陷檢測，得到多個(gè)連通區(qū)域；所述步驟S7進(jìn)一步包括以下子步驟步驟S71，根據(jù)金屬繩所在區(qū)域的灰度分布曲線，通過ISODATA方法得到一個(gè)用于二值化分割的閾值；步驟S72，使用所述步驟S71得到的閾值，對金屬繩所在區(qū)域進(jìn)行二值化分割；步驟S73，對二值化分割后的圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理；所述形態(tài)學(xué)處理為對二值化分割后的圖像進(jìn)行開運(yùn)算，即先腐蝕再膨脹。步驟S74，根據(jù)連通區(qū)域分析方法得到形態(tài)學(xué)處理后的圖像中的多個(gè)連通區(qū)域，這些連通區(qū)域基本上已經(jīng)是存在缺陷或損傷的區(qū)域。接下來對上述基本上已經(jīng)是存在缺陷或損傷的區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步的精確檢測，即對上述完整性檢測結(jié)果進(jìn)行修正。步驟S8，將所述多個(gè)連通區(qū)域數(shù)據(jù)從GPU存儲(chǔ)器傳到計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器；步驟S9，對所述多個(gè)連通區(qū)域中的每一個(gè)分別進(jìn)行特征提?。凰霾襟ES9進(jìn)一步包括以下子步驟步驟S91，提取所述連通區(qū)域的灰度圖；步驟S92，提取所述灰度圖的“HU矩”特征。步驟S10，對提取得到的特征進(jìn)行模式識(shí)別，得到并輸出被測目標(biāo)損傷區(qū)域的最終檢測結(jié)果。所述步驟SlO進(jìn)一步包括以下子步驟步驟S101，建立學(xué)習(xí)樣本庫，并提取學(xué)習(xí)樣本庫中每個(gè)樣本的“HU矩”特征；步驟S102，采用本領(lǐng)域通用的Boost分類器對每個(gè)樣本的“HU矩”特征進(jìn)行學(xué)習(xí)得到分類模型；步驟S103，利用所述分類模型對提取得到的所述連通區(qū)域的“HU矩”特征進(jìn)行識(shí)另IJ，得到被測目標(biāo)損傷區(qū)域的最終檢測結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例得到的鋼絲繩皮帶損傷區(qū)域檢測結(jié)果如圖7所示。檢測到損傷區(qū)域后，可通過計(jì)算機(jī)的人機(jī)界面進(jìn)行報(bào)警。以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種通過X射線對含有金屬繩的被測目標(biāo)進(jìn)行無損檢測的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括超高壓發(fā)生器、X射線發(fā)生器、碘化銫傳感器、光纖模塊、控制模塊、計(jì)算機(jī)和電源模塊，其中所述超高壓發(fā)生器與所述X射線發(fā)生器連接，用于將系統(tǒng)外部提供的普通電壓轉(zhuǎn)換成發(fā)射X射線使用的超高壓，并提供給所述X射線發(fā)生器；所述X射線發(fā)生器放置在被測目標(biāo)的下方，用于產(chǎn)生X射線來照射被測目標(biāo)；所述碘化銫傳感器放置在被測目標(biāo)的上方，用于接收穿過被測目標(biāo)后經(jīng)過衰減的X 射線，將其轉(zhuǎn)換為能量變化數(shù)據(jù)，并將采集得到的能量變化數(shù)據(jù)通過光纖模塊傳輸給計(jì)算機(jī)；所述控制模塊與所述超高壓發(fā)生器、X射線發(fā)生器和碘化銫傳感器連接，用于控制這三個(gè)設(shè)備的同步開啟、同步關(guān)閉、傳感器采集頻率，并對設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；所述光纖模塊與所述控制模塊和所述計(jì)算機(jī)連接，用于進(jìn)行所述碘化銫傳感器、所述控制模塊和所述計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸；所述計(jì)算機(jī)與所述光纖模塊和所述電源模塊連接，用于對通過光纖模塊接收的所述能量變化數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以及顯示用戶交互界面；所述電源模塊與所述控制模塊和所述計(jì)算機(jī)連接，用于為系統(tǒng)中的各電子設(shè)備提供電源。
2.一種通過X射線對含有金屬的被測目標(biāo)進(jìn)行無損檢測的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟SI，利用碘化銫被照射后所產(chǎn)生的熒光作用，記錄X射線通過被測目標(biāo)后由于被測目標(biāo)物質(zhì)密度不同所產(chǎn)生的垂直于被測目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向的一維能量變化數(shù)據(jù)；步驟S2，隨著被測目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，采集得到多個(gè)一維能量變化數(shù)據(jù)，并將采集得到的多個(gè)一維能量變化數(shù)據(jù)拼接成二維圖像；步驟S3，將所述二維圖像從計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器傳輸?shù)紾PU的存儲(chǔ)器，步驟S4-S7的計(jì)算均在GPU的存儲(chǔ)器中進(jìn)行；步驟S4，對所述二維圖像進(jìn)行暗電流消除，得到暗電流消除圖像；步驟S5，對所述暗電流消除圖像進(jìn)行增益調(diào)整；步驟S6，將增益調(diào)整后得到的二維圖像中金屬繩所在的區(qū)域分割出來；步驟S7，對于分割得到的每根金屬繩所在區(qū)域進(jìn)行完整性檢測，即缺陷檢測，得到多個(gè)連通區(qū)域；步驟S8，將所述多個(gè)連通區(qū)域數(shù)據(jù)從GPU存儲(chǔ)器傳到計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器，步驟 S9-S10的計(jì)算均在計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器中進(jìn)行；步驟S9，對所述多個(gè)連通區(qū)域中的每一個(gè)分別進(jìn)行特征提取；步驟S10，對提取得到的特征進(jìn)行模式識(shí)別，得到并輸出被測目標(biāo)損傷區(qū)域的最終檢測結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述能量變化數(shù)據(jù)的采集由多個(gè)碘化銫傳感器組成的傳感器陣列來完成，所述傳感器陣列中的每一個(gè)傳感器檢測得到某一像素行中某一個(gè)像素的能量變化數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中的運(yùn)動(dòng)為勻速運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，在將所述多個(gè)一維能量變化數(shù)據(jù)拼接成二維圖像時(shí)，先將所述一維能量變化數(shù)據(jù)每多條做平均，然后再將平均后得到的能量變化數(shù)據(jù)拼接成二維圖像，以去除所述能量變化數(shù)據(jù)中的噪聲。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述暗電流消除為將所述二維圖像減去暗電流背景圖像，所述暗電流背景圖像根據(jù)以下步驟獲取 步驟S41，在沒有被測目標(biāo)的情況下，使用滿電壓、滿功率的X射線照射碘化銫，在不同的時(shí)間點(diǎn)采集獲得與所述二維圖像屬于同一安裝模式的多幅滿電壓、滿功率照射圖像；步驟S42，對所述多幅滿電壓、滿功率照射圖像分別進(jìn)行16位整型到32位浮點(diǎn)的格式轉(zhuǎn)換，得到格式轉(zhuǎn)換后的圖像； 步驟S43，對格式轉(zhuǎn)換后的多幅圖像進(jìn)行均值化處理，得到該安裝模式上的暗電流背景圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述安裝模式包括射線源安裝位置、射線源開口角度、傳感器安裝位置以及碳纖維保護(hù)層厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟S5中的增益調(diào)整包括 步驟S51，在沒有被測目標(biāo)的情況下，將X射線源按照不同電壓、功率進(jìn)行組合發(fā)射X射線，獲得多張無被測目標(biāo)背景圖像； 步驟S52，根據(jù)所述多張無被測目標(biāo)背景圖像，得到每一個(gè)傳感器輸入能量和輸出灰度值之間的對應(yīng)關(guān)系，并根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系建立255級(jí)查找表； 步驟S53，對所述暗電流消除圖像進(jìn)行高、低通濾波，得到濾波后的圖像； 步驟S54，將濾波后的圖像進(jìn)行查表操作，得到經(jīng)過增益調(diào)整后的圖像。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟S6進(jìn)一步包括 步驟S61，對經(jīng)過增益調(diào)整的二維圖像進(jìn)行自適應(yīng)閾值分割和連通區(qū)域分析，得到多個(gè)候選金屬繩區(qū)域； 步驟S62，對所述候選金屬繩區(qū)域進(jìn)行邊緣提取，得到所述候選金屬繩區(qū)域中每根鋼絲繩的邊緣信息； 步驟S63，基于所述每根金屬繩的邊緣信息，使用最小二乘直線擬合方法得到每根金屬繩邊界的精確位置，實(shí)現(xiàn)對于金屬繩的精確分割。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述步驟S61進(jìn)一步包括以下子步驟 步驟S611，對所述經(jīng)過增益調(diào)整的二維圖像進(jìn)行下采樣操作； 步驟S612，統(tǒng)計(jì)下采樣后的二維圖像的灰度直方圖，利用ISODATA算法求得分割所述二維圖像所需要的閾值，記計(jì)算得到的分割閾值為t2al ； 步驟S613，求得所述灰度直方圖的最大峰值，記為t2a2，使用下式計(jì)算得到用于進(jìn)行圖像分割的亮度值區(qū)間t2a3，而所述亮度值區(qū)間對應(yīng)的像素組成候選金屬繩區(qū)域t2a3=1.1t2a1~0.1t2a2。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述步驟S63進(jìn)一步包括以下子步驟 步驟S631，將所述二維圖像在橫坐標(biāo)上做投影； 步驟S632，根據(jù)二維圖像在水平方向上投影得到的灰度分布和每根金屬繩的邊緣信息，得到每根金屬繩所在的區(qū)域信息，進(jìn)而得到每根金屬繩邊緣線所在的位置； 步驟S633，對于每根金屬繩邊緣線所在位置附近的像素點(diǎn)，使用最小二乘直線擬合方法對其進(jìn)行擬合，得到每根金屬繩邊界的精確位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟S7進(jìn)一步包括 步驟S71，根據(jù)金屬繩所在區(qū)域的灰度分布曲線，通過ISODATA方法得到一個(gè)用于二值化分割的閾值； 步驟S72，使用所述步驟S71得到的閾值，對金屬繩所在區(qū)域進(jìn)行二值化分割； 步驟S73，對二值化分割后的圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理； 步驟S74，根據(jù)連通區(qū)域分析方法得到形態(tài)學(xué)處理后的圖像中的多個(gè)連通區(qū)域。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述形態(tài)學(xué)處理為對二值化分割后的圖像進(jìn)行開運(yùn)算，即先腐蝕再膨脹。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟S9進(jìn)一步包括 步驟S91，提取所述連通區(qū)域的灰度圖； 步驟S92，提取所述灰度圖的“HU矩”特征。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟SlO進(jìn)一步包括 步驟S101，建立學(xué)習(xí)樣本庫，并提取學(xué)習(xí)樣本庫中每個(gè)樣本的“HU矩”特征； 步驟S102，采用Boost分類器對每個(gè)樣本的“HU矩”特征進(jìn)行學(xué)習(xí)得到分類模型； 步驟S103，利用所述分類模型對提取得到的所述連通區(qū)域的“HU矩”特征進(jìn)行識(shí)別，得到被測目標(biāo)損傷區(qū)域的最終檢測結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過X射線對含有金屬繩的被測目標(biāo)進(jìn)行無損檢測的系統(tǒng)以及一種通過X射線對含有金屬的被測目標(biāo)進(jìn)行無損檢測的方法。所述系統(tǒng)包括超高壓發(fā)生器、X射線發(fā)生器、碘化銫傳感器、光纖模塊、控制模塊、計(jì)算機(jī)和電源模塊。所述方法包括步驟記錄一維能量變化數(shù)據(jù)、拼接成二維圖像、轉(zhuǎn)存到GPU中、暗電流消除、增益調(diào)整、金屬區(qū)域分割、缺陷檢測、轉(zhuǎn)儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器、特征提取、模式識(shí)別并輸出結(jié)果。本發(fā)明通過X射線、GPU計(jì)算、圖像處理算法解決了其他方法檢測精度低、反饋周期長、離線抽查、效率低等缺陷，可滿足皮帶生產(chǎn)廠家及礦山、港口、發(fā)電廠、鋼廠、水泥廠等多種終端用戶的需求。
文檔編號(hào)G01N23/04GK102937599SQ20121041322
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者高陽, 常紅星, 李書曉, 朱承飛 申請人:中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所