1概述
我国兵器工业的许多企业都有基本的X射线探伤装置，它包括X光管以及产生高电压的控制装置两部分(图1)，当X射线穿过药柱后，用感光胶片接收穿过的X射线，有经验的探伤人员可以从胶片上的黑度变化判断药柱内部的情况。
上述方法设备简单、方法成熟、有国家标准、便于推广使用，主要缺点是：操作程序麻烦，操作过程容易受主观因素的影响。如X射线能量控制、感光胶片的曝光时间、以及胶片的冲洗技术、缺陷的判读等，任何一个环节出现问题都会影响X射线探伤的准确性和精度。
X射线无损探伤工业电视系统是在基本装置的基础上，增加了把X射线转化为可见光的图像增强器、工业摄像机、工业监视器、录像装置(图2)，构成工业电视系统.这种方法使用简单，检测的主观因素减少，但是最终的缺陷仍然需要依靠探伤人员的主观判断：同时由于传输线路的影响，工业监视器上的信号有噪声干扰：可能影响到判断准确性和精度。
上面两种方法有一个共同的特点：药柱缺陷人工判读。一般人眼最大能分辨40个左右的灰度阶梯，因此上面两种方法最高探测精度理论上不会超过2.5%,也就是说10毫米厚的钢板，只能发现内部大于0. 25mm×0. 25mm的气孔。但是有些更小的缺陷信息可能在胶片或者工业监视器己经表现出来，由于人眼不能判断，影响检测精度。
在图2的基础上增加数字图像处理的硬件和软件，可以很大程度地提高X射线检测的准确性和精度。目前这种方法在国内外X射线无损探伤界得到广泛的重视。
2 X射线图像处理的硬件系统
在X射线图像处理系统中，从工业摄像机输出的视频信号，需要经过以下主要硬件环节完成数字化处理，然后将增强了的缺陷信息显示在彩色监视器上，如图3所示。
2.1 视频放大及数字化
从工业摄像机输出的信号为标准的视频信号，包括行场同步、奇偶场标志信号，符合CCIR601标准。在进行视频数字化前必须将各种有用的控制信号从视频信号中提取出来，同时必须选用频带较宽的视频放大器对视频信号进行放大，以满足视频ADC对信号幅度的要求。视频ADC有两个重要的指标，一是转换位数决定精度，二是转换频率决定分辨率，如选用8位、10MHz转换率的ADC，就意味着对某一幅度的视频信号有256级精度，每帧具有512 × 512的分辨率。
2.2 数字视频输入查找表
输入查找表在实时数字图像处理中被广泛应用，功能如图4所示，它的主要目的是将输入的数字视频幅度重新定义。采用这种方法一方面可以用很少的硬件构成实时处理，同时可以完成许多功能。如某火箭推进药柱的探伤，以前采用X 射线拍片，在胶片上药柱内部的气孔处黑度较周围深，但在X射线探伤中，工业监视器上的信号刚好和胶片情况相反。如果在图像处理中将输入查找表重新从255 到0进行填写，可以在监视器上得到和胶片上相同的黑度信息。
2.3 硬件数字图像邻帧平均
邻帧平均是一种硬件数字噪声消除电路，主要原理是X射线图像的噪声是不固定的，而缺陷是固定的。经过多次平均后可以有效地消除噪声，突出缺陷。
2.4 高速的图像运算电路
图像运算电路可以采用高速图像微处理器完成(TMS320C80等)，也可以采用硬件电路。前者处理灵活，可以完成更多的算法，但速度相对较慢。后者速度较快，但一般只能完成简单的基本运算。另外有一种针对某一图像处理特定算法设计的专用实时处理电路，例如实时3×3图像卷积器、实时图像相关器等，己被广泛采用。
2.5 视频伪彩色输出查找表
伪彩色图像的显示是将某一点的灰度通过查找方式映射输出RGB三个8位数据，最终通过视频DAC在工业彩色监视器上进行输出。功能如图5所示，在药柱探伤中，通过对输出图像查找表的改变，可以将缺陷信息用非常醒目的颜色在彩色监视器上显示出来。
2.6 被测物机械辅助装置
X射线图像处理是二维的，要对被测物进行比较全面的检测就必须要有机械装置配合。药柱有空芯、实芯之分，直径、长短不同，要对整个药柱进行检测，机械装置必须能控制药柱旋转和移动。
整个图像处理的专用硬件以及传动装置由工业标准总线(ISA)进行控制，总线的主机一般用工业PC。
3 射线图像处理的主要处理方法
X射线无损探伤情况复杂，目前X射线图像处理装置基本上是一种辅助检测手段，不能完全代替探伤技术人员的工作。下面介绍几种辅助处理方法，可使探伤精度提高到1%。
3.1 X射线能量实时指示
实芯药柱探伤中，由于中心厚、边缘薄，所加X射线能量不易控制;空芯药柱探伤中，能量控制更加困难。而射线能量的大小直接影响到探伤的准确性和精度。在X射线图像处理中通过简单对伪彩色输出查找表进行操作，就可以对射线能量是否合适进行指示。具体方法如下：
将伪彩色输出查找表0号的RGB三个表格分别填入16进制的FF、00、00，查找表的255号RGB填入00、FF, 00，其它表格不变;在输入查找表的0号填入0，在255号填入255，其它不变。此时如果从视频数字化ADC输出的数据大量为255,那么在彩色监视器上将有大量的绿色，可以肯定这时X射线的能量太大。但如果彩色监视器上有大量的红色，表示穿过药柱的射线太少，射线能量不够。最好的情况是在彩色监视器上这两种颜色都不出现。如果这两种颜色在监视器上都大量出现，可能的原因是，被测药柱的被测区厚薄变化太大，应该调整定位部分或者缩小被测区。
3.2 实时X射线图像邻帧平均
图像平均是一种行之有效的消除随机噪声的方法。一般选取15帧图像进行平均。选取过多容易受X光管不稳定的影响，过少不能起到消噪的作用。在进行邻帧平均时，不能对X射线的能量调整。
3.3 图像缺陷增强
将图像按灰度相近的原则分块，对块内的各点作如下运算：
(l)计算出块内各点灰度平均值
其中a、 b表示块的相对坐标，M为灰度平均值。
(2) 块内灰度值与偏移平均值相减
f(x, y)=f(x,y)一(M-offset)
其中offset为偏移量，一般取值为15左右，其目的是让大部分f (x, y)不要溢出。
(3) 将块内灰度值乘以放大参数A:
f (x，Y)=f (x, Y) × A
当块内原始灰度比较一致时，参数A可以适当选大，原则是图像灰度放大后，图像不溢出。A一般选择6，也可以先作直方图统计，以便更加准确。
通过以上三步处理，缺陷信息得以加强。例如当块内缺陷处的灰度和周围灰度相差为2时，人眼对此不能分辨，用上述方法处理之后，灰度相差12级，人眼可以清楚分辨出缺陷。
3.4 机械辅助探伤
根据人的视觉习惯，一个移动的目标比静止目标更容易被发现。左药柱探伤中将药柱固定在一个转盘中心上，用步进电机带动转盘转动，此时在监视器上可以清楚地观察到缺陷位置在移动，并且大小在改变(球形缺陷大小不变)。如果缺陷不在药柱中轴上，随着药柱的转动，缺陷的亮暗在变化(即灰度在变化)。具体方法是：
(1)药柱处在初始位置时，15帧X射线图像平均得到f1(x，y)
(2)将药柱旋转一个角度后，15帧X射线图像平均得到f2(x，y)
(3)对图像作基本运算f (x, y)=( f1(x，y)-f2(x，y)-offset)× A
经过上面三步处理，有缺陷的地方屏幕上会出现左右位置基本对称黑白两个斑块。从两个斑点的形状可以基本认定缺陷的走向、大小，如果确认还有困难，可以继续转动药柱，重复上面的步骤。
这种方法实践使用中还可以消除固定噪声带来的影响，比如图像增强器内的镜头、工业摄像机镜头表面的灰尘等，因为通过图像相减，固定噪声己被消除。
