偽彩色技術(shù)在超聲無(wú)損檢測(cè)中應(yīng)用

1 引 言

心理生理學(xué)的研究表明，人眼對(duì)彩色的變化遠(yuǎn)比對(duì)灰度的變化敏感。對(duì)灰度圖像進(jìn)行偽彩色處理是一種非常有效的圖像增強(qiáng)技術(shù)。灰度圖像的偽彩色技術(shù)已在醫(yī)學(xué)、工程和軍事等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

無(wú)損檢測(cè)(Nondestructivdesting NDT)技術(shù)近年來(lái)得到越來(lái)越多的重視和應(yīng)用，超聲波檢測(cè)是常規(guī)無(wú)損檢測(cè)手段，受到最多重視、得到最多應(yīng)用的無(wú)損檢測(cè)方法。在超聲無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，對(duì)缺陷的判別目前}要是通過(guò)人眼直接對(duì)檢測(cè)設(shè)各所得到的圖像進(jìn)行觀察來(lái)判斷的。一般的設(shè)各得到的圖像都是灰度圖像。本文將偽彩色技術(shù)應(yīng)用到超聲無(wú)損檢測(cè)，通過(guò)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行偽彩色處理，將灰度圖像轉(zhuǎn)換為彩色圖像，從而提高了無(wú)損檢測(cè)結(jié)果的直觀性，增強(qiáng)了對(duì)缺陷的表達(dá)能力。

2超聲無(wú)損檢測(cè)

超聲波檢測(cè)是利用超聲波在不同材料界面上會(huì)產(chǎn)生反射和折射的性質(zhì)來(lái)進(jìn)行材料缺陷檢測(cè)的。它既可用于生產(chǎn)線成批檢查，也適合在野外對(duì)零件和部件進(jìn)行檢查。其，I}}B烈,C烈掃描探傷儀器還可以將缺陷以圖像方式顯小出來(lái)。但目前的超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)還存在如下問(wèn)題:對(duì)缺陷的判別}要依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)、對(duì)缺陷的定量檢測(cè)尚無(wú)可靠而有效的技術(shù)、檢測(cè)結(jié)果顯小方式不直觀等。

3偽彩色技術(shù)

顏色屬于物理學(xué)和生理心理學(xué)的范疇，它是由光(電磁能)經(jīng)過(guò)與周?chē)h(huán)境相互作用后到達(dá)人眼，并經(jīng)一系列物理和化學(xué)變化轉(zhuǎn)化為人眼所能感知的電脈沖的結(jié)果，囚而，顏色的形成是一個(gè)復(fù)雜的物理和心理相互作用的過(guò)程，它涉及到光的傳播特性、人眼結(jié)構(gòu)及人腦心理感知等內(nèi)容。

由于顏色的定義方式有許多種，不同的場(chǎng)合所使用的顏色系統(tǒng)也不盡相同。目前，常用的顏色空間有七種，它們分別是:光譜空間、RGB空間、SV空間、LS空間、GE-XZ空間、CI E- xy空間和G E- LUV空間最為人們所熟悉的是RG B空間，即所謂三基色原理:自然界常見(jiàn)的絕大多數(shù)彩色都可以用三種基本色紅C RecD、綠(Green、藍(lán)(Blue)按照適當(dāng)?shù)谋壤旌辖M成的某個(gè)等效色來(lái)模擬，這個(gè)等效色與實(shí)際色作用于人眼所引起的彩色視覺(jué)是相同的，其配色方程可表示為：

[F]= R (R) + G( G) + B(B) (1)

R, G, B是 任意彩色F的三色系數(shù)。

純的單色光在實(shí)際生活中是少見(jiàn)的，人們所看到的顏色都是混合色。彩色圖形顯示器(CRT)

上每個(gè)像素都是由紅、綠、藍(lán)三捉熒光點(diǎn)組成，這是以人類(lèi)視覺(jué)顏色感知的三刺激理論為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的。三刺激理論基于這樣一個(gè)假設(shè):人類(lèi)眼睛的視網(wǎng)膜中有三種錐狀視覺(jué)細(xì)胞，分別對(duì)紅、綠、藍(lán)3種光最敏感。

大量實(shí)驗(yàn)表明，人的眼睛大約可以分辨35萬(wàn)種顏色，但只能分辨128種不同的色彩。在可見(jiàn)光譜的兩端附近，人眼可以區(qū)別出波長(zhǎng)相差10nm左右的兩種不同色彩。而在光譜的藍(lán)色至黃色區(qū)間，卻可以分辨出波長(zhǎng)僅相差1 run左右的兩種不同色彩。人眼分辨飽和度的功能比分辨色彩的能力差。對(duì)紅、紫色只能分辨出16種不同的飽和度。

工程中經(jīng)常要用到各種各樣的灰度圖象，為增強(qiáng)其表現(xiàn)能力，人們想到可以將這些灰度圖象轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的彩色圖象。偽彩色處理技術(shù)就是把黑白圖象的各個(gè)灰度按某種關(guān)系映射成相應(yīng)的彩色。這種映射只是輸人和輸出象素間一一對(duì)應(yīng)，而不涉及象素空間的位置變化。

偽彩色增強(qiáng)技術(shù)作為一種圖象處理技術(shù)，其目的是對(duì)圖象進(jìn)行加工，以得到對(duì)具體應(yīng)用來(lái)說(shuō)視頻效果更好、更有用的圖象。由于具體的應(yīng)用和要求的不同，所需要的具體偽彩色編碼也可以大不相同。

偽彩色圖象增強(qiáng)就是把圖象的各個(gè)灰度值，按照一定的函數(shù)關(guān)系映射成相應(yīng)的彩色，不同的灰度級(jí)對(duì)應(yīng)不同的彩色。根據(jù)色度學(xué)原理，任何一種顏色都可以由紅、綠、藍(lán)三基色按不同的比例來(lái)合成，因此圖象的偽彩色處理首先要設(shè)定紅、綠、藍(lán)三個(gè)變色函數(shù)，對(duì)應(yīng)每一個(gè)f(x,y)都有相應(yīng)的紅、綠、藍(lán)輸出，之后三者又合成一個(gè)彩色，用下面配色方程表示:

R(x ,y)= TR{f(x ,y)} (2)

G(x ,y)= TG{f(x ,y)} (3)

B(x ,y)= TB{f(x ,y)} (4)

(R, G, B) ={R(x ,y)，G(x ,y)，B(x ,y)} (5)

4 偽彩色技術(shù)的應(yīng)用

超聲波檢測(cè)中最常用的方法有兩種:脈沖反射法和聲波穿透法。本系統(tǒng)采用的是聲波穿透

法，掃描方式是C掃描。采用了偽彩色圖象處理最常用的方式:密度(或強(qiáng)度)分層技術(shù)。

分層技術(shù)可解釋為:作一個(gè)平面，使用權(quán)其平行于圖象的坐標(biāo)平面，那么，每一個(gè)平面在相交的區(qū)域上把函數(shù)進(jìn)行分層。密度分層源于灰度級(jí)密度。顯然，將密度分層的面規(guī)定不同的顏色，則灰度級(jí)在平面上的任何象素都可用同一彩色進(jìn)行編碼。這種技術(shù)可歸納為:

假設(shè)在灰度級(jí)L1,L2……Lm處定Xm面，令Ll代表一種顏色{f(x,y)=O},L2代表另一種顏色{f(x,Y)=1}，……Lm代表一種顏色{(x,y) = LI。設(shè)0

f(x ,y) = CK 若 f( x,y)∈RK (6)

式中CK是被分層平面所定義的與第RK區(qū)域有關(guān)的彩色。根據(jù)具體的應(yīng)用要求，可以利用多閾值法將一幅圖象分成不同的區(qū)域，然后按密度分層將其著色并映射到顯示平面上，使其成像為閾值化的偽彩色圖象。在本系統(tǒng)中，不同的彩色代表不同的缺陷類(lèi)型和大小。

本軟件系統(tǒng)是基于Microa}ft W ndaNS2000 Professional操作系統(tǒng)，采用面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)方法，用Microsoft Visual C++6.0實(shí)現(xiàn)。

5結(jié)束語(yǔ)

超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)近年來(lái)得到了越來(lái)越多的重視和應(yīng)用，如何增強(qiáng)其對(duì)缺陷的表達(dá)效果是個(gè)重要問(wèn)題。盡管有不少新的理論被應(yīng)用于這一領(lǐng)域，但能夠應(yīng)用于實(shí)際檢測(cè)過(guò)程的并不多見(jiàn)。本文將便于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的偽彩色技術(shù)應(yīng)用于超聲無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，取得了很好的效果，說(shuō)明偽彩色技術(shù)在超聲無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域有良好的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景。(end)