一种提高钢丝绳芯输送带X光图像质量的方法

摘要

一种提高钢丝绳芯输送带X光图像质量的方法，属于无损检测领域。解决基于X光线阵探测器的钢丝绳芯输送带X光图像中间亮两侧暗、有条状或孤立点噪声、有像元坏道等问题。本发明根据X光线阵探测器成像特性、待测钢丝绳芯输送带的规格和基于X光的钢丝绳芯输送带无损检测系统的结构特点，利用实验确定合适的X光射线源强度，通过计算得到X光线阵探测器每个像元的校正系数，最后采用1×3的中值滤波，得到处理后的结果。本发明可以快速、便捷地实现钢丝绳芯输送带X光图像的校正和滤波，大大提高了图像质量，在工业应用中具有良好的使用价值。

说明书

技术领域

本发明属于无损检测领域，具体涉及基于X光的钢丝绳芯输送带无损检测中一种提高钢 丝绳芯输送带图像质量的图像校正、滤波方法。

背景技术

钢丝绳芯输送带在煤矿生产中被大量使用，在使用中由于多种原因而产生故障，如得不 到及时检测和处理，将会造成断带或纵向撕裂等安全事故，严重影响安全生产^[1-3]。因此，各 煤矿都制定了相应的钢丝绳芯输送带检测制度。

对钢丝绳芯输送带的检测，目前除人工检测外，研究者们还提出了涡流检测、磁感应检 测、冲击波检测和X光检测等有效方法，并得到了一定程度的应用^[4-9]。其中X光检测法可 实时获取和显示钢丝绳芯输送带的内部钢丝绳芯图像，能运用图像处理技术检测故障，而且 基于该方法的检测装置操作简单、检测速度快，因而受到了研究人员的重视和输送带用户的 欢迎。发明人前期研制出了一种基于X光的钢丝绳芯输送带无损检测系统，并对钢丝绳芯输 送带故障检测方法进行了研究^[9，10]。在检测系统的使用中，使用者迫切要求进一步提高钢丝绳 芯输送带X光图像的质量，以更利于后期的图像处理和分析。

由于元器件自身特性和工艺原因以及基于X光的钢丝绳芯输送带无损检测系统的结构特 点，钢丝绳芯输送带X光图像都存在不同程度的失真问题，主要表现为图像存在沿扫描方向 的条纹噪声、离散的孤立噪声点、像元坏道、图像中间亮两侧暗，影响了成像质量。本文针 对钢丝绳芯输送带X光成像及其图像的特点，提出一种提高钢丝绳芯输送带X光图像质量的 图像校正、滤波新方法。

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发明内容

本发明的目的是提出一种提高钢丝绳芯输送带X光图像质量的方法，解决当前图像失真 (明暗不均匀、有条状或孤立点噪声、像元坏道等)的问题。

本发明所采用的技术方案，具体包含如下操作步骤：

步骤1，关闭X光射线源，获得无X光照射条件下的X光线阵探测器的输出值A_i，其中 i表示X光线阵探测器的第i个像元；

步骤2，利用X光线阵探测器，获得待测钢丝绳芯输送带X光图像；

步骤3，根据待测钢丝绳芯输送带的宽度、厚度和钢丝绳芯直径，通过不同X光射线源 强度时待测钢丝绳芯输送带X光图像的像素值变化曲线的特征，确定一个X光射线源强度， 使待测钢丝绳芯输送带的成像区域均工作在X光线阵探测器的X光响应的线性区；

步骤4，在X光线阵探测器和X光射线源之间水平放置一段和待测钢丝绳芯输送带相同 材质、宽度和厚度的橡胶输送带，打开X光射线源，获得此条件下X光线阵探测器的输出值 B_i，其中i表示X光线阵探测器的第i个像元；

步骤5，通过$G_i=\left(\begin{array}{cc}1& B_i\le A_i\\ \frac{255\times 80\%}{B_i-A_i}& B_i>A_i\end{array}\right),$得到每个像元的校正系数G_i，并把G_i存储起 来，以确保该参数值断电时不丢失，其中i表示X光线阵探测器的第i个像元；

步骤6，在X光线阵探测器和X光射线源之间水平放置待测钢丝绳芯输送带，打开X光 射线源，获得此状态下X光线阵探测器的输出值C_i，其中i表示X光线阵探测器的第i个像 元；

步骤7，通过$D_i=\left(\begin{array}{cc}0& C_i\le A_i\\ G_i\times (C_i-A_i)& C_i>A_i\end{array}\right),$得到校正后的输出值D_i，其中i表示X光 线阵探测器的第i个像元；

步骤8，对D_i进行1×3的中值滤波，得到滤波后的输出E_i，其中i表示X光线阵探测器 的第i个像元。

本发明的效果和益处是，实际应用表明，本发明可以提高钢丝绳芯输送带X光图像质量， 有效解决了钢丝绳芯输送带X光图像失真的问题(如图像明暗不均匀、有条状或孤立点噪声、 有像元坏道等)，在工业应用中具有良好的使用价值。本发明技术有以下几个优势：

(1)本发明操作简便、算法简单，计算量小、执行效率高、速度快。

(2)本发明涉及的算法可以在X光线阵探测器中硬件实现，如通过FPGA实现，以进一 步提高运算速率，也可通过上位机软件实现。

(3)本发明使待测钢丝绳芯输送带的成像区域均工作在X光响应的线性区，保证了校 正算法的有效性和准确性。

(4)本发明对待测钢丝绳芯输送带确定相应的X光线阵探测器每个像元的校正系数G_i后，可保存起来，供随时调用，即G_i的获取只需要操作一次。

(5)本发明根据钢丝绳芯输送带X光成像及其图像的特点，对校正后的图像只需进行 1×3的中值滤波。

(6)本发明方法，不局限于提高钢丝绳芯输送带X光图像质量，还可应用于其它基于X 光线阵探测器的大幅面物件的无损检测中。

附图说明

图1是本发明方法的操作流程图；

图2是未使用本发明方法获得的钢丝绳芯输送带X光图像；

图3是使用本发明方法获得的钢丝绳芯输送带X光图像。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详细叙述本发明的具体实施。

本发明提出的方法的整体操作流程如附图1所示，在具体实施时一般分成两个阶段，即 首先根据需求，确定一个X光射线源强度和每个像元的校正系数G_i，以下简称为参数获取阶 段；然后是应用阶段，实现对待检测钢丝绳芯输送带的校正和滤波。

参数获取阶段的操作流程如下：

步骤1，关闭X光射线源，获得无X光照射条件下的X光线阵探测器的输出值A_i，其中 i表示X光线阵探测器的第i个像元；

步骤2，利用X光线阵探测器，获得钢丝绳芯输送带X光图像；

步骤3，根据待测钢丝绳芯输送带的宽度、厚度和钢丝绳芯直径，利用实验得到不同X 光射线源强度下的待测钢丝绳芯输送带X光图像，基于待测钢丝绳芯输送带X光图像像素值 变化曲线的特征，确定一个合适的射线源强度，使待测钢丝绳芯输送带的成像区域均工作在 X光响应的线性区；

步骤4，在X光线阵探测器和X光射线源之间水平放置一段和待测钢丝绳芯输送带相同 材质、宽度和厚度的橡胶输送带，打开X光射线源，获得此条件下X光线阵探测器的输出值 B_i，其中i表示X光线阵探测器的第i个像元；

步骤5，通过$G_i=\left(\begin{array}{cc}1& B_i\le A_i\\ \frac{255\times 80\%}{B_i-A_i}& B_i>A_i\end{array}\right),$得到每个像元的校正系数G_i，并把G_i存储起 来，以确保该参数值断电不丢失，其中i表示X光线阵探测器的第i个像元。

应用阶段的操作流程如下：

步骤1，每次重新启动X光线阵探测器，均先执行这一步骤，即关闭X光射线源，获得 无X光照射条件下的X光线阵探测器的输出值A_i，其中i表示X光线阵探测器的第i个像元；

步骤2，打开X光射线源，在设定的X光射线源强度下，获得此时X光线阵探测器的输 出值C_i，其中i表示X光线阵探测器的第i个像元；

步骤3，通过$D_i=\left(\begin{array}{cc}0& C_i\le A_i\\ G_i\times (C_i-A_i)& C_i>A_i\end{array}\right),$得到校正后的输出值D_i，其中i表示X光 线阵探测器的第i个像元；

步骤4，对D_i进行1×3的中值滤波，得到滤波后的输出E_i，其中i表示X光线阵探测器 的第i个像元。

附图2是未使用本发明方法采集获得的钢丝绳芯输送带X光图像，附图3是与附图2使 用同一条钢丝绳芯输送带、同一个X光线阵探测器(即同一个基于X光的钢丝绳芯输送带无 损检测系统)使用了本发明所提出的校正和滤波方法所得到的钢丝绳芯输送带X光图像。两 图相比较，可以明显的看出，本发明所提出的提高钢丝绳芯输送带X光图像质量的方法，有 效解决了钢丝绳芯输送带X光图像失真的问题，比如图像明暗不均匀、有孤立点噪声、有像 元坏道等。

实际应用表明，本发明可以快速、便捷地实现钢丝绳芯输送带X光图像的校正和滤波， 大大提高了图像质量，在工业应用中具有良好的使用价值。