工業X射線焊縫圖像同態濾波增強方法

【摘 要】 由于對比度低、信噪比低是工業X射線圖像的特點，為了能夠對焊縫內部的缺陷進行準確的檢測，本文在對工業X射線焊縫圖像進行濾波增強方法研究的基礎上，提出了基于傅里葉變換的工業X射線焊縫圖像同態濾波增強方法，通過將工業X射線焊縫圖像分解為照度分量和反射分量，進而設計符合條件的濾波器，來達到濾除圖像噪聲的同時提高對比度。

【關鍵詞】 工業X射線圖像 傅里葉變換 同態濾波

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2017.07.008

1 引言

工業X射線檢測系統早已廣泛應用在工業無損檢測行業中，本文針對工業X射線焊縫圖像增強方法加以探討。當前工業X射線焊縫圖像增強算法較多，如圖像的直方圖均衡化算法，空間域濾波算法，非線性濾波，如偏微分方程、各向異性擴散方程，基于數學形態學等等。鑒于一些圖像增強算法在進行增強的時候，也增強了圖像的噪聲信號，不利于工業X射線焊縫圖像的后期缺陷識別；且實際操作中獲取的工業X射線焊縫圖像的對比度低、信噪比低，圖像中較暗區域內的細節信息無法很好地分辨。因此本文提出了一種有效的工業X射線焊縫圖像濾波增強的方法，能夠在提高圖像細節信息的同時，抑制系統噪聲和背景噪聲。

2 同態系統及其濾波原理

同態系統是一種特殊的非線性系統，在代數上指用輸入和輸出的矢量空間之間的線性變換來表征，適用于服從廣義疊加原理的信號。人眼辨識圖像灰度與光照函數（照射分量）和反射函數（反射分量）有關，通常情況下，光照強度有一致特性，在空間上一般會緩慢變化，在傅立葉變換中以低頻分量存在。反射函數表示圖像的細節內容，不同的材料，反射率相差比較大，常常會引發反射光急劇變化，使得圖像灰度值產生變化，這種變化通常和高頻分量有一定關系，在傅立葉變換下變為高頻分量。

圖像的同態濾波就是基于以入射光和反射光為基礎的圖像模型上，在頻域中進行圖像亮度范圍的有效壓縮和圖像對比度的有效增強的方法，其主要作用是對圖像灰度值范圍進行全面的調整，解決圖像照明不均的問題，顯示圖像暗區域里的細節部分，與此同時又不損害圖像較亮區域的細節部分。根據工業X射線焊縫圖像對比度低、信噪比低的特點，運用在頻域的同態濾波器對其進行濾波增強算法的處理，可以在很大程度上解決因光照不足引起的工業X射線焊縫圖像質量下降問題，并對工業X射線焊縫圖像的細節部分進行增強，為后續焊縫缺陷識別奠定良好的基礎。

圖像的同態濾波增強的過程：把圖像看作是由照射分量和反射分量兩部分乘積組成。通過對照射分量和反射分量的深入研究，得出照射分量通常情況下是反映圖像灰度的恒定分量，在頻域中表現為低頻信號，減少入射光量就可以有效的縮小圖像灰度范圍；物體的邊界信息與反射光密切相關，在頻域中表現為高頻信號，增強反射光通常可以有效提高圖像對比度。

3 基于傅里葉變換的工業X射線同態濾波增強算法

上式（4）表明：[I（u，v）]為圖像的照射分量，由于其在空間上反映圖像灰度的恒定分量，具有變化緩慢的特點，相當于頻域中的低頻信息；[R（u，v）]為圖像的反射分量，由于其與物體的邊界特性密切相關，在空間上具有變化較快的特點，相當于頻域中的高頻信息。

工業X射線焊縫圖像能否最后達到濾波增強目的，主要在于其濾波器的傳遞函數[H（u，v）]的設計，選擇合適的濾波器傳遞函數，即可以有效地壓縮照射分量的變化范圍，增強反射分量的對比度，增強高頻分量。根據工業X射線焊縫圖像具有的信噪比低、對比度低特點，經過大量實驗，本文的同態濾波傳遞函數[H（u，v）]的設計如下：低頻部分的傳遞函數[H（u，v）]<0.8，高頻部分的傳遞函數[H（u，v）]>0.8。

4 實驗結果

本文以工業X射線焊縫圖像為實驗對象，焊縫圖像中存在夾渣缺陷，如圖1所示。實驗的硬件環境：處理器IntelCore i5-4590T，CPU 2.00GHz，內存4.00GB，系統類型：64位操作系統，實驗結果如圖2所示。從圖1中可以看出，工業X射線焊縫圖像對比度低、信噪比低，圖2是在經過本文提出的算法處理后的圖像，從實驗結果可以看出，圖像的灰度范圍得到有效壓縮，亮度和對比度得到很大提高，其中的像質計部分也得到有效地增強，因此，本文所提算法在達到濾波的同時提高了圖像對比度。

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作者簡介

徐寒，碩士學位，助理工程師，現就職于廣東省特種設備檢測研究院珠海檢測院，目前主要從事特種設備檢驗檢測和應用研究工作。