管道環焊縫X射線數字圖像的DICONDE格式存儲

高靜 任延光 王雪 皮亞東 薛巖

摘要：目前射線檢測技術還是長輸管道環焊縫的主要檢測手段，射線數字成像檢測技術具有數據實時保存，缺陷遠程評判等優點，是射線檢測技術的發展方向。DICONDE標準的推廣應用，解決了數字射線不同廠家不同設備之間數據保存和數據復現軟件不通用的問題。本文主要介紹了管道環焊縫射線數字成像的檢測原理及流程，DICONDE格式的文件構成，并應用DCMTK開發包編程實現了數字射線采集圖像的DICONDE格式存儲，保存的圖像信號完整，缺陷清晰可見。

關鍵詞：管道環焊縫;射線數字成像;DICONDE;DCMTK

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）07-0090-05

長期以來，長輸管道環焊縫X射線檢測主要采用膠片成像，檢測過程只需將膠片貼在管道焊縫上，方便快捷，但膠片成像時間久，在使用和存儲過程中難免劃傷或污染，無法進行電子文檔儲存等問題，為后續的數據查詢和篩選帶來不便。如果能像AUT或者PAUT設備一樣，將采集的數據實時存儲，用數據復現軟件隨時能打開查看，就會方便很多。隨著半導體技術的發展，數字化X射線成像技術正好解決了這個問題。

中國長距離輸油氣管道建設正向數字化，信息化、智能化方向發展，管道環焊縫檢測是管道施工過程的重要環節，超聲檢測在管道建設中還不能承擔全部管道焊縫檢測的數字化任務，X射線數字化實時成像技術可以很好的滿足數字化管道的要求，在管道環焊縫檢測領域發展潛力巨大。本文主要對X射線數字化實時成像的存儲方式DICONDE（Digital Imaging and Communication in Nondestructive Evaluation）格式進行介紹，并利用DCMTK開發包編程實現了射線數字圖像的DICONDE格式存儲，使X射線的數字化實時成像不僅能像AUT和PAUT一樣進行數字化存儲和評判，還能解決不同廠商不同設備采集的數據不能用通用軟件打開的問題。

1 射線數字成像系統簡介

射線數字成像技術泛指用數字探測器或成像板代替膠片接收穿透工件后衰減的射線，并通過光學及電子電路方法以數字信號顯示圖像的技術。檢測系統應由X射線機、探測器、計算機、系統軟件與檢測工裝組成，如果是采用無線信號收發，還應配有無線信號收發裝置。檢測過程如圖1所示，X射線透照過被檢物體后，強度發生了改變，衰減后的射線光子被數字探測器接收轉換為可見光或電子，通過電路讀出并進行數字化處理和傳輸，計算機對數據進行分析和存儲，形成最終的顯示圖像[7，10]。

標準4109和47013里面規定圖像儲存宜采用無損檢測數字成像與通信標準（DICONDE）規定的格式，圖像文件中描述字段的信息應至少包含被檢工件信息、透照工藝參數、圖像評定信息等，并應具有不可更改性[1-2]。

2 ?DICOM和Diconde介紹

為了解決在無損檢測中數據保存和傳輸不通用的問題，2004年美國材料與試驗協會（ASTM）在醫學數字成像和通信標準（DICOM）基礎上[3-4]，制定了應用于無損檢測領域的DICONDE（E2339）標準[5]。DICONDE標準在數據存儲和傳輸方面與DICOM格式相同，只是對無損檢測領域相關的屬性進行了增加和修改[3]。

2.1 DICOM文件分析

DICOM文件組成如圖2所示。前言為文件起始處的128字節（一般都為0）;前綴由4個字節“DICM”字符串構成;數據集包含圖像相關信息和數據元素值;數據元素包括：標識符（Tag）、數據類型（VR）、數據長度（VL）、數據域（Value Field）[3]。

2.2 數據元素介紹

2.2.1 標識符Tag

標識符在DCM文件中是唯一的，占用4個字節，分別是組號和元素號，數據字典根據標識符搜索數據。

2.2.2 數據類型VR

數據類型占2個字節，規定了數據元素的數據類型。

2.2.3 數據長度

當VR為顯式時數據占用2個字節，當VR為隱式時占用4個字節。

2.2.4 數據域

數據域存放數據元素的值，其字節數必須是偶數，不足需要補齊。

2.3 DICONDE標準介紹

DICONDE標準中主要修改了DICOM標準中關于病人模塊的描述，并添加了無損檢測特征、工件幾何結構、驗收三個模塊。

3 Dcmtk介紹

DCMTK是由德國offis公司提供的開源項目，我們可以使用它提供的庫函數輕松生成DICOM文件，并寫入所需的數據元素。這個開發包基本實現了DICOM協議的所有內容，提供所有的源代碼、支持庫和幫助文檔[9]，本文所用開發環境為Microsoft Visual studio 2010，開發語言是C++。

配置dcmtk的步驟：（1）從dcmtk官網下載源代碼及支持庫文件，分別命名為dcmtk-3.6.0，dcmtk-3.6.0-win32-i386-support_MD，安裝文件cmake-2.8.8-win32-x86.exe[6]。（2）將支持庫中相應的lib文件，include文件，bin文件拷貝到VS2010安裝目錄的相應文件夾下。

4 軟件實現

4.1 屬性配置

（1）新建一個工程，配置附加包含目錄和附加庫目錄;（2）配置附加依賴項，包括wsock32.lib，netapi32.lib，ofstd.lib，oflog.lib，dcmdata.lib，zlib.lib，dcmimgle.lib。

4.2 關鍵字解析

在dcdeftag.h文件里定義了一系列的關鍵字，與Diconde標準所涉及的數據元素相對應，具體想寫入的元素可以根據標簽在該文件里找對應的關鍵字，表1列出了一些常用的數據元素及在dcdeftag.h文件中對應的關鍵字，其中0002組主要描述設備通信協議，如存儲介質和傳輸語法等，0008組描述類似檢測的單位和人員信息、檢測時間等參數，0018組描述探測板信息及曝光參數等，0028組描述圖像的具體參數信息，如圖像像素的位數，窗位窗寬等。

4.3 關鍵代碼編寫

添加如下頭文件：

#include “dcmdata＼dctk.h”

#include “dcmimgle＼dcmimage.h”

DcmFileFormat fileformat;

DcmMetaInfo *metainfo = fileformat.getMetaInfo（）;

DcmDataset *dataset = fileformat.getDataset（）;

//寫元信息

metainfo->putAndInsertString（DCM_MediaStorageSOPClassUID，UID_DigitalXRayImageStorageForPresentation）;

metainfo->putAndInsertString（DCM_TransferSyntaxUID，UID_DeflatedExplicitVRLittleEndianTransferSyntax）;

//寫數據集

dataset->putAndInsertString（DCM_StudyTime，”101104”）;//保存時間

dataset->putAndInsertUint16（DCM_SamplesPerPixel，1）;//疊加幀數

dataset->putAndInsertString（DCM_PhotometricInterpretation，”MONOCHROME2”）;

dataset->putAndInsertUint16（DCM_Rows，image_height）;//行數

dataset->putAndInsertUint16（DCM_Columns，image_width）;//列數

dataset->putAndInsertUint16（DCM_BitsAllocated，12）;//像素位數

dataset->putAndInsertUint16（DCM_PixelRepresentation，0）;//數據類型

dataset->putAndInsertString（DCM_WindowCenter， “128”）;//窗位

dataset->putAndInsertString（DCM_WindowWidth， “256”）;//窗寬

//寫數據

dataset->putAndInsertUint8Array（DCM_PixelData，Data， image_width*image_height）;

fileformat.saveFile（filename，EXS_LittleEndianImplicit，EET_UndefinedLength，EGL_withoutGL）。

4.4 管道環焊縫檢測

數字射線檢測與AUT檢測相似，需要軌道，爬行器，電機驅動裝置，無線收發裝置，電腦，射線源。采集之前先確定要使用的電壓、電流、幀頻和曝光時間，然后對探測器進行校準，包括偏置校準，增益校準，壞像素校準[8]，校準完成就可以對管圈檢測。本例采用中心透照方式，將射線源放在管圈的正中心，并且正對焊縫處，設備安裝后如圖3和圖4所示。

4.5 結果分析

ISee！Professional軟件專為工業無損檢測設計，支持所有常用的NDT圖像格式，包括ASTM E2339-11/E2699-11/E2738-11（DICONDE），支持所有主流平板探測器、CR-讀取器和膠片數字轉換器，擁有先進的圖像處理算法和計算機輔助測量評估工具，是一款靈活、高效、可靠的數字射線圖像分析軟件。

圖5是用ISee！Professional軟件打開的一幅8位模擬數據圖，圖像寬64個像素，高250個像素，數據在0到255之間隨機產生，圖6是對應像素點的數據值。從信息編輯器里可以看到檢測日期和檢測時間等等信息，與程序寫入一致。

圖7是一幅813管徑焊縫采集圖，采用電壓180KV，電流3.5mA，圖像寬28000像素，高1020像素，數據12位，在標號17和18之間有個明顯的缺陷，后面放置了一個單絲，從灰度值分析器里看到整幅圖的數據值在1000到4095之間，調整灰度值的顯示范圍可以使缺陷看的更明顯。從信息編輯器里看到軟件版本，光度解析，窗位，窗寬關鍵字與程序設置一致。

5 結論

X射線數字成像系統已經開始嶄露頭角，由于技術及設備還不是很成熟，參數調試及人工操作稍微復雜，在管道環焊縫檢測中并沒有大規模應用，但這是未來的發展趨勢，已經有廠家及設備在中俄東線開展實驗，為后續推廣做準備。本文利用DCMTK開發包將數字射線采集的數據存儲為通用的DICONDE格式，這樣將數據查看與采集設備獨立開，無論是哪家公司的采集設備，只要存儲圖像是DICONDE格式，就可以用通用的數據分析軟件打開查看，為遠程評圖提供很大的方便，也為智能評圖打下基礎。

參考文獻

[1] 中國石油天然氣集團公司.SY/T 4109-2013石油天然氣鋼質管道無損檢測[S].北京：石油工業出版社，2013.

[2] 全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會（SCA/TC262）.NB/T 47013-2015承壓設備無損檢測[S].北京：新華出版社，2015.

[3] 李碩.DICONDE格式工業射線圖像獲取及處理研究[D].太原：中北大學，2016.

[4] National Electrical Manufacturers Association. ASTM E2339. Digital Imaging and Communications in Medicine （DICOM）[Z].Virginia USA： National Electrical Manufacturers Association，2016.

[5] American Society for Testing and Materials.Digital Imaging and Communication in Nondestructive Evaluation （DICONDE）[Z].West Conshohocken USA：American Society for Testing and Materials，2015.

[6] 李志鵬.王明泉，張俊生.基于DCMTK的DICONDE文件構造生成[J].無損檢測，2017，39（4）：49-54.

[7] 呂新昱，李維，周廣言，等.油氣管道環焊縫數字射線檢測與膠片法射線檢測技術對比分析[J].無損檢測，2019，41（2）：48-51.

[8] 孫朝明，葛繼強，孫凱華.數字射線面陣探測器校正的優化技術[J].核技術，2018，41（9）：27-34.

[9] 張娜.計算機輔助診斷醫學圖像標注與測量的設計[D].長沙：湖南大學，2013.

[10] 梁麗紅.數字射線檢測實用指導-射線檢測系統的分類[J].無損檢測，2012，34（4）：66-69.