摘? 要：X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在電力設(shè)備的缺陷檢測(cè)中具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，而電力設(shè)備作為電網(wǎng)架構(gòu)的重要組成部分，其能否長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行以及在發(fā)生故障后能否及時(shí)恢復(fù)運(yùn)行很大程度上決定了企業(yè)供電的可靠性、客戶滿意度等重要考核指標(biāo)的好壞。該文針對(duì)X射線在電力設(shè)備缺陷檢測(cè)應(yīng)用中出現(xiàn)的射束硬化偽影進(jìn)行闡述，主要對(duì)該種偽影的形成原因、表現(xiàn)形式以及去除方法進(jìn)行探討，最后對(duì)X射線成像技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景及存在問(wèn)題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：X射線;電力設(shè)備;缺陷檢測(cè);硬化偽影

中國(guó)分類號(hào)：TG115.28? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

X射線作為先進(jìn)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、工業(yè)、能源等領(lǐng)域。該種檢測(cè)方法無(wú)須拆卸被檢測(cè)設(shè)備即可了解到物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具有應(yīng)用范圍廣、不影響被檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)使其呈現(xiàn)出廣闊的發(fā)展廣度和深度。由于X射線能譜的連續(xù)性，成像后的影像中會(huì)呈現(xiàn)出射束硬化偽影，偽影的嚴(yán)重程度直接與影像的成像質(zhì)量相關(guān)，給電力設(shè)備的缺陷檢測(cè)及故障分析帶來(lái)了很大的不利影響，很大程度上影響了專業(yè)人員對(duì)于缺陷的判斷。此外，嚴(yán)重的偽影會(huì)導(dǎo)致人員判斷錯(cuò)誤，導(dǎo)致檢修失敗或者產(chǎn)品質(zhì)檢結(jié)果出現(xiàn)偏差，從而造成一定的經(jīng)濟(jì)損失及不好的社會(huì)影響。因此，對(duì)該種偽影展開研究具有重要意義及必要性。

1 射束硬化偽影形成原因

X射線束由不同能量的光子組成，當(dāng)具有能量差異的光子微粒透?jìng)鞅粧呙栉镔|(zhì)時(shí)，能量低的光子優(yōu)先被吸收或衰減，而能量高的光子較能量低的光子受影響較小，更易透?jìng)魑镔|(zhì)，X射線與物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的特性導(dǎo)致射線束在透?jìng)魑矬w后出射射線的平均能量較入射射線的平均能量值有所提高?；诶硐肽Ｐ偷膱D像重建算法中，射線的投影值與物質(zhì)透?jìng)髀窂骄嚯x是成比例系數(shù)關(guān)系的。然而，在實(shí)際情況中，射線投影值與透?jìng)魑镔|(zhì)路徑距離關(guān)系復(fù)雜，不再是簡(jiǎn)單的正比例數(shù)學(xué)關(guān)系。究其射束硬化偽影產(chǎn)生的本質(zhì)原因，就是目前的圖像重建算法是基于理想模型構(gòu)建的，即射線能譜由單一能量光子組成，而事實(shí)上，當(dāng)下的科技水平是無(wú)法制造出僅發(fā)射單一能級(jí)的射線源，理論模型與實(shí)際工程的差異造就了最終的重建圖像中會(huì)有射束硬化偽影出現(xiàn)。此外，重建圖像中的射束硬化偽影嚴(yán)重程度與諸多因素有關(guān)，象掃描電壓等級(jí)、被掃描物質(zhì)的組成成分以及掃描時(shí)被掃描物的擺位等。

2 射束硬化偽影表現(xiàn)形式

X射線在實(shí)際應(yīng)用中，重建圖像中會(huì)有很多種類的偽影，射束硬化偽影是其中對(duì)圖像質(zhì)量影響較大，危害程度較嚴(yán)重的偽影之一。在已報(bào)道的各種文獻(xiàn)中，射束硬化偽影被提及的具體表現(xiàn)形式有3種，分別為水杯偽影、帶狀偽影和退化的邊界偽影。

2.1 水杯偽影

在重建圖像中，均勻組成成分物質(zhì)區(qū)域，區(qū)域邊緣的物質(zhì)衰減系數(shù)高，區(qū)域中心的物質(zhì)衰減系數(shù)低，呈現(xiàn)出邊緣圖像灰度值高，中間圖像灰度值低，即外邊亮、中間暗的現(xiàn)象。如對(duì)一裝滿水的圓柱體進(jìn)行橫切面掃描，重建后圖像在不進(jìn)行射束硬化校正時(shí)，則會(huì)有圖像中央暗，靠近圓形邊緣處發(fā)亮的情況發(fā)生，用圖像處理工具將重建后圖像的行中央像素繪制成曲線，曲線呈現(xiàn)凹形狀，因此該種偽影得名為水杯偽影。

2.2 帶狀偽影

或明亮或黑暗寬度不一的帶狀圖形，一般發(fā)生在2個(gè)高衰減物體之間，該種偽影會(huì)覆蓋象設(shè)備輕微裂縫等缺陷，它會(huì)在一定程度上模糊圖像、降低圖像內(nèi)容可識(shí)別性，給設(shè)備缺陷排查帶來(lái)困難。條狀偽影在X射線成像中也可由其他原因引起，象由光子散射而導(dǎo)致的條狀偽影，多重因素導(dǎo)致的條狀偽影需逐個(gè)疊加不同的校正算法進(jìn)行去除，只進(jìn)行射束硬化校正達(dá)不到想要的圖像質(zhì)量。

2.3 退化的邊界偽影

重建圖像中高衰減物質(zhì)與低衰減物質(zhì)之間的邊界模糊不清，影響特定場(chǎng)景下對(duì)設(shè)備部件邊緣的判斷及缺陷定位。

3 射束硬化偽影去除方法

目前，射束硬化偽影的去除方法有很多，大致可分為硬件法和軟件法。

3.1 硬件法

硬件法通過(guò)在射線源與被掃描物之間加裝濾波片，以此預(yù)濾過(guò)射線達(dá)到射線能量補(bǔ)償?shù)男Ч?，進(jìn)而減輕射束硬化偽影的存在程度。不同材質(zhì)的金屬對(duì)X射線的抵擋能力不同，因此在濾波片材質(zhì)選取方面至關(guān)重要，需要在信號(hào)質(zhì)量與硬化偽影消除效果上作折中考慮。硬件法具有純物理特性，它的優(yōu)點(diǎn)為實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單、易操作，缺點(diǎn)為抑制偽影能力有限，會(huì)在一定程度上增加成像系統(tǒng)的制造成本。

3.2 軟件法

軟件法分為成像前校正方法及成像后校正方法。成像前校正方法通過(guò)重新計(jì)算射線投影數(shù)值，用校正好的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建，進(jìn)而重建后圖像的硬化偽影程度很輕。成像后校正方法利用數(shù)字圖像處理技術(shù)并結(jié)合最優(yōu)化理論、人工智能等技術(shù)對(duì)成像后圖像進(jìn)行處理，從而在一定程度上消除射束硬化偽影。成像后校正算法一般具有迭代性質(zhì)，需要在圖像域和數(shù)據(jù)域之間反復(fù)操作，直至目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)達(dá)到算法收斂條件，輸出最終校正后圖像。成像前校正方法具有算法執(zhí)行速度快的優(yōu)點(diǎn)，而成像后校正算法由于其迭代性質(zhì)，一般情況下算法執(zhí)行效率較低，校正耗時(shí)較長(zhǎng)。在實(shí)際工程中，大多采用軟件法和硬件法相結(jié)合的方式進(jìn)行硬化偽影消除，以此達(dá)到最好的校正效果。

4 X射線成像技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景及存在問(wèn)題

X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)作為目前最主流的檢測(cè)技術(shù)之一。該種技術(shù)在不破壞檢測(cè)物內(nèi)外部結(jié)構(gòu)的情況下就能知曉被檢測(cè)物體的內(nèi)部構(gòu)成。在電力系統(tǒng)中，該技術(shù)可被應(yīng)用于GIS、變電站各類電力設(shè)備、輸電設(shè)備及線路、配電設(shè)備以及電力設(shè)備生產(chǎn)線產(chǎn)品的缺陷檢測(cè)領(lǐng)域，同時(shí)也可被應(yīng)用于電力設(shè)備生產(chǎn)廠商產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)等領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景和前景。對(duì)于電力系統(tǒng)中一些無(wú)法通過(guò)運(yùn)行維護(hù)人員肉眼直接觀察到的設(shè)備、線纜內(nèi)部問(wèn)題，X射線檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用更是填補(bǔ)了該類故障缺陷巡查的運(yùn)行維護(hù)空白點(diǎn)，具有重大意義。

即使在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，仍有諸多問(wèn)題有待進(jìn)一步解決，象對(duì)大型電力設(shè)備進(jìn)行X射線在線缺陷檢測(cè)時(shí)，射線防護(hù)的問(wèn)題。除此之外，電力設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組件空間分布及組成物質(zhì)存在很大的不確定性，這就給重建圖像的校正帶來(lái)很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。不過(guò)，隨著科技的發(fā)展，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，X射線成像技術(shù)能夠廣泛地應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，在造福電力產(chǎn)業(yè)的同時(shí)造福全人類。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，射束硬化偽影具有不同的表現(xiàn)形式，不同表現(xiàn)形式下的偽影需要不同的校正方法進(jìn)行去除。在實(shí)際工程應(yīng)用中，可根據(jù)電力系統(tǒng)的具體應(yīng)用場(chǎng)景研發(fā)合適的硬化偽影校正算法并將其有機(jī)融合到成像系統(tǒng)的整套校正流程中，進(jìn)而達(dá)到最佳的射束硬化偽影抑制效果。

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