工業(yè)CT斷層掃描數(shù)據(jù)分析軟件開發(fā)

王瑞華

摘要：該文介紹如何直接讀取工業(yè)CT斷層掃描數(shù)據(jù)，并將斷層掃描結(jié)果轉(zhuǎn)化為圖形格式數(shù)據(jù)（偽彩圖）。提高數(shù)據(jù)的讀取精度，便于后續(xù)診斷分析。

關(guān)鍵詞：工業(yè)CT;無損檢測;斷層掃描數(shù)據(jù)處理分析

1 背景

工業(yè)CT是工業(yè)用計算機斷層掃描成像技術(shù)的簡稱，是放射學(xué)與計算機技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的一門新的成像技術(shù)，在被檢測物體無損傷條件下，通過具有某種能量的射線束直接掃描被檢測物體，根據(jù)獲得的投影數(shù)據(jù)及結(jié)合特定的重建算法，得到二維斷層圖像或三維立體圖像，準(zhǔn)確清晰地展示被檢測物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、組成、材質(zhì)及缺損狀況，為無損檢測和無損評估提供技術(shù)支持。在電子、汽車制造、航天、航空、材料研究、兵器、考古、海關(guān)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1]。然而，在通常情況下我們得到的斷層掃描圖像為256色的灰度圖，很精確反映斷層掃描平面的密度分布情況，為此我們通過直接讀取斷層掃描文件，轉(zhuǎn)化為偽彩圖，斷層掃描密度分布精度達到10-6，結(jié)合EXCEL強大的圖表處理能力對斷層掃描圖像進行處理。并采用Visual Studio 2013開發(fā)《工業(yè)CT斷層掃描數(shù)據(jù)分析軟件》，為了解構(gòu)件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供更有效的分析手段。

2 技術(shù)原理及方法

2.1 工業(yè)CT檢測技術(shù)原理

工業(yè)CT是在射線檢測的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其基本原理是利用精確準(zhǔn)直的具有能量的射線束穿過被檢物體時，并與被檢測物體相互作用后，射線強度會受到射線路徑上的物質(zhì)的吸收或散射衰減，衰減規(guī)律符合比爾定律，平面探測器接收到的透射能量數(shù)據(jù)不同。按照一定的圖像重建算法，即可獲得被檢工件一個斷層的掃描圖像，重復(fù)上述過程又可獲得另一個斷層的掃描圖像，累計大量的二維斷層圖像即可重建出三維圖像[2-3]。

2.2 工業(yè)CT系統(tǒng)性能指標(biāo)

1）檢測范圍：檢測工件的外觀尺寸大小（包括能透射鋼的最大厚度，檢測工件的最大回轉(zhuǎn)直徑，檢測工件的最大高度或長度，檢測工件的最大重量等參數(shù)）。

2）使用的射線源：工作電壓、工作電流、焦點尺寸及射線能量大小。射線能量的大小決定穿透等效鋼厚度的能力。

3）掃描模式：常用的CT掃描模式有2代、3代、4代、5代掃描模式。

4）掃描檢測時間：指掃描一個典型斷層數(shù)據(jù)（如圖像矩陣1024×1024）所需要的時間。

5）圖像重建時間：指重建掃描圖像所需的時間。

6）分辨能力：是關(guān)鍵的性能指標(biāo)（空間分辨率、密度分辨率）[6]。

7）重建偽影：指CT圖像中與被檢對象的物理參數(shù)分布沒有對應(yīng)關(guān)系的部分，一般來自被檢測物體和CT掃描裝置兩個方面。它嚴重影響著CT圖像的質(zhì)量，對圖像判讀和質(zhì)量評定產(chǎn)生很大的干擾，甚至造成誤判。一套好的校正方法直接影響著CT系統(tǒng)的水平。主要包括：杯狀偽影（Cup artifact）、環(huán)狀偽影（Ring artifact）、條狀偽影（Metal artifact）[5]。

3 工業(yè)CT斷層掃描數(shù)據(jù)處理分析

3.1 工業(yè)CT斷層掃描數(shù)據(jù)后處理分析軟件存在的問題

工業(yè)CT斷層掃描數(shù)據(jù)后處理分析軟件只能提供密度精度為1/256的構(gòu)件密度分布圖像，無法提供密度分布精度更高的構(gòu)件掃描圖像，并且不能提供構(gòu)件部分零件的密度分布統(tǒng)計圖表及幾何數(shù)據(jù)圖表。

3.2 工業(yè)CT斷層掃描數(shù)據(jù)處理分析相關(guān)技術(shù)

為能夠更精確表達構(gòu)件工業(yè)CT掃描斷層密度分布，我們直接讀取工業(yè)CT斷層掃描文件，并將密度數(shù)據(jù)（0-1）轉(zhuǎn)換為彩色圖像的顏色值（0-224）理論精度達到2-24約6*10-8，我們這里選取的精度為10-6。

1）高精度工業(yè)CT斷層分布圖

3.3 軟件簡介

該軟件能夠生成構(gòu)件密度分布數(shù)據(jù)矩陣圖，并獲取構(gòu)件軸向及徑向藥型罩密度分布，生成密度分布數(shù)據(jù)分析曲線[4]。該軟件還加入了對構(gòu)件是否存在缺陷的辨別方法，能夠?qū)z測構(gòu)件是否存在缺陷進行判別。

該軟件主要由斷層密度分布圖生成、構(gòu)件檢測數(shù)據(jù)錄入、橫向及縱向密度分布數(shù)據(jù)生成、橫向及縱向密度分布曲線繪制、構(gòu)件缺陷判定等模塊組成。

4 結(jié)束語

通過應(yīng)用工業(yè)CT斷層掃描軟件對在線產(chǎn)品斷面掃描圖片分析，能夠了解產(chǎn)品的裝配情況，對于臨時出現(xiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量波動能夠及時查找和分析原因并進行改進，保證了產(chǎn)品保質(zhì)保量的生產(chǎn)。

參考文獻：

[1] 王增勇，湯光平，李建文，等.工業(yè)CT技術(shù)進展及應(yīng)用[J].無損檢測，2010，32（7）：504-508.

[2] 段黎明，劉元寶，吳志芳，等.基于工業(yè)計算機斷層成像技術(shù)的三維CAD模型重構(gòu)方法[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2009，15（3）：479-486.

[3] 阮健，陳平，潘晉孝.一種工業(yè)CT圖像的分割算法[J].CT理論與應(yīng)用研究，2010，19（1）：56-61.

[4] 張志波，曾理，何洪舉.改進的工業(yè)CT圖像與CAD模型的比對檢測[J].計算機應(yīng)用研究，2012，29（6）：2342-2345.

[5] 李嶺，高富強，周欽，等.低能X射線工業(yè)CT圖像杯狀偽影校正[J].強激光與粒子束，2014，26（5）： 295-301.

[6] 張朝宗，郭志平，張朋.工業(yè)CT技術(shù)和原理[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】