圖像處理技術在腐蝕評估中的應用

劉洪群 張彥召 劉 忠

（蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004）

0 引言

腐蝕是金屬和周圍環境發生化學或電化學反應而被破壞的現象，給各個行業帶來巨大的經濟損失和社會危害[1]。常見腐蝕檢查評估手段如超聲測厚、相控陣、漏磁檢測、導波等無損檢測技術手段，以及相機、內窺鏡、無人機等視頻工具輔助的目視腐蝕檢查手段。

當腐蝕檢查人員開展目視腐蝕檢查過程中，由于腐蝕缺陷種類多樣、且呈現形式也較為復雜，腐蝕檢查人員很難識別出具體的缺陷類型。不僅如此，肉眼觀察也會因為視覺誤差，導致細微的缺陷很難被發現出來，比如點蝕微孔、微點狀鼓泡和絲狀裂紋等。在缺陷測量時，采用傳統的測量工器具，在現場環境下，也很難保證腐蝕檢查要求下的測量精度。而且對于不規則的防腐層缺陷，比如生銹面積的測量、剝離面積和裂紋長度等，也沒有很好的，行之有效的測量工具。隨著圖像采集技術和圖像處理技術的發展，將會有效的解決上述腐蝕檢查過程中遇到的腐蝕缺陷識別和測量問題。

1 圖像處理技術在腐蝕研究中的應用

1.1 圖像處理技術

圖像處理技術是用計算機對數碼相機等視頻工具采集的圖像進行處理優化達到所需結果的技術。圖像處理的主要步驟有：對比度增強，濾波處理，閾值分割，形態學處理，特征提取與分類[2]。

（1）對比度增強

在圖像抽取過程中，由于照明方式的緣故，原始圖像中的待識別目標和整個表面背景之間的灰度差較小，灰度范圍也較小，因而其對比度較低。使用適用較為廣泛的對比度增強方法，即灰度歸一化和直方圖均衡化，對不同背景光強的照片進行對比度增強，從而加強后期圖像的處理能力；

（2）濾波處理

在圖像采集過程中將會不可避免的引入各種電子噪聲。采用頻率濾波，包括有傅里葉變換濾波，離散余弦變換濾波與小波變換濾波的方法。對圖像進行濾波處理，這些算法可以減少噪聲；

（3）閾值分割

得到濾波圖像后，進行二值化閾值處理，采用使用全局/局部優化閾值分割，對于不同復雜的缺陷圖片，自動確定最佳的閾值。從而恰當提取出缺陷信息；

（4）形態學處理

對缺陷進行細化操作。采用閉運算來連接臨近物體，將二值圖像中被閾值分割的區域連通起來，例如開裂缺陷由于在某處灰度值較低而被錯誤分割，導致一條開裂裂紋可能會被分離為多個線段。同時，圖片中某些缺陷較大，例如開裂寬度較大。在后續邊緣檢測后，一條直線的兩個邊緣相距較大，直線提取算法會誤將同一根線作為兩根相互平行開裂裂紋；

（5）特征提取與分類

特征提取指的是使用計算機提取缺陷圖像信息，決定每個圖像的點是否屬于一個圖像特征。特征提取的結果是把圖像上的點分為不同的子集，這些子集往往屬于孤立的點、連續的曲線或者連續的區域。在缺陷圖片處理后，通過圖像處理的計算機中的特征提取算法，將被檢測圖像中的缺陷特征抽取出來，比如顏色特征、紋理特征、形狀特征以及空間關系特征。然后采用選擇支持向量機算法，對其進行分類，并且綜合分析，區分出缺陷類型，比如起泡、生銹、開裂、剝漆、粉化和絲狀腐蝕等；

（6）缺陷位置大小測量

提取到防腐層缺陷圖像后，根據不同特征來表征缺陷的數量、密度、大小、深度等，并通過計算機防腐層缺陷圖像處理軟件對其各個參數進行測量。根據測量結果，自動評定缺陷等級，并生成缺陷評估報告。

1.2 國外應用現狀

1981年，D Itzhak等用圖像方法研究了AISI304不銹鋼在10%FeCl3溶液中，50℃時浸泡20min產生的腐蝕圖像，是最早將數字圖像處理技術用于腐蝕研究領域[3]。

1.3 國內應用現狀

早在2001年國內就有文獻報道，將圖像處理技術用于研究金屬材料腐蝕形貌圖像與實海掛片數據的相關性[4]，后續陸續有文獻報道，采用圖像處理技術用于鋁合金腐蝕等級評定[5]、鍍層腐蝕形貌特征提取[6]。

2 圖像處理在涂層老化評估中的典型應用

涂層是一種有效的腐蝕控制手段，在設備、鋼結構等上面廣泛使用。GB/T 30789 《色漆和清漆 涂層老化的評價 缺陷的數量和大小以及外觀均勻變化程度的標識》系列標準，針對涂層的老化評估，規定了起泡等級的評定、生銹等級的評定、開裂等級的評定等，傳統的評估不但需要檢測人員簡單的拍照，同時還要測量缺陷尺寸，人工與標準比對，整個評估過程，不但效率低下，同時受到人為主觀判斷，甚至會影響到評估結果。

采用數字圖像處理技術，利用灰度處理、濾波處理、閥值分割、形態學處理、特征提取等處理過程可以有效獲得涂層起泡、涂層生銹、涂層開裂、涂層剝落缺陷特征，利用建立好計算機圖像自動對比評級系統，可以自動對涂層老化程度進行評級，并形成評級報告，圖1～圖7為典型的涂層老化評估圖像處理過程。

圖1 涂層鼓泡缺陷圖像自動評級對比

圖2 涂層生銹缺圖像處理

圖3 涂層生銹缺陷圖像自動評級對比

圖4 涂層開裂缺陷圖像處理

圖5 涂層開裂缺陷圖像自動評級對比

圖6 涂層剝落缺陷處理

圖7 涂層剝落缺陷圖像自動評級對比

3 結語

先進的計算機圖像處理技術是一種“軟技術”、“輔助技術”。它能夠將圖像整理得更適合人們的視角，讓信息以一種更加清晰的方式呈現在人們的面前。為此，基于此成熟的計算機圖像處理技術，能夠彌補如今現有技術能力的不足，提供防腐層缺陷智能識別與測量的方法，輔助降低腐蝕檢查人員的局限性，提高檢查結果的準確性和可靠性。