УСТРОЙСТВО КРАТНОМАСШТАБНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ ОКРУГЛОЙ ФОРМЫ ПО РЕНТГЕНОГРАММАМ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Устройство кратномасштабного обнаружения дефектов округлой формы по рентгенограммам сварных соединений относится к области информационных технологий и может использоваться в системах цифровой обработки изображений. В частности, предлагаемое устройство может быть использовано в системах неразрушающего контроля сварных соединений трубопроводов для обнаружения дефектов сварки округлой или эллиптической формы (поры, шлаковые включения) по рентгенографическим изображениям.
Перспективным подходом к анализу и обработке нестационарных сигналов (к которым относятся и изображения), выявлению особенностей и локальных неоднородностей является использование непрерывного вейвлет-преобразования и анализ вейвлет-спектров [1, 3, 5].
Разложение изображений по базису вейвлет-функций может быть осуществлено путем применения одномерного сепарабельного вейвлет-преобразования (отдельно по строкам и столбцам матрицы мгновенных значений двумерного сигнала) или двумерного вейвлет-преобразования. Для обнаружения особенностей изображений округлой или эллиптической формы более предпочтительным является применение двумерного вейвлет-преобразования, поскольку оно будет содержать больший объем информации о локальных неоднородностях изображения, по сравнению с одномерным сепарабельным вейвлет-преобразованием [2-4].
Применение двумерного вейвлет-преобразования для анализа изображений требует выбора вейвлета, например, имеющего или не имеющего сферическую симметрию с возможным вводом вращения наряду со сдвигами и сжатиями базисного вейвлета [3].
Анализ получаемых вейвлет-спектров при обнаружении особенностей изображений требует расчета некоторой количественной оценки, характеризующей вейвлет-образы изображения на разных масштабах разложения и позволяющей сделать вывод о завершении процедуры обнаружения особенностей. В качестве подобной характеристики используется энтропия Шеннона:
,
где i=1...N, j=1...M - размеры матрицы вейвлет-коэффициентов W, P[W(i,j)] - вероятность появления соответствующего коэффициента в вейвлет-образе, Н - энтропия Шеннона, позволяющая рассчитать количество информации, содержащейся в вейвлет-коэффициентах.
1
2
Максимальное значение энтропии вейвлет-коэффициентов соответствует максимальному количеству информации, содержащейся в вейвлет-образе и наиболее достоверному представлению особенностей изображения в пространстве вейвлетов. Таким образом, определяя максимум энтропии вейвлет-образов, полученных на заданных диапазонах масштабирующих коэффициентов a, a, получим оптимальное представление особенностей изображения в пространстве вейвлетов.
Известно устройство вычисления непрерывного двумерного вейвлет-преобразования с произвольным углом поворота фильтра [Авторское свидетельство RU №60242, МПК 7 G06F 17/14, БИ №1, 2007], заключающееся в формировании двумерного вейвлет-фильтра, обладающего или не обладающего сферической симметрией и повернутого на заданный угол, используемого для свертки с двумерным сигналом, поступающим на вход устройства.
Недостатком устройства является невозможность количественной оценки получаемых вейвлет-образов и выбора масштабирующих коэффициентов адаптивно к анализируемому сигналу.
Это устройство выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом полезной модели является повышение качества обнаружения особенностей изображений, имеющих округлую или эллиптическую форму (дефектов сварных соединений типа пор и шлаковых включений).
Указанный технический результат достигается за счет расчета энтропии Шеннона получаемых двумерных вейвлет-образов анализируемого двумерного сигнала и адаптивного выбора масштабирующих коэффициентов вейвлет-разложения изображения (рентгенограммы).
Предлагаемое устройство, реализующее подход к обнаружению дефектов сварных соединений на основе двумерной вейвлет-фильтрации рентгенограмм, приведено на фигуре, где:
блок 1 - рентгеновский электронно-оптический преобразователь (РЭОП);
блок 2 - блок вычисления непрерывного двумерного вейвлет-преобразования
с произвольным углом поворота фильтра (БВП);
блок 3 - блок вычисления энтропии Шеннона (БЭШ);
блоки 4, 5, 7 - оперативные запоминающие устройства (ОЗУ);
блок 6 - компаратор.
1
2
i
j
i
j
k
l
i
j
k
l
i
j
Принцип действия устройства заключается в следующем. Рентгеновское излучение f(λ), прошедшее через участок сварного шва, регистрируется РЭОП (блок 1) и преобразуется в аналоговый сигнал s(t,t), поступающий с выхода РЭОП на вход БВП (блок 2), с выхода которого дискретные значения коэффициентов вейвлет-преобразования W(a,a) поступают на вход БЭШ (блок 3). На выходе БЭШ формируется значение энтропии Шеннона H(a,a), рассчитанной для текущих коэффициентов вейвлет-разложения. Значение энтропии одновременно поступает на первый вход компаратора (блок 6) и вход ОЗУ1 (блок 4). На второй вход компаратора с выхода ОЗУ2 (блок 5) поступает значение энтропии Н(а,а), сохраненной в этом блоке на одном из предыдущих тактов работы устройства. С выхода компаратора флаг f, равный 1 если H(a,a) больше Н(а,а) и 0 в противном случае, поступает на управляющий вход ОЗУ1, с выхода которого, при поступившем на управляющий вход значении 1, на вход ОЗУ2 поступает текущее значение энтропии. Флаг f также поступает на управляющий вход ОЗУ3 (блок 7), где хранится текущий вейвлет-образ анализируемого изображения, поступившего с выхода БВП. При поступившем значении 1 на управляющий вход ОЗУ3 на выходе блока, являющегося выходом устройства, формируются дискретные значения вейвлет-коэффициентов W(a,a) анализируемого сигнала.
Источники информации:
1. Витязев В.В. Вейвлет-анализ временных рядов: Учеб пособие. - СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2001. - 58 с.
2. Воробьев В.И., Грибунин В.Г. Теория и практика вейвлет пребразования. - СПб.: ВУС, 1999. - 204 с.
3. Добеши И. Десять лекций по вейвлетам. - Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2001. - 464 с.
4. Малла С. Вэйвлеты в обработке сигналов: Пер. с англ. - М.: Мир, 2005. - 671 с., ил.
5. Переберин А.В. О систематизации вейвлет преобразований // Вычислительные методы и программирование. - 2001 г. - Т. 2. - С.15-40