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. Полезная модель направлена на 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). Для этого в предлагаемое устройство добавлен блок вычисления энтропии Шеннона двумерного вейвлет-образа. Получаемые значения энтропии сохраняются в оперативных запоминающих устройствах и используются для вычисления максимума энтропии, при изменяемых значениях масштабирующих коэффициентов и угла поворота фильтра непрерывного двумерного вейвлет-преобразования. При определении максимального, на текущий момент времени, значения энтропии, дискретные значения коэффициентов вейвлет-разложения, также сохраненные в оперативном запоминающем устройстве поступают на выход устройства. Максимальные значения получаемых наборов вейвлет-коэффициентов соответствуют областям особенностей изображений (дефектным местам рентгенограмм).
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.
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 a1, a2 , 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.
Принцип действия устройства заключается в следующем. Рентгеновское излучение f(
), прошедшее через участок сварного шва, регистрируется РЭОП (блок 1) и преобразуется в аналоговый сигнал s(t 1,t2), поступающий с выхода РЭОП на вход БВП (блок 2), с выхода которого дискретные значения коэффициентов вейвлет-преобразования W(ai,a j) поступают на вход БЭШ (блок 3). На выходе БЭШ формируется значение энтропии Шеннона H(ai,a j), 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 k,аl), сохраненной в этом блоке на одном из предыдущих тактов работы устройства. С выхода компаратора флаг f, равный 1 если H(ai,a j) больше Н(аk,аl ) 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(ai,a j) 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
Устройство вычисления непрерывного двумерного вейвлет-преобразования с произвольным углом поворота фильтра, содержащее блоки, осуществляющие формирование двумерного вейвлет-фильтра и двумерную свертку анализируемого сигнала с этим фильтром, отличающееся тем, что оно содержит рентгеновский электронно-оптический преобразователь, на вход которого поступает рентгеновское излучение f(), прошедшее через участок сварного шва, а на выходе формируется аналоговый сигнал s(t1,t 2), поступающий на вход блок вычисления непрерывного двумерного вейвлет-преобразования, с выхода которого дискретные значения коэффициентов вейвлет-преобразования W(ai ,aj) поступают на вход третьего оперативного запоминающего устройства и вход блока вычисления энтропии Шеннона, на выходе которого формируется значение энтропии Шеннона Н(а i,аj), рассчитанной для текущих коэффициентов вейвлет-разложения, которое одновременно поступает на вход первого оперативного запоминающего устройства и первый вход компаратора, на второй вход которого с выхода второго оперативного запоминающего устройства поступает значение энтропии H(ak ,al), сохраненной в этом блоке на одном из предыдущих тактов работы устройства, а с выхода компаратора флаг f, равный 1 если Н(аi,а j) больше H(ak, a l) и 0 в противном случае, поступает на управляющий вход первого оперативного запоминающего устройства, с выхода которого, при поступившем на управляющий вход значении 1, на вход второго оперативного запоминающего устройства поступает текущее значение энтропии, флаг f также поступает на управляющий вход третьего запоминающего устройства, на выходе которого, являющегося выходом устройства, при поступившем на управляющий вход значении 1, формируются дискретные значения вейвлет-коэффициентов W(a i,aj) анализируемого сигнала при максимальном, на текущий момент времени, значении энтропии Шеннона.
