管道对接接头焊缝缺陷分割方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种管道对接接头焊缝缺陷分割方法、装置及存储介质。

背景技术

焊接技术广泛地应用于油气管输行业。对接接头焊是管道建设中最常见的焊接方法，对接接头焊缝中的缺陷会导致管道的破裂与爆炸。因此对接接头焊缝中缺陷检测识别是管道运输行业尤为重要的环节。

对接接头焊缝缺陷的检测是通过无损检测(Non Destructive Testing，NDT)的方法来实现的。在各种无损检测方法中，基于X射线的对接接头焊缝图像的缺陷检测是最为重要的方法。缺陷图像的分割是缺陷识别的重要基础，目前X射线对接接头焊缝图像模糊，成像质量不佳，难以自动分割对接接头焊X射线焊缝图像点状和线状缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种管道对接接头焊缝缺陷分割方法、装置及存储介质。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种管道对接接头焊缝缺陷分割方法，包括：获取管道对接接头焊X射线焊缝图像，确定图像中每个像素点的灰度值；建立表征像素点是否为缺陷的两层立体表，两层立体表中存储像素点类型元素；利用能量函数约束每个像素点进行类型划分，且任一类像素点与其周围同类像素点具有最小的灰度值差异，且任一像素点不是孤立点；求解能量函数，获得关于像素点类型元素的微分方程组，求解微分方程组获得像素点类型；根据不同类型像素点区域的平均灰度值大小确定缺陷区域。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种管道对接接头焊缝缺陷分割装置，包括：X射线焊缝图像获取模块、两层立体表建立模块、能量函数建立模块、像素点类型求解模块和缺陷分割模块；

X射线焊缝图像获取模块用于获取管道对接接头焊X射线焊缝图像，确定图像中每个像素点的灰度值；两层立体表建立模块用于建立表征像素点是否为缺陷的两层立体表，两层立体表中存储像素点类型元素；能量函数建立模块用于利用能量函数约束每个像素点进行类型划分，且任一类像素点与其周围同类像素点具有最小的灰度值差异，且任一像素点不是孤立点；像素点类型求解模块用于求解能量函数，获得关于像素点类型的微分方程组，求解微分方程组获得像素点类型；缺陷分割模块用于根据不同类型像素点区域的平均灰度值大小确定缺陷区域。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当指令在计算机上运行时，使计算机执行上述技术方案提供的管道对接接头焊缝缺陷分割方法。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种管道对接接头焊缝缺陷分割装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上的并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述技术方案提供的管道对接接头焊缝缺陷分割方法。

本发明的有益效果是：通过两层立体表来表征像素点是否为缺陷，利用能量函数约束每个像素点，通过求解能量函数，获得关于像素点类型元素的微分方程组，求解微分方程组获得像素点类型，进而根据不同类型像素点区域的平均灰度值大小确定缺陷区域。由于不同的X射线对接接头焊缝图像灰度差异大，难以用固定的平均灰度值区分不同图像中的缺陷，导致难以利用阈值实现自动缺陷分割。本发明通过解微分方程组的形式实现缺陷分割，避免了反复的阈值计算，且微分方程组的形式可以支持并行计算处理，在硬件条件具备时可加快计算速度；本发明可自动分割对接接头焊X射线焊缝图像点状和线状缺陷，适应能力强，计算快速。

本发明附加的方面及其优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例提供的管道对接接头焊缝缺陷分割方法流程图；

图2为本发明实施例提供的两层立体表示意图；

图3为本发明实施例提供的管道对接接头焊缝缺陷分割装置示意图；

图4为本发明实施例1提供的对接接头焊X射线焊缝图像；

图5为本发明实施例1提供的两层立体表示意图；

图6为本发明实施例1提供的对接接头焊X射线焊缝图像的缺陷分割图；

图7为本发明实施例2提供的对接接头焊X射线焊缝图像；

图8为本发明实施例2提供的两层立体表示意图；

图9为本发明实施例2提供的对接接头焊X射线焊缝图像的缺陷分割图；

图10为本发明实施例3提供的对接接头焊X射线焊缝图像；

图11为本发明实施例3提供的两层立体表示意图；

图12为本发明实施例3提供的对接接头焊X射线焊缝图像的缺陷分割图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

图1为本发明实施例提供的管道对接接头焊缝缺陷分割方法流程图。如图1所示，该方法包括：

S1，获取管道对接接头焊X射线焊缝图像，确定图像中每个像素点的灰度值；

具体地，定义灰度变量g

S2，建立表征像素点是否为缺陷的两层立体表，两层立体表中存储像素点类型元素。

如图2所示，两层立体表包括两层表，每层表包括N行M列，N为X射线焊缝图像高度，M为X射线焊缝图像宽度；两层立体表中存储的像素点类型元素记为v

S3，利用能量函数约束每个像素点进行类型划分，且任一类像素点与其周围同类像素点具有最小的灰度值差异，且任一像素点不是孤立点。

具体地，能量函数第一项约束每一个像素点一定会被划分为第一类(缺陷)或第二类(非缺陷)中的一类；能量函数第二项约束任意一类像素点与其周围的同类像素点具有最小的灰度值差异，这一项可以实现自动的阈值计算，且计及了像素点的位置信息；第三项约束无论是缺陷的像素点和非缺陷像素点均不能以孤立的点存在，消除了椒盐状噪声的干扰。

S4，求解能量函数，获得关于像素点类型的微分方程组，求解微分方程组获得像素点类型；

S5，根据不同类型像素点区域的平均灰度值大小确定缺陷区域。

本发明实施例通过两层立体表来表征像素点是否为缺陷，利用能量函数约束每个像素点，通过求解能量函数，获得关于像素点类型元素的微分方程组，求解微分方程组获得像素点类型，进而根据不同类型像素点区域的平均灰度值大小确定缺陷区域。本发明通过解微分方程组的形式实现缺陷分割，避免了反复的阈值计算，且微分方程组的形式可以支持并行计算处理，在硬件条件具备时可加快计算速度；本发明可自动分割对接接头焊X射线焊缝图像点状和线状缺陷，适应能力强，计算快速。

可选地，能量函数公式如下：

其中，Δ为归一化系数；E为能量函数值表示；E1、E2和E3为大于0的系数；i，j，k，o，p为变量；N为X射线焊缝图像高度；M为X射线焊缝图像宽度；C为图像分类数，取值为2，代表第一类和第二类像素点。

本发明实施例中，通过能量函数第一项约束每一个像素点一定会被划分为第一类(缺陷)或第二类(非缺陷)中的一类；能量函数第二项约束任意一类像素点与其周围的同类像素点具有最小的灰度值差异，这一项可以实现自动的阈值计算，且计及了像素点的位置信息；第三项约束无论是缺陷的像素点和非缺陷像素点均不能以孤立的点存在，消除了椒盐状噪声的干扰。

可选地，利用如下公式求解能量函数：

获得关于像素点类型的微分方程组：

其中，u

/>

本发明实施例通过解微分方程组的形式实现缺陷分割，避免了反复的阈值计算，且微分方程组的形式可以支持并行计算处理，在硬件条件具备时可加快计算速度。

可选地，根据不同类型像素点区域的平均灰度值大小确定缺陷区域，包括：计算第一类像素点平均灰度值和第二类像素点平均灰度值，公式如下：

其中，ave1为第一类像素点平均灰度值，ave2为第二类像素点平均灰度值，N为X射线焊缝图像高度；M为X射线焊缝图像宽度，g

若第一类像素点平均灰度值大于第二类像素点平均灰度值，则所有v

若第一类像素点平均灰度值小于或等于第二类像素点平均灰度值，则所有v

下面以具体实施例详细描述本发明。

实施例1：

对接接头焊X射线焊缝图像如图4所示，N＝193，M＝193。

S1：定义灰度变量g

S2：建立表征像素点是否为缺陷的两层立体表，如图5所示。

v

S3：建立如下能量函数：

其中，Δ为归一化系数，一般取为0.01或更小；E为能量函数值表示；E1＝200，E2＝55，E3＝120；i，j，k，o，p为变量；能量函数第一项约束每一个像素点一定会被划分为第一类或第二类中的一类。能量函数第二项约束任意一类像素点与其周围的同类像素点具有最小的灰度值差异，这一项可以实现自动的阈值计算，且计及了像素点的位置信息。第三项约束无论是缺陷的像素点和非缺陷像素点均不能以孤立的点存在，消除了椒盐状噪声的干扰。

S4：利用式(4)求解式(3)；

其中，u

S5：由式(3)、(4)可得求解式(3)的动态方程为：

其中，u

S6：定义第一类像素点平均灰度值ave1和第二类像素点平均灰度值ave2，计算公式如式(6)、(7)所示。

其中，v

S7：若ave1＞ave2则所有v

实施例2：

对接接头焊X射线焊缝图像如图7所示，N＝205，M＝205。

S1：定义灰度变量g

S2：建立表征像素点是否为缺陷的两层立体表，如图8所示。

v

S3：建立如下能量函数：

其中，Δ为归一化系数，一般取为0.01或更小；E为能量函数值表示；E1＝200，E2＝55，E3＝120；i，j，k，o，p为变量；能量函数第一项约束每一个像素点一定会被划分为第一类或第二类中的一类。能量函数第二项约束任意一类像素点与其周围的同类像素点具有最小的灰度值差异，这一项可以实现自动的阈值计算，且计及了像素点的位置信息。第三项约束无论是缺陷的像素点和非缺陷像素点均不能以孤立的点存在，消除了椒盐状噪声的干扰。

S4：利用式(4)求解式(3)：

其中，u

S5：由式(3)、(4)可得求解式(3)的动态方程为：

其中，u

S6：定义第一类像素点平均灰度值ave1和第二类像素点平均灰度值ave2，计算公式如式(6)、(7)所示。

其中，v

S7：若ave1＞ave2则所有v

实施例3：

对接接头焊X射线焊缝图像如图10所示，N＝144，M＝144。

S1：定义灰度变量g

S2：建立表征像素点是否为缺陷的两层立体表，如图11所示。

v

S3：建立如下能量函数：

其中，Δ为归一化系数，一般取为0.01或更小；E为能量函数值表示；E1＝200，E2＝55，E3＝120；i，j，k，o，p为变量；能量函数第一项约束每一个像素点一定会被划分为第一类或第二类中的一类。能量函数第二项约束任意一类像素点与其周围的同类像素点具有最小的灰度值差异，这一项可以实现自动的阈值计算，且计及了像素点的位置信息。第三项约束无论是缺陷的像素点和非缺陷像素点均不能以孤立的点存在，消除了椒盐状噪声的干扰。

S4：利用式(4)求解式(3)：

其中，u

S5：由式(3)、(4)可得求解式(3)的动态方程为：

其中，u

S6：定义第一类像素点平均灰度值ave1和第二类像素点平均灰度值ave2，计算公式如式(6)、(7)所示。

/>

其中，v

S7：若ave1＞ave2则所有v

本发明实施例还提供一种管道对接接头焊缝缺陷分割装置，包括：X射线焊缝图像获取模块、两层立体表建立模块、能量函数建立模块、像素点类型求解模块和缺陷分割模块。

X射线焊缝图像获取模块用于获取管道对接接头焊X射线焊缝图像，确定图像中每个像素点的灰度值；两层立体表建立模块用于建立表征像素点是否为缺陷的两层立体表，两层立体表中存储像素点类型元素；能量函数建立模块用于利用能量函数约束每个像素点进行类型划分，且任一类像素点与其周围同类像素点具有最小的灰度值差异，且任一像素点不是孤立点；像素点类型求解模块用于求解能量函数，获得关于像素点类型的微分方程组，求解微分方程组获得像素点类型；缺陷分割模块用于根据不同类型像素点区域的平均灰度值大小确定缺陷区域。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当指令在计算机上运行时，使计算机执行上述实施例提供的管道对接接头焊缝缺陷分割方法。

如图3所示，本发明实施例还提供一种管道对接接头焊缝缺陷分割装置3000，包括处理器3001、存储器3003及存储在存储器3003上的并可在处理器30001上运行的计算机程序，处理器3001执行程序时实现上述实施例提供的管道对接接头焊缝缺陷分割方法。

其中，处理器3001和存储器3003相连，如通过总线3002相连。可选地，电子设备3000还可以包括收发器3003，收发器3003可以用于该电子设备与其他电子设备之间的数据交互，如数据的发送和/或数据的接收等。需要说明的是，实际应用中收发器3003不限于一个，该电子设备3000的结构并不构成对本发明实施例的限定。

处理器3001可以是CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，通用处理器，DSP(Digital Signal Processor，数据信号处理器)，ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路)，FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本发明公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器3001也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。

总线3002可包括一通路，在上述组件之间传送信息。总线3002可以是PCI(Peripheral Component Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(ExtendedIndustry Standard Architecture，扩展工业标准结构)总线等。总线3002可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图3中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

存储器3003可以是ROM(Read Only Memory，只读存储器)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、CD-ROM(Compact DiscRead Only Memory，只读光盘)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。

存储器3003用于存储执行本发明方案的应用程序代码(计算机程序)，并由处理器3001来控制执行。处理器3001用于执行存储器3003中存储的应用程序代码，以实现前述方法实施例所示的内容。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。