О соответствии стандарту ISO 14096 оцифровщика рентгеновских плёнок "Microtek mii 900 Plus" Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

УДК 539.1, 621.3

7-3

О соответствии стандарту ISO 14096 оцифровщика рентгеновских плёнок «MICROTEK MII 900 PLUS»

К.А. Багаев ( Санкт-Петербург, Россия )

[email protected]

к.-ф.-м.н., технический директор, «Ньюком-НДТ»

А.Л. Горчаков

[email protected]

генеральный директор, «Ньюком-НДТ»

В статье рассмотрены основные положения стандарта ISO 14096 для оцифровки рентгеновских плёнок. Проведено тестирование оцифровщика «Microtek MII 900 Plus» по данному стандарту. Для исследований применялась эталонная рентгеновская плёнка и ПО «X-Vizor». Был определён диапазон оптических плотностей и минимальное пространственное разрешение оцифровщика. По результатам исследования сделан вывод о соответствии оцифровщика классу DS. Было определено время работы оцифровщика для различных значений пространственного разрешения, яркости лампы и величины интегрирования сигнала. Сделаны выводы о его применимости в промышленных условиях

Введение

Несмотря на бурное развитие цифровых технологий и внедрение систем компьютерной и цифровой радиографии, просвечивание на плёнку остаётся востребованным методом рентгеновского контроля в России. Тем не менее, цифровые технологии можно использовать и в этом случае, а именно — оцифровывать рентгеновские снимки.

В последние годы такие крупные российские компании как «Газпром» и «Транснефть» либо ввели свои руководящие документы об обязательной оцифровке рентгеновских плёнок, либо заявили о том, что собираются сделать это в ближайшее время. Оцифровка плёнки в некоторых случаях может повысить выявляемость дефектов и принести ряд экономических преимуществ. Оцифрованный снимок может быть обработан с помощью программных средств улучшения изображения. Затем такой снимок может быть сохранён в базу данных на сервере. Это позволяет осуществлять надзор за качеством контроля из головной организации удаленно, без выезда непосредственно к месту хранения плёнки.

В дальнейшем, при введении соответствующих нормативных документов, возможно, удастся отказаться от складирования плёнок, а перейти полностью на хранение в цифровом виде. В этом случае очевидна экономическая выгода, так как освободятся площади архивов под хранение плёнки. Использованные плёнки могут быть отданы на переработку, а выделяемое

из них серебро может быть использовано вторично.

В данный момент в России нет стандарта по оцифровке рентгеновских плёнок, поэтому для оценки качества снимков и оборудования для оцифровки мы будем использовать международный стандарт ISO-14096 [1,2].

Рынок оцифровщиков плёнки находится в стадии развития и на данный момент на нём не так много оборудования. В данной статье представлены результаты тестирования на соответствие стандарту ISO-14096 оцифровщика «Microtek MII 900 Plus». Для тестирования была использована эталонная плёнка EPRI № Е176 по ISO-14096 и программное обеспечение «X-Vizor».

Стандартом ISO 14096 определены три класса оцифровщиков DA, DB, DS. Критериями принадлежности к тому или иному классу являются два основных параметра:

1. Диапазон рабочих оптических плотностей при заданной контрастной чувствительности

по оптической плотности

2. Пространственное разрешение.

В [2, с.7] приведена таблица классов систем оцифровки в зависимости от диапазона оптической плотности и контрастной чувствительности по оптической плотности (таб.1).

Требования к значениям пространственного разрешения при различных энергиях квантов ионизирующего излучения, используемых при контроле образцов, представлены в таблице 2 [2, с.8].

Параметр Класс DS Класс DB Класс DA

Диапазон 0,5...4,5 0,5...4,0 0,5...3,5

плотностей (DR)

Цифровое > 12 > 10 > 10

разрешение в разрядах

Контрастная чувствительность < 0,02 < 0,02 < 0,02

по плотности ADCS в пределах DR

Таб. 1 — Критерии принадлежности оцифровщика к определённому классу согласно стандарту ISO 14096 - диапазон оптических плотностей, цифровое разрешение, контрастная чувствительность по оптической плотности

Энергия

кэВ

< 100

> 100.200

> 200.450, Se-75, Yb-169

Ir-192

Co-60, > 1 МэВ

Класс DS

Размер пикселя, мкм

15

30 60

100 200

MTF 20%, пар линий/мм

16,7 8,3

4,2

2,5 1,25

Класс DB

Размер пикселя, мкм

50

70

85

125 250

MTF 20%, пар линий/мм

5

3,6 3

2 1

Класс DA

Размер пикселя, мкм

70

85

100

150 250

MTF 20%, пар линий/мм

3.6 3

2,5

1.7 1

Таб. 2 — Критерии принадлежности оцифровщика к определённому классу согласно стандарту ISO 14096 — пространственное разрешение систем оцифровки пленки

Заявленные характеристики

Выпускаемый серийно оцифровщик «Microtek MII 900 Plus» обладает следующими характеристиками:

Разрядности оцифровки — 8 или 16 бит.

Пространственное разрешение — от 72 до 2400 dpi.

Интегрирование при сканировании (I) — от 1 до 5 у.е. Число оцифровок данной точки в зависимости от величины интегрирования определяется по формуле N = 2A(I-1).

Яркость лампы — от 1 до 10 условных единиц (у.е.). При наибольшей яркости «пробиваются» наиболее плотные плёнки. Рабочим значением яркости для плёнок с плотностью, не превышающей 3 е.о.п. является з у.е.

Производитель оцифровщика заявляет о его соответствии классу DS по стандарту ISO 14096.

Рабочий диапазон оптических плотностей

С помощью эталонной плёнки нами был исследован рабочий диапазон плотностей, пробиваемых оцифровщиком. Он составляет от 0,5 до 4,5 е.о.п. Ниже приведён профиль распределения оптической плотности, полученный при режиме сканирования с яркостью лампы 3.

Из графика (рис.1) видно, что при данной яркости лампы (3 у.е.) в области плотностей выше 3,5 имеют место недопустимые шумы, превышающие критерий &Оа_<0.02.

Аналогичная кривая для яркости 10 у.е. приведена на рисунке 2.

Из графика видно, что при яркости лампы 10 в области плотностей ниже 1,5 имеет место пересвет, информация отсутствует.

Согласно 130-14096 рабочий диапазон плотностей оцифровщика определяется из характеристической передаточной кривой. Это кривая, на которой отображается

Рис. 1 — Диапазон оптических плотностей, охватываемых сканером, яркость 3 у.е.

Материалы и методы

В качестве материала исследования была использована эталонная рентгеновская плёнка № Е176 по ISO-14096, оцифровщик Microtek MII 900PIUS и программное обеспечение «X-Vizor». Использовались математические методы для оценки стандартных отклонений и вычисления Фурье преобразования от производной функции профиля плотности рентгеновского изображения

Ключевые слова

оцифровка рентгеновских плёнок, контрастная чувствительность по оптической плотности, пространственное разрешение

«Microtek MII 900 Plus» digitizer and ISO-14096 Standard

Authors

Kirill A. Bagaev (Saint Petersburg, Russia )

phD in Physics and Mathematics, technical director of Newcom-NDT LLC

Alexander L. Gorchakov

Рис. 2 — Диапазон оптических плотностей, охватываемых сканером, яркость 10 у.е.

general director of Newcom-NDT LLC Abstract

The fundamentals of ISO-14096

was observed. The evaluation of X-Ray films'

digitizer «Microtek MII 900 Plus» was

produced. The optical density range

and spatial resolution were estimated.

The reference radiograph and "X-Vizor"

software was used in evaluation.

The achieved digitizer class is DS

according to ISO-14096

Materials and methods

The reference radiograph

№ E176, digitizer «Microtek MII 900 Plus»

and "X-Vizor" software were used.

Results

The comprehensive evaluation of «Microtek MII 900 Plus» was performed. ^nclusions

Digitizer «Microtek MII 900 Plus» corresponds to DS class according to ISO-14096. Newertheless, it is recommended for use with films of densities less than 3.5 D.

Keywords

X-Ray film digitization, spatial resolution, density contrast sensitivity

References

1. ISO-14096-1, Non-destructive

testing — Qualification of radiographic film digitization systems — Parti: Definitions, quantitative measurements of image quality parameters, standard reference film and qualitative control. 2005-06-15.

2. ISO-14096-2, Non-destructive testing — Qualification of radiographic film digitization systems — Part2: Minimum requirements. 2005-06-15.

3. Gavin Lin, "Evaluation of the Digitizer"MII-900+". 2012.03.23

оптическая плотность, соответствующая конкретному участку оптического клина. Таких кривых может быть несколько для данного типа оцифровщика. Рабочий диапазон определяется между минимальным и максимальным значением плотностей, взятых по всем таким характеристическим кривым.

Для соответствия классу DS рабочий диапазон плотностей должен быть от 0,5 до 4,5 е.о.п. Контрастная чувствительность по оптической плотности на всех участках оптического клина не должна превышать 0,02. В основе оценки контрастной чувствительности по плотности &Dcs лежит вычисление сред-неквадратического отклонения aD соседних пикселей в области пленки с постоянной оптической плотностью. В стандарте ISO 14096 рекомендовано проводить вычисления по окрестности из 225 пикселей. Среднеква-дратическое отклонение aD калиброванной плотности D(glJ рассчитывается для этих 225 значений на заданной ступени плотности по формуле [1, с. 9]:

В этой формуле д1т — оцифрованное значение уровня серого для пикселя плёнки [1, с. 8]:

Sfú

размером 88,6 мкм. Этому соответствует диаметр апертуры 100 мкм микроденситометра, используемого для измерения гранулярности пленки по стандарту EN 584-1.

Оцифровщик «Microtek MII 900 Plus» позволяет охватить требуемый стандартом диапазон оптической плотности при обеспечении соответствующей контрастной чувствительности по оптической плотности за два шага — с различными значениями яркости просвечивающей лампы сканера. Таким образом, оцифровщик имеет 2 характеристических передаточных кривых.

Ниже приведена таблица оптических плотностей (таб. 3), полученных для яркостей лампы 10 у.е. и 3 у.е. при пространственном разрешении сканирования 500 dpi (50,8 мкм).

Как видно из приведённых таблиц диапазоны перекрываются в области оптических плотностей 1,5-3 е.о.п.

В качестве иллюстрации вычисления контрастной чувствительности по оптической плотности приведён снимок рабочего окна программы «X-Vizor» с инструментом для определения контрастной чувствительности по плотности, рисунок 3.

Пространственное разрешение

Вторым параметром, определяющим принадлежность оцифровщика к определённому классу по ISO-14096, является

пространственное разрешение. Оно определяется по модуляционной передаточной кривой, которую вычисляют в несколько шагов:

1. Находят профиль плотности перпендикулярно границе участков изображения с существенно различными оптическими плотностями. Стандартно рекомендуется проводить интегрирование по нескольким профилям — не меньше 10.

2. Вычисляют модуль производной от профиля.

3. Вычисляют Фурье-преобразование от полученной кривой.

4. Строят зависимость амплитуды Фурье преобразования от числа пар линий на мм.

Для оцифровщика «Microtek MII 900 Plus» нами были произведены вычисления модуляционной передаточной кривой при пространственном разрешении 1200 dpi. В программе «X-Vizor» предусмотрен соответствующий инструмент. Результирующая кривая приведена на рисунке 4.

Полученное значение — 9 пар линий на мм — согласуется со значением, приведённым производителем оцифровщика в отчёте [3].

Скорость работы

Несмотря на то, что оцифровщик «Microtek MII 900 Plus» формально удовлетворяет всем требованиям класса DS

Оптическая плотность,

AD_CS, яркость лампы 10

AD_CS, яркость лампы 3 у.е.

0(д1 т — функция, которая вычисляет оптическую плотность участка снимка в зависимости от уровня серого.

Значение ав представляет собственный шум оцифровщика при рассматриваемом значении оптической плотности. Контрастная чувствительность по оптической плотности для области снимка, вписанной в апертуру 88,6 мкм, вычисляется по формуле [1, с. 9]:

где Р — фактический размер пикселя оцифровщика в мкм

Для сравнения контрастной чувствительности по оптической плотности у дигитайзеров с разным размером пикселя значение Ай относится к квадратному пикселю

е.о.п. у.е.

4,50 0,02

4,01 0,01

3,99 0,01

3,50 0,01

3,01 0,01 0,02

2,98 0,01 0,02

2,56 0,01 0,01

2,01 0,01 0,01

2,00 0,01 0,01

1,53 0,00 0,01

1,01 0,01

0,99 0,01

0,50 0,00

Таб. з — Контрастная чувствительность по оптической плотности в диапазоне оптических плотностей 4,5-0,5.

Рис. 3 — Вычисление параметров участка оптического клина с плотностью 4,5 е.о.п.

Рис. 4 — Модуляционная передаточная кривая

стандарта ISO-14096, его применение для В таблице 4 приведено время работы Выводы

оцифровки плёнок с плотностью выше оцифровщика для различных величин про- На основе проведённых исследований

3,5 е.о.п. будет весьма затруднительно странственного разрешения, яркости лампы можно сделать вывод, что диапазон про-

из-за низкой скорости работы. Для того и параметра интегрирования. В качестве об- биваемых оцифровщиком плотностей и

чтобы качество оцифровки соответствовало разца была использована эталонная плёнка пространственное разрешение оцифров-

классу ЭБ для плотных плёнок, необходимо ЕРИ № Е176. щика соответствует классу ЭБ по стандарту

осуществлять сканирование при максималь- 1БО-14096. Тем не менее данный оцифров-

ном интегрировании. В этом случае сильно Итоги щик можно рекомендовать для использо-

замедляется скорость протяжки плёнки через Было проведено комплексное исследова- вания с плёнками, чья плотность не превы-

оцифровщик. Например, при интегрирова- ние параметров оцифровщика согласно шает 3,5 е.о.п.

нии 1=5, скорость протяжки падает в 16 раз. 1БО-14096

Яркость лампы, у.е. Пространственное разрешение, dpi Оптимизация, у.е. Время

3 600 1 15 сек

3 600 3 2,5 мин

5 600 3 6 мин 40 сек

10 600 1 9 мин 40 сек

3 600 5 10 мин

3 1200 3 11 мин

7 600 3 11 мин

5 600 5 21 мин

3 1200 5 25 мин

10 600 3 39 мин

10 600 5 2 часа 4 мин

10 1000 5 6 часов 5 минут

Таб. 4 — Скорость работы оцифровщика

при различных значениях пространственного разрешения, яркости

лампы и параметра интегрирования.

Список использованной литературы Definitions, quantitative measurements of image radiographic film digitization

quality parameters, standard reference film and systems - Part2: Minimum requirements.

1. Международный стандарт ISO-14096-1, qualitative control. 2005-06-15. 2005-06-15.

Non-destructive testing - Qualification of 2. Международный стандарт ISO-14096-2, 3. Gavin Lin, "Evaluation of the Digitizer"

radiographic film digitization systems - Part1: Non-destructive testing - Qualification of MII-900+". 2012.03.23

21-23 ноября 2012г. НИЖНЕВАРТОВСК.НЕФТЬ.ГАЗ

Vl-я специализированная выставка

(3462) 52-00-40, 32-90-60 e-mail: [email protected], www.yugcont.ru