JPH08212341A - 放射線透過写真の画像処理方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放射線透過写真を使った配管等の境界を明確
に決定するとともに、散乱放射線による像のぼけ成分及
び写真のかぶりの影響等を減少させ、残肉厚計測の精度
を向上させる放射線透過写真の画像処理方法及びその装
置を提供する。 【構成】 透過写真フィルムの写真濃度を１２ビットの
濃度分解能でデジタル化して読み込み（ステップＳ２０
とステップＳ２１）、次にこのデジタル化した画像デー
タを階調変換によりコントラスト調整し（ステップＳ２
２）、さらにメディアンフィルターによって信号の雑音
成分を除去し（ステップＳ２３）、そしてエッジ化フィ
ルターによって輪郭を強調し（ステップＳ２４）、さら
に、境界の２次式へのあてはめにより境界を決定し実際
の肉厚画像に変換して（ステップＳ２５）、この画像を
ディスプレイ等に出力表示する（ステップＳ２６）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非破壊検査における放
射線透過写真の画像計測に利用し、特に石油化学プラン
ト関係の現場における稼働中の機器、配管又は溶接部
等、半導体製造装置のバルブ、継手又は配管等、或いは
鉄筋構造物の鉄筋コンクリートなどの非破壊検査に使用
し、配管等の放射線透過写真の腐食残肉厚等を測定し、
散乱放射線による像のぼけ成分及び写真のかぶりの影響
を減少させる放射線透過写真の画像処理方法及び装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、石油化学プラント等の現場にお
ける稼働中検査では、機器および配管の腐食の状態を把
握するのに放射線透過写真を利用している。主として放
射性同位元素 ¹⁹²Ｉｒ或いは⁶⁰Ｃｏのガンマ線源を利用
して透過写真を撮影し、現像済みのフィルムをシャーカ
ステン上にて観察して腐食の著しい箇所を探索し、検査
員が定規等で測定している。

【０００３】図１１はこの放射線源を利用して放射線透
過写真を撮影する概略構成を示す断面図である。図１１
において放射線透過写真は、放射線４が放射線源１から
配管２を透過し、配管２の肉厚に対応した写真濃度でフ
ィルム３上に感光し、このフィルムを現像することによ
って得られる。なお、図１１中における配管２の断面は
凹凸を誇張して描いている。放射線透過写真の写真濃度
は配管２の肉厚に対応しており、配管の直径とその配管
が配置された位置とフィルムとの位置関係から、この２
次元フィルム上の写真濃度により配管の３次元肉厚情報
が得られる。なお、フィルム上の３次元肉厚情報は等方
的でないので、フィルムの拡大率などを考慮しておかな
ければならない。撮影時に長さの判っているテストピー
スを入れておき、基準の長さとして置き換え拡大率を考
慮している。

【０００４】図１２は、図１１の撮影配置でのＬ方向の
写真濃度と配管の位置関係を示す濃度グラフである。縦
軸は写真濃度で横軸は位置Ｌを示す。図１２中のＡ−Ｄ
は、図１１の放射線４が配管２の外縁部境界Ａ，Ｄ、そ
の内縁部Ｂ，Ｃを透過するときの配管位置に対応してい
る。図１２においてＬ方向のＡ−Ｂの距離が配管の最小
残肉厚に対応しており、配管の外縁部と空間の境界では
透過厚さが急激に小さくなる。

【０００５】図１３は図１１の撮影配置でのＬ方向の実
際の写真濃度と配管の位置関係を示す濃度グラフであ
る。実際のフィルム上には線源から直線的に到達する放
射線だけではなく、配管等の試験体、或いは周囲の構造
物などからの散乱線も多数到達する。これらのエネルギ
ーの低い散乱線は、主として透過厚さの小さい外縁部の
像を黒化させる。配管の外縁部と空間との境界では透過
厚さが急激に小さくなるから、境界と空間との濃度値に
差がなくなってくる。これがフィルム上で外縁部と空間
との境界を定めることを困難にし、測定誤差の原因とな
っている。この測定誤差を減少させる有効な方法とし
て、写真濃度を外縁部に注目して比較的低濃度に仕上げ
る方法がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の方法では、内縁部の透過厚さの非常に厚い部分が広範
囲に白くなり、内縁部境界の決定を困難にさせることに
なる。また、内縁部（図１３のピーク位置）について
は、さらにピークが幾つか現れる場合があり、どれが本
来の境界であるかが決定できないという課題があった。
さらに、散乱放射線による像のぼけ成分及び写真のかぶ
りの影響等を減少させる必要があるという課題もあっ
た。

【０００７】本発明は、上記のような課題に鑑み、放射
線透過写真を使った配管等の境界を明確に決定するとと
もに、散乱放射線による像のぼけ成分及び写真のかぶり
の影響等を減少させ、残肉厚計測の精度を向上させる放
射線透過写真の画像処理方法及びその装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の放射線透過写真の画像処理装置は、透過写
真フィルムの写真濃度を１２ビットの濃度分解能でデジ
タル化して読み込む画像入力処理手段及び画像データ化
処理手段と、このデジタル化した画像データを階調変換
により８ビット画像データに変換してコントラスト調整
するコントラスト強調処理手段と、メディアンフィルタ
ーによって信号の雑音成分を除去する雑音除去処理手段
と、エッジ化フィルターによって輪郭を強調する輪郭強
調処理手段と、境界の２次式へのあてはめにより境界を
決定し実際の肉厚画像に変換する境界決定処理手段と、
肉厚画像を出力表示する画像表示出力手段とを備えるも
のである。

【０００９】また、本発明の放射線透過写真の画像処理
方法は、透過写真フィルムの写真濃度を１２ビットの濃
度分解能でデジタル化して読み込む第１の過程と、デジ
タル化した画像データを階調変換により８ビット画像デ
ータに変換しコントラスト調整してコントラスト強調す
る第２の過程と、メディアンフィルターによって信号の
雑音成分を除去する第３の過程と、エッジ化フィルター
によって輪郭を強調する第４の過程と、境界の２次式へ
のあてはめにより境界を決定し実際の肉厚画像に変換す
る第５の過程と、肉厚画像を出力表示する第６の過程と
を備えるものである。

【００１０】

【作用】上記構成の放射線透過写真の画像処理方法及び
その装置では、透過写真フィルムの写真濃度を１２ビッ
トの濃度分解能でデジタル化して読み込み、デジタル化
した画像データを階調変換により８ビット画像データに
変換してコントラスト調整し、メディアンフィルターに
よって信号の雑音成分を除去し、エッジ化フィルターに
よって輪郭を強調し、境界の２次式へのあてはめにより
境界を決定し実際の肉厚画像に変換して、肉厚画像を例
えばディスプレイ等に出力表示する。

【００１１】これによって、放射線透過写真をつかった
配管等の境界を明確に決定するとともに、散乱放射線に
よる像のぼけ成分及び写真のかぶりの影響等を減少さ
せ、残肉厚計測の精度を向上させることができる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明の放射線透過写真の画像処理方
法及び装置の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る放射線透過写真の画像処理装置のシ
ステム構成図である。図１において、放射線透過写真の
画像処理装置１０は、フィルムデジタイザ１１と、キー
ボード１２と、コンピュータ１３と、外部メモリ１４
と、ディスプレイ１５と、プリンタ１６とから構成され
ている。フィルムデジタイザ１１は透過写真フィルム
（図示せず）を画像データに変換して１２ビット（４０
９６階調）で読み込み、コンピュータ１３によってＦＦ
Ｔ演算、微積分などの高度の画像処理を行い、その結果
をディスプレイ１５に表示し、或いはプリンタ１６で出
力する。画像データは光磁気ディスク、ミニフロッピデ
ィスク又はハードディスク等の外部メモリ１４に格納す
る。

【００１３】図２は本発明による画像処理の手順を示す
フローチャートである。この画像処理は画像入力処理
（Ｓ２０）、画像データ化処理（Ｓ２１）、コントラス
ト強調処理（Ｓ２２）、雑音除去処理（Ｓ２３）、輪郭
強調処理（Ｓ２４）、境界決定処理（Ｓ２５）、及び画
像表示出力処理（Ｓ２６）よりなる。この画像処理はま
ず、透過写真フィルムの写真濃度を１２ビットの濃度分
解能でデジタル化して読み込み（ステップＳ２０とステ
ップＳ２１）、次にこのデジタル化した画像データを階
調変換により８ビット画像データに変換してコントラス
ト調整し（ステップＳ２２）、さらにメディアンフィル
ターによって信号の雑音成分を除去し（ステップＳ２
３）、そしてエッジ化フィルターによって輪郭を強調し
（ステップＳ２４）、さらに、境界の２次式へのあては
めにより境界を決定し実際の肉厚画像に変換して（ステ
ップＳ２５）、この画像をディスプレイ等に出力表示す
る（ステップＳ２６）。

【００１４】なお、コントラスト強調処理（ステップＳ
２２）、雑音除去処理（ステップＳ２３）及び輪郭強調
処理（ステップ２４）はそれぞれを任意に組み合わせて
から境界決定処理（ステップＳ２５）をすることも可能
になっている。さらに、１２ビット画像データ化処理
（ステップＳ２１）により画像データをヒストグラム化
して直接に画像表示出力処理（ステップ２６）により出
力表示をすることも可能である。以下、画像処理方法と
装置を図２に示すフローチャートにしたがい詳細に説明
する。

【００１５】先ず本実施例の１２ビット画像データ変換
処理とコントラスト強調処理について説明する。フィル
ムデジタイザ１１は写真フィルムの写真濃度を１２ビッ
ト階調データに変換して読み込む。この読み込んだ画像
データは１２ビットのグレースケールデータである。し
かし、この１２ビット画像データのヒストグラムをみる
と必ずしも４０９６階調にデータがまんべんなく分布し
ていることは少なく、ある限られた範囲に集中している
ことが多い。更に、透過写真上で計測等の目的のために
利用する写真濃度範囲は、さらにその一部に分布してい
る。この一部の範囲をディスプレイ１５或いはプリント
アウトしたもので画像を観察する場合、現在の技術では
２５６階調の出力装置が大部分であり、４０９６階調の
画像を観察するためには８ビット（２５６階調）画像デ
ータに変換しなければならない。つまり、必要な部分の
みを効率よく２５６階調に変換する必要がある。このよ
うな必要な部分をコントラストをつけて変換するには濃
度階調変換図を使う。

【００１６】図３は本発明で使用した濃度階調変換図で
ある。図３において、縦軸Ｙは出力画像濃度（８ビット
表示値）であり、横軸Ｘは入力画像濃度（１２ビットデ
ータ値）を示しており、図３は４０９６階調の画像デー
タ３２を変換直線３０に沿って２５６階調の画像データ
３４に変換することを示している。本実施例の階調変換
は次の直線式で変換している。

【００１７】

【数１】

【００１８】ここで、Ｘは１２ビットデータ値、Ｙは８
ビット表示値を示す。図３に示す例では、最小値が１０
２４、最大値が３０５９であり、この範囲にある１２ビ
ットデータを８ビットの２５６階調に変換している。

【００１９】図４は１２ビット画像データの強調したい
階調範囲を８ビット画像データに変換するコントラスト
強調処理の手順を示すフローチャートである。なお、図
４のＳ２１とＳ２２は図２における同一の処理を同一の
符号で示した。１２ビット画像データのヒストグラムか
ら強調したい階調範囲が得られる。このコントラスト強
調処理はヒストグラムから得た階調範囲の決定（Ｓ４
２）と８ビットデータ階調変換処理（Ｓ４３）よりな
る。本実施例では強調したい階調範囲を画像データの最
小値と最大値の範囲とし、キーボード１２からコンピュ
ータ１３に所定値が入力され、コントラスト強調処理が
なされる。

【００２０】コントラスト強調処理は先ず透過写真の１
２ビット画像データ（図２におけるステップＳ２１）の
ヒストグラムを利用して強調したい階調範囲を決定して
キーボード１２から所定値を入力し（ステップＳ４
２）、次に図３の階調変換図に基づいて１２ビット画像
データの必要な部分を８ビット画像データに階調変換す
る（ステップＳ４３）。そして、コントラスト強調処理
のみで画像を表示したい場合は、図２に示す実際の肉厚
画像に変換する境界決定処理（ステップＳ２５）を経て
ディスプレイ等に出力表示される。

【００２１】このようにして、本実施例では８ビットで
画像データを取り込んで処理するより１２ビットできめ
細かな画像データを取り込んでいるから、画像データの
欠損がない。しかも必要な部分の画像データを強調して
処理しているから、コントラストを最適化できる。さら
に、任意の濃度を表す数値範囲を８ビット画像データに
変換して表示することによって、ディスプレイ上でコン
トラストの強調された画像を得ることができる。

【００２２】次に雑音除去処理について説明する。透過
写真をデジタル化するまでの過程で、データに様々な雑
音成分が付加されている。これを除去するために平滑化
フィルターをかけると、信号のピークがつぶれた（鈍化
した）ようなデータに変換されてしまう。本実施例で使
用するメディアンフィルターは、このピークのつぶれを
最小限に押さえて雑音の除去をするものであり、後述す
るエッジ化フィルターとの相乗効果で配管等の輪郭が明
瞭になる。

【００２３】図５は画像データを２次元の画素（ピクセ
ル）で濃淡表示したデジタルデータの略図である。本実
施例におけるメディアンフィルターは、図５に示すよう
に、注目しているピクセル自体も含めて、その周囲の９
個のピクセル値の中央値、すなわちメディアンを注目値
と置き換える演算処理を行うことによって雑音を除去し
ている。

【００２４】図６は雑音除去処理の手順を示すフローチ
ャートである。この雑音除去はメディアンフィルターを
使用しており、先ず注目するピクセルを決定し（ステッ
プＳ６１）、次に周囲３×３の範囲の中央値を調べ（ス
テップＳ６２）、そして注目値を中央値と置き換え（ス
テップＳ６３）、全てのピクセルについて繰り返し（ス
テップＳ６４）、全てのピクセルについて処理が終了す
れば次の処理、例えば輪郭強調処理又は境界決定処理に
すすむ。このようなメディアンフィルターを使用するこ
とにより、信号のピークがあまり潰されず平滑化し、雑
音の除去ができる。

【００２５】次に輪郭強調処理について説明する。前述
のとおり配管の残肉厚計測においては、配管外縁部と空
間との境界および内縁部の境界が同時に明瞭に識別され
なければならない。このために、濃度値が急激に変化す
る点を探し、濃度の不連続性を検出するために空間微分
を行う。デジタル画像の場合は微分は差分で表されるか
ら、Ｘ方向とＹ方向の１次微分は次のように定義でき
る。

【００２６】

【数２】

【００２７】しかし、１次の偏微分は画像中のエッジの
方向によって値が変化するためあまり有効ではない。等
方的な偏微分であるラプラシアンが示すオペレータ、即
ち、エッジ化フィルターは画像中のエッジの方向に依存
せず、濃度変化に応じた微分値を出力する。本実施例の
場合、配管の外縁部と内縁部を同時に検出するためのエ
ッジ化フィルターとして、次の表のオペレータが効果的
である。

【００２８】

【表１】

【００２９】このオペレータは、注目点の周囲５×５の
範囲に表１の重みを掛けて注目点の値を計算することに
相当する。なお、このオペレータをラプラシアンで表す
と次の式になる。

【００３０】

【数３】

【００３１】図７は輪郭強調処理の手順を示すフローチ
ャートである。この輪郭強調処理は、先ず注目するピク
セルを決定し（ステップＳ７１）、次に周囲５×５の範
囲でオペレータに基づき注目点の値を計算し（ステップ
Ｓ７２）、すべてのピクセルについて繰り返し（ステッ
プＳ７３）、全てのピクセルについて処理が終了すれば
次の処理にすすむ。これにより、配管外縁部と空間との
境界及び内縁部の境界が同時に明瞭に識別できるように
なる。

【００３２】次に、境界決定処理について説明する。輪
郭強調後の画像に対して外縁部及び内縁部の境界を決定
することになるが、外縁部については、なお決定に判断
を迷う場合が多い。それは、輪郭強調をしても未だ外縁
付近での濃度変化が緩やかになっており、不連続な変化
になっていないためである。図８は理想的な写真濃度と
配管の位置関係を示す濃度グラフである。なお、便宜上
中心線から左部分のみ図示した。図９は放射線源と配管
の位置関係を示す断面図であり、ｒは配管の内半径を示
し、Ｒは配管の外半径を示す。なお図８及び図９のＡと
Ｂは同じ位置を示す。図８からわかるように空間の濃度
レベルは曲線で近似できるから、この外縁部付近の濃度
変化を位置の関数として２次式にあてはめ、図９に示す
ように配管の中心から長手方向に垂直に配管の外縁部に
向かってＬ軸をとる。このようにして、画像の濃度Ｄは
Ｌの２次関数として次式で表される。

【００３３】

【数４】

【００３４】上式の係数ａ、ｂ、ｃは３個のデータを上
式に代入し、３元連立方程式を解けば求めることができ
る。これにより、画像の濃度Ｄが空間部の濃度レベルＬ
₀ になるＬの位置を計算することによって配管の外縁部
との境界を正確に求めることができる。境界決定処理で
は正確に求めた境界値を位置データテーブルの基準値に
して、２次元フィルムの位置データを等方的な位置デー
タに変換する。この位置データと画像濃度データに基づ
き実際の配管の肉厚画像が画像表示出力処理によりディ
スプレイ等に出力表示される。

【００３５】以上のような画像処理により、配管等の減
肉の状態を精度よく計測できる。図１０は原画像濃度グ
ラフと本発明の画像処理後の濃度グラフを示した比較図
である。図１０において一点鎖線は従来技術による配管
断面の濃度グラフであり、太線は本発明によるコントラ
スト強調、雑音除去、輪郭強調、境界決定処理後の濃度
グラフであり、２点鎖線は透過写真をフィルムデジタイ
ザによって８ビットの濃度分解能で読み込み、従来の技
術で８ビットデータ処理した場合における識別限界濃度
を示した。図１０から原画像は散乱放射線によるかぶり
及び識別限界濃度よりも濃い部分の観察が難しく、実際
の値よりも小さめに測定される。これに対して本発明で
は内縁部のエッジもはっきりと強調され、外縁部も急速
にゼロに近づくので境界の決定が容易で精度を向上させ
ることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明の放射線透過写真の画像処理方法及びその装置では、
透過写真フィルムの写真濃度を１２ビットの濃度分解能
でデジタル化して読み込み、デジタル化した画像データ
を階調変換により８ビット画像データに変換してコント
ラスト調整し、メディアンフィルターによって信号の雑
音成分を除去し、エッジ化フィルターによって輪郭を強
調し、境界の２次式へのあてはめにより境界を決定し実
際の肉厚画像に変換して、写真画像を例えばディスプレ
イ等に出力表示することができるので、放射線透過写真
を使った配管等の境界を明確に決定することができると
ともに、散乱放射線による像のぼけ成分及び写真のかぶ
りの影響等を減少させ、残肉厚計測の精度を向上させる
ことができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る放射線透過写真の画像処理装置の
システム構成図である。

【図２】画像処理の手順を示すフローチャートである。

【図３】本発明で使用した濃度階調変換図である。

【図４】１２ビット画像データの強調したい階調範囲を
８ビット画像データに変換するコントラスト強調処理の
手順を示すフローチャートである。

【図５】画像データを２次元の画素（ピクセル）で濃淡
表示したデジタルデータの略図である。

【図６】雑音除去処理の手順を示すフローチャートであ
る。

【図７】輪郭強調処理の手順を示すフローチャートであ
る。

【図８】理想的な写真濃度と配管の位置関係を示す濃度
グラフである。

【図９】放射線源と配管の位置関係を示す断面図であ
る。

【図１０】原画像濃度グラフと本発明による画像処理後
の濃度グラフを示した比較図である。

【図１１】放射線源を利用して放射線透過写真を撮影す
る場合の概略構成を示す断面図である。

【図１２】図１１の撮影配置でのＬ方向の写真濃度と配
管の位置関係を示す濃度グラフである。

【図１３】図１１の撮影配置でのＬ方向の実際の写真濃
度と配管の位置関係を示す濃度グラフである。

【符号の説明】

１ 放射線源 ２ 配管 ３ フィルム ４ 放射線 １０ 放射線透過写真の画像処理装置 １１ フィルムデジタイザ １２ キーボード １３ コンピュータ １４ 外部メモリ １５ ディスプレイ １６ プリンタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透過写真フィルムの写真濃度を１２ビッ
   トの濃度分解能でデジタル化して読み込む画像入力処理
   手段及び画像データ化処理手段と、このデジタル化した
   画像データを階調変換により８ビット画像データに変換
   してコントラスト調整するコントラスト強調処理手段
   と、メディアンフィルターによって信号の雑音成分を除
   去する雑音除去処理手段と、エッジ化フィルターによっ
   て輪郭を強調する輪郭強調処理手段と、境界の２次式へ
   のあてはめにより境界を決定し実際の肉厚画像に変換す
   る境界決定処理手段と、この肉厚画像を出力表示する画
   像表示出力手段と、を備える放射線透過写真の画像処理
   装置。
2. 【請求項２】 透過写真フィルムの写真濃度を１２ビッ
   トの濃度分解能でデジタル化して読み込む第１の過程
   と、このデジタル化した画像データを階調変換により８
   ビット画像データに変換しコントラスト調整してコント
   ラスト強調する第２の過程と、メディアンフィルターに
   よって信号の雑音成分を除去する第３の過程と、エッジ
   化フィルターによって輪郭を強調する第４の過程と、境
   界の２次式へのあてはめにより境界を決定し実際の肉厚
   画像に変換する第５の過程と、この肉厚画像を出力表示
   する第６の過程と、を備える放射線透過写真の画像処理
   方法。