一种用于船舶管路内壁海生物孳生附着物检测定位的系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种检测系统，尤其涉及一种用于船舶管路内壁检测的系统。


背景技术：

2.在船舶海水冷却系统运行时，往往有大量海生物的卵和幼虫，能够通过安装于船舶海底门，顺着海水流动进入船舶设备各种口径的海水管路中，孳生附着于海水管路内壁，造成管路堵塞。
3.在现有技术中，为了清除海水管内壁的水生物，不得不采用拆卸管路和清洗的方式清除海生物。但由于机舱管路内部孳生海生物无法直接观察，盲目的拆卸清洗管道将造成严重的人力物力浪费和工期拖延，因此对船舶海水系统的正常工作造成了极大的困扰。
4.基于此，期望获得一种用于船舶管路内壁海生物孳生附着物检测定位的系统，其可以在不拆除管路的情况下获取管路内壁海生物孳生情况，为船舶管路内壁维护提供依据，从而减少和防止海水管路堵塞。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的之一在于提供一种用于船舶管路内壁海生物孳生附着物检测定位的系统，该系统可以有效定位海生物孳生附着的位置，为船舶管路内壁维护提供依据，从而减少并防止海水管路堵塞。
6.为了达到上述实用新型的目的，本实用新型提出了一种用于船舶管路内壁海生物孳生附着物检测定位的系统，其包括：x射线发生器、数字平板成像装置和图像处理装置；其中
7.所述x射线发生器发射能够穿透船舶管路的x射线脉冲，并在数字平板成像装置上形成感光像素点；
8.所述数字平板成像装置感应所述x射线发生器发射的x射线的感应电荷，并读取每个感光像素点的感应电荷大小，然后将感应电荷大小的阵列发送至所述的图像处理装置；
9.所述图像处理装置基于接收自数字平板成像装置的信息，提取出海生物孳生附着物的位置信息和面积大小信息。
10.在本实用新型所述的技术方案中，x射线发生器能够以纳秒级脉冲方式发出数个至数十个射线脉冲，以很小的平均能量穿透船舶管路，并在数字平板成像装置上形成感光像素点；数字平板成像装置可以通过感应x射线发生器发射的x射线的感应电荷，并通过内置的串行总线读取每个像素的感应电荷大小，并通过网络通讯将感应电荷大小的阵列发送至图像处理装置；而后，图像处理装置可以基于接收自数字平板成像装置的信息，提取出海生物孳生附着物的位置信息和面积大小信息。
11.需要说明的是，图像处理装置可以包括：图像存储数据单元、图像采集单元、图像预处理单元、特征提取单元和识别单元；其中所述图像采集单元采集接收自数字平板成像装置的信息；所述图像预处理单元进行噪声滤波和图像增强处理，所述特征提取单元提取
海生物孳生附着物的特征，所述识别单元识别海生物孳生附着物的位置信息和面积大小信息。
12.在本实用新型所述的图像处理装置中，图像存储数据单元可以存储船舶管路状态图像，为系统进一步优化和完善提供依据，为船舶海水管路的清理提供了可靠依据，从而大幅降低船舶管路的维护成本，提高船舶系统的安全性。
13.进一步地，在本实用新型所述的系统中，所述图像处理装置具有显示x射线图像的显示屏。
14.进一步地，在本实用新型所述的系统中，所述x射线发生器包括脉冲式冷阴极射线机。
15.进一步地，在本实用新型所述的系统中，所述数字平板成像装置包括非晶硅型射线探测器。
16.进一步地，在本实用新型所述的系统中，所述图像处理装置包括工控机。
17.进一步地，在本实用新型所述的系统中，还包括调整支架组件，所述x射线发生器被固定设置在所述调整支架组件上。
18.在本实用新型的上述技术方案中，调整支架组件可以作为本实用新型所述系统中的辅助机械装置，辅助固定x射线发生器。通过调节调整支架组件，可以调整x射线发生器的位置，保证x射线发生器保持最佳焦距。
19.进一步地，在本实用新型所述的系统中，所述调整支架组件包括手动调节机构和/或电动调节结构，所述手动调节机构和/或电动调节结构被设置为调整x射线发生器的高度和/或角度。
20.需要说明的是，在某些实施方式中，上述电动调整机构可以包括垂直角度调整机构、水平角度调整机构、水平距离调整机构和垂直距离调整机构。
21.进一步地，在本实用新型所述的系统中，还包括控制器，所述控制器包括无线接收装置和便携式遥控器，所述无线接收装置包括控制单元和无线通讯单元，其中无线通讯单元与所述x射线发生器无线连接，所述控制单元接收便携式遥控器的开启或关闭信号以控制x射线发生器开启或关闭。
22.进一步地，在本实用新型所述的系统中，所述无线通讯单元还与数字平板成像装置和图像处理装置无线连接，所述数字平板成像装置通过无线通讯单元将感应电荷大小的阵列发送至所述的图像处理装置。
23.进一步地，在本实用新型所述的系统中，还包括剂量探测器，其检测现场辐射强度。
24.该剂量探测器可以通过检测现场辐射强度，提醒操作人员在安全距离的位置进行作业。
25.本实用新型所述的用于船舶管路内壁海生物孳生附着物检测定位的系统相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果：
26.(1)本实用新型所述的系统能够在不拆除管路的情况下获取海水管路内壁海生物孳生附着信息，并为海水管路的清理提供可靠依据，其实现成本低，且覆盖范围广，具有良好的推广前景。
27.(2)本实用新型所述的系统采用了射线成像技术，射线成像技术穿透性强，可直接
穿透管路的外部包覆材料和涂覆层进行检查，对外部包覆层和涂覆层厚度无限制要求，输出结果为管路的快速实时透视图像，直观性强，而且装置小型便携化，能够适应船舶舱室狭窄空间的现场检测应用。
28.(3)本实用新型所述的系统可以存储船舶管路状态图像，为系统进一步优化和完善提供依据，为船舶管路的清理提供了可靠依据，从而大幅降低船舶管路的维护成本，提高船舶系统的安全性。
附图说明
29.图1为本实用新型所述的用于船舶管路内壁海生物孳生附着物检测定位的系统在一种实施方式下的系统框图。
30.图2为本实用新型所述的用于船舶管路内壁海生物孳生附着物检测定位的系统在一种实施方式下控制器的控制流程框图。
31.图3为本实用新型所述的用于船舶管路内壁海生物孳生附着物检测定位的系统在一种实施方式下图像处理装置的图像处理流程框图。
具体实施方式
32.下面将结合说明书附图和具体实施例来对本实用新型所述的用于船舶管路内壁海生物孳生附着物检测定位的系统做出进一步的详细说明，但是该说明并不构成对于本实用新型技术方案的不当限定。
33.图1为本实用新型所述的用于船舶管路内壁海生物孳生附着物检测定位的系统在一种实施方式下的系统框图。
34.如图1所示，在本实施方式中，本实用新型所述的系统可以包括：x射线发生器、数字平板成像装置、图像处理装置、调整支架组件、剂量探测器和控制器。其中，x射线发生器可以包括脉冲式冷阴极射线机，数字平板成像装置可以包括非晶硅型射线探测器，图像处理装置可以包括工控机。
35.需要说明的是，在本实用新型所述的系统中，x射线发生器被固定设置在所述调整支架组件上，调整支架组件可以起到调整x射线发生器的作用，其可以包括手动调节机构和/或电动调节结构，通过调节调整支架组件的手动调节机构和/或电动调节结构，可以有效调整x射线发生器的高度和/或角度。
36.在采用本实用新型所述的系统对船舶管路内壁海生物孳生附着物检测定位时，固定设置在调整支架组件上的x射线发生器放置在数字平板成像装置正前方，被测船舶管路处于x射线发生器和数字平板成像装置之间，使x射线发生器、被测船舶管路和数字平板成像装置在一条直线上。其中，数字平板成像装置可以紧靠待检测测管道，而x射线发生器与被测船舶管路需要保持适当距离，例如450mm～650mm，以保证在x射线发生器焦距内。
37.在本实施方式中，x射线发生器与控制器之间可以采用线缆连接，数字平板成像装置与图像处理装置也可以采用线缆连接，以保证数字平板成像装置的指示灯正常，图像处理装置通讯连接正常。
38.在检测时，根据被测船舶管路的规格，操作人员可以提前设定脉冲数值。如图1所示，通过控制器操作人员可以实现远程开启x射线发生器，x射线发生器经延迟缓冲一段时
间后，达到所设脉冲数值时，能够自动发射x射线脉冲。x射线发生器发射的x射线脉冲穿过被测船舶管路后，可以在数字平板成像装置上形成感光像素点，感光像素点与照射在数字平板成像装置上的射线强度与被测船舶管路厚度负相关，因此，x射线脉冲在穿过被测船舶管路后在数字平板成像装置上呈现感光像素点。
39.数字平板成像装置可以通过感应x射线发生器发射的x射线的感应电荷，并读取每个感光像素点的感应电荷大小，然后将感应电荷大小的阵列发送至图像处理装置。图像处理装置基于接收自数字平板成像装置的信息，进行图像采集，可以在图像处理装置的显示屏中显示采集到被测船舶管路的x射线图像，而后保存图像以文件格式存储，即可完成被测船舶管路的x射线采集。图像处理装置通过对采集的图像进行图像预处理、特征提取、故障分析识别，即可提取出海生物孳生附着物的位置信息和面积大小信息，生成被测船舶管路内壁海生物孳生附着物的检测定位报告。
40.需要说明的是，在本实用新型所述的用于船舶管路内壁海生物孳生附着物检测定位的系统中，图像处理装置可以包括：图像存储数据单元、图像采集单元、图像预处理单元、特征提取单元和识别单元。
41.其中，图像采集单元可以采集接收自数字平板成像装置的信息；图像预处理单元可以进行噪声滤波和图像增强处理；特征提取单元可以提取海生物孳生附着物的特征；识别单元可以有效识别海生物孳生附着物的位置信息和面积大小信息；图像存储数据单元可以存储船舶管路状态图像，为系统进一步优化和完善提供依据，为船舶海水管路的清理提供了可靠依据，从而大幅降低船舶管路的维护成本，提高船舶系统的安全性。
42.由此可见，对于本实用新型所述的系统来说，其具有x射线发生器、数字平板成像装置和图像处理装置即可以实现本实用新型的目的。然而，为了使得本技术方案具有更优的实施效果，优选地，本技术方案还可以具有调整支架组件、剂量探测器和控制器。其中，调整支架组件可以用于协助操作人员调整x射线发生器的位置；剂量探测器可以通过检测现场辐射强度，提醒操作人员在安全距离的位置进行作业；控制器可以协助操作人员实现远程开启或关闭x射线发生器发射x射线脉冲。
43.图2为本实用新型所述的用于船舶管路内壁海生物孳生附着物检测定位的系统在一种实施方式下控制器的控制流程框图。
44.如图2所示，同时结合参考图1可以看出，在本实施方式中，系统中的控制器可以包括无线接收装置和便携式遥控器，用于控制x射线发生器启动。
45.需要说明的是，便携式遥控器可以采用开关自锁控制方式；无线接收装置可以包括电池单元、控制单元和无线通讯单元。其中，电池单元可以给无线通讯单元供电；无线通讯单元与x射线发生器无线连接；控制单元接收便携式遥控器的开启或关闭信号以控制x射线发生器开启或关闭。
46.此外，无线接收装置中的无线通讯单元还与数字平板成像装置和图像处理装置无线连接，数字平板成像装置通过无线通讯单元可以将感应电荷大小的阵列发送至图像处理装置。
47.图3为本实用新型所述的用于船舶管路内壁海生物孳生附着物检测定位的系统在一种实施方式下图像处理装置的图像处理流程框图。
48.如图3所示，在本实施方式中，图像处理装置的图像处理流程可以包括：噪声滤波、
图像增强、伪点去除、获取梯度图像、边缘检测、特征提取、故障分析识别和生成报告。其中，故障分析识别可以包括识别海生物孳生附着物的位置信息和面积大小信息。
49.需要说明的是，噪声滤波是指将图像清晰度调整至最合适的范围。在本实施方式中采用的方法是对采集的图像进行帧数叠加处理，采集过程中短时间内重复采集图像，进行帧叠加，运用图像积分法求累计和，从而到达降噪效果。
50.假设对采集的图像共h帧进行积分，则积分算法如下所示：
[0051][0052]
其中，i
i
表示第i帧的图像，对应其权重为k
i
，运算结果为i
a
。利用管路图像m帧叠加方法来改善图像，可以有效地提高图像信噪比。
[0053]
相应地，图像增强是为了突出原始图像中管道海生物孳生的信息，并将可能会对图像识别造成干扰的部分减弱，以改善图像的视觉效果，方便后续的进一步操作。在本实施方式中选用灰度变换作为图像增强的方法，将管路图像的灰度用图像直方图表示，对图像中的每一个像素点的灰度级进行膨胀运算，对图像中的每一个像素点的灰度级进行膨胀运算，定义输入的初始图像r(x，y)，而g(x，y)表示采用的结构元素，即初始图像的子图像函数。(x，y)为初始图像上的任意一个像素点。那么将r(x，y)图像关于g(x，y)的灰度膨胀可以下述公式(2)来计算：
[0054][0055]
该式表示用结构g膨胀r将结构元素g的原点移动到像素点(x，y)的位置，在图像(x
‑
k，y
‑
l)像素点处得到结构g在图像r的最大灰度值p，其中(k，l)表示结构g中的某一点。即表示目标图像中(r+g)的最大灰度值，输出增强图像的亮度均会提高，且增强细节程度会依据的取值以及形状来界定。
[0056]
进一步参阅图3，在本实施方式中，图像处理装置还需要进一步地进行边缘检测。边缘检测是通过检查目标区域当中是否存在灰度明显变化，来判断该目标区域当中是否存在图像边缘。
[0057]
在本实施方式中可以基于小波变换的多尺度算法来对x射线图像进行边缘检测，其基本原理是：在小波变换中，尺度选择过小则细节明显，尺度选择过大则容易遗失边缘，因此结合小尺度和大尺度取长补短，利用大尺度进行判断出最为真的边缘，用小尺度对其进行定位和补充。再利用阈值选取剔除模值较小的潜在点，得到有边缘信息的边缘点。而后，将模值相邻或方向角相近的边缘点连接起来，再通过链接线段的阈值选择剔除掉细小线段，即可获得图像边缘。
[0058]
相应地，图像处理装置中的特征提取单元提取海生物孳生附着物的特征是在边缘检测基础上对船舶管路内海生物孳生情况的获取和分割。在本实施方式中，可以采用最大类间方差法实现特征提取，目标和背景有较大对比度时，将目标区域和背景区域的差距最大分割出来，算法不受图像光照亮度和对比度变化的影响，具体实现为：在一幅图像中调节阈值f，依据图像的灰度值把图像分为两类，目标类t和背景类b，在目标类t中，区域内的平均灰度为m
t
，方差为σ
t
，像素数目为w
t
；在背景b中，区域内的平均灰度为m
b
，方差为σ
b
，像素数目为w
b
，则定义类方差和类间方差为σ
m
和σ
n
：
[0059]
σ
m
＝w
b
σ
t2
+w
t
σ
b2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0060]
σ
n
＝w
b
w
t
(m
b
‑
m
t
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0061]
λ＝σ
m
/σ
n
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0062]
由上述公式(5)可以，当调节阈值f到λ最大时，即可得到最优的分割阈值λ。根据分割阈值可以区分目标区域和背景区域，计算出目标区域的面积和所占百分比，从而根据占比情况判别船舶管路海生物的孳生情况，得到海生物孳生附着物的位置信息和面积大小信息，而后生成被测船舶管路内壁海生物孳生附着物的检测定位报告。
[0063]
需要说明的是，本实用新型的保护范围中现有技术部分并不局限于本技术文件所给出的实施例，所有不与本实用新型的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本实用新型的保护范围。
[0064]
另外，还需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案所记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
[0065]
需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本实用新型的具体实施例。显然本实用新型不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本实用新型公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本实用新型的保护范围。