图像处理技术在腐蚀评估中的应用

刘洪群 张彦召 刘 忠

（苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004）

0 引言

腐蚀是金属和周围环境发生化学或电化学反应而被破坏的现象，给各个行业带来巨大的经济损失和社会危害[1]。常见腐蚀检查评估手段如超声测厚、相控阵、漏磁检测、导波等无损检测技术手段，以及相机、内窥镜、无人机等视频工具辅助的目视腐蚀检查手段。

当腐蚀检查人员开展目视腐蚀检查过程中，由于腐蚀缺陷种类多样、且呈现形式也较为复杂，腐蚀检查人员很难识别出具体的缺陷类型。不仅如此，肉眼观察也会因为视觉误差，导致细微的缺陷很难被发现出来，比如点蚀微孔、微点状鼓泡和丝状裂纹等。在缺陷测量时，采用传统的测量工器具，在现场环境下，也很难保证腐蚀检查要求下的测量精度。而且对于不规则的防腐层缺陷，比如生锈面积的测量、剥离面积和裂纹长度等，也没有很好的，行之有效的测量工具。随着图像采集技术和图像处理技术的发展，将会有效的解决上述腐蚀检查过程中遇到的腐蚀缺陷识别和测量问题。

1 图像处理技术在腐蚀研究中的应用

1.1 图像处理技术

图像处理技术是用计算机对数码相机等视频工具采集的图像进行处理优化达到所需结果的技术。图像处理的主要步骤有：对比度增强，滤波处理，阈值分割，形态学处理，特征提取与分类[2]。

（1）对比度增强

在图像抽取过程中，由于照明方式的缘故，原始图像中的待识别目标和整个表面背景之间的灰度差较小，灰度范围也较小，因而其对比度较低。使用适用较为广泛的对比度增强方法，即灰度归一化和直方图均衡化，对不同背景光强的照片进行对比度增强，从而加强后期图像的处理能力；

（2）滤波处理

在图像采集过程中将会不可避免的引入各种电子噪声。采用频率滤波，包括有傅里叶变换滤波，离散余弦变换滤波与小波变换滤波的方法。对图像进行滤波处理，这些算法可以减少噪声；

（3）阈值分割

得到滤波图像后，进行二值化阈值处理，采用使用全局/局部优化阈值分割，对于不同复杂的缺陷图片，自动确定最佳的阈值。从而恰当提取出缺陷信息；

（4）形态学处理

对缺陷进行细化操作。采用闭运算来连接临近物体，将二值图像中被阈值分割的区域连通起来，例如开裂缺陷由于在某处灰度值较低而被错误分割，导致一条开裂裂纹可能会被分离为多个线段。同时，图片中某些缺陷较大，例如开裂宽度较大。在后续边缘检测后，一条直线的两个边缘相距较大，直线提取算法会误将同一根线作为两根相互平行开裂裂纹；

（5）特征提取与分类

特征提取指的是使用计算机提取缺陷图像信息，决定每个图像的点是否属于一个图像特征。特征提取的结果是把图像上的点分为不同的子集，这些子集往往属于孤立的点、连续的曲线或者连续的区域。在缺陷图片处理后，通过图像处理的计算机中的特征提取算法，将被检测图像中的缺陷特征抽取出来，比如颜色特征、纹理特征、形状特征以及空间关系特征。然后采用选择支持向量机算法，对其进行分类，并且综合分析，区分出缺陷类型，比如起泡、生锈、开裂、剥漆、粉化和丝状腐蚀等；

（6）缺陷位置大小测量

提取到防腐层缺陷图像后，根据不同特征来表征缺陷的数量、密度、大小、深度等，并通过计算机防腐层缺陷图像处理软件对其各个参数进行测量。根据测量结果，自动评定缺陷等级，并生成缺陷评估报告。

1.2 国外应用现状

1981年，D Itzhak等用图像方法研究了AISI304不锈钢在10%FeCl3溶液中，50℃时浸泡20min产生的腐蚀图像，是最早将数字图像处理技术用于腐蚀研究领域[3]。

1.3 国内应用现状

早在2001年国内就有文献报道，将图像处理技术用于研究金属材料腐蚀形貌图像与实海挂片数据的相关性[4]，后续陆续有文献报道，采用图像处理技术用于铝合金腐蚀等级评定[5]、镀层腐蚀形貌特征提取[6]。

2 图像处理在涂层老化评估中的典型应用

涂层是一种有效的腐蚀控制手段，在设备、钢结构等上面广泛使用。GB/T 30789 《色漆和清漆 涂层老化的评价 缺陷的数量和大小以及外观均匀变化程度的标识》系列标准，针对涂层的老化评估，规定了起泡等级的评定、生锈等级的评定、开裂等级的评定等，传统的评估不但需要检测人员简单的拍照，同时还要测量缺陷尺寸，人工与标准比对，整个评估过程，不但效率低下，同时受到人为主观判断，甚至会影响到评估结果。

采用数字图像处理技术，利用灰度处理、滤波处理、阀值分割、形态学处理、特征提取等处理过程可以有效获得涂层起泡、涂层生锈、涂层开裂、涂层剥落缺陷特征，利用建立好计算机图像自动对比评级系统，可以自动对涂层老化程度进行评级，并形成评级报告，图1～图7为典型的涂层老化评估图像处理过程。

图1 涂层鼓泡缺陷图像自动评级对比

图2 涂层生锈缺图像处理

图3 涂层生锈缺陷图像自动评级对比

图4 涂层开裂缺陷图像处理

图5 涂层开裂缺陷图像自动评级对比

图6 涂层剥落缺陷处理

图7 涂层剥落缺陷图像自动评级对比

3 结语

先进的计算机图像处理技术是一种“软技术”、“辅助技术”。它能够将图像整理得更适合人们的视角，让信息以一种更加清晰的方式呈现在人们的面前。为此，基于此成熟的计算机图像处理技术，能够弥补如今现有技术能力的不足，提供防腐层缺陷智能识别与测量的方法，辅助降低腐蚀检查人员的局限性，提高检查结果的准确性和可靠性。