管道环焊缝X射线数字图像的DICONDE格式存储

高静 任延光 王雪 皮亚东 薛岩

摘要：目前射线检测技术还是长输管道环焊缝的主要检测手段，射线数字成像检测技术具有数据实时保存，缺陷远程评判等优点，是射线检测技术的发展方向。DICONDE标准的推广应用，解决了数字射线不同厂家不同设备之间数据保存和数据复现软件不通用的问题。本文主要介绍了管道环焊缝射线数字成像的检测原理及流程，DICONDE格式的文件构成，并应用DCMTK开发包编程实现了数字射线采集图像的DICONDE格式存储，保存的图像信号完整，缺陷清晰可见。

关键词：管道环焊缝;射线数字成像;DICONDE;DCMTK

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）07-0090-05

长期以来，长输管道环焊缝X射线检测主要采用胶片成像，检测过程只需将胶片贴在管道焊缝上，方便快捷，但胶片成像时间久，在使用和存储过程中难免划伤或污染，无法进行电子文档储存等问题，为后续的数据查询和筛选带来不便。如果能像AUT或者PAUT设备一样，将采集的数据实时存储，用数据复现软件随时能打开查看，就会方便很多。随着半导体技术的发展，数字化X射线成像技术正好解决了这个问题。

中国长距离输油气管道建设正向数字化，信息化、智能化方向发展，管道环焊缝检测是管道施工过程的重要环节，超声检测在管道建设中还不能承担全部管道焊缝检测的数字化任务，X射线数字化实时成像技术可以很好的满足数字化管道的要求，在管道环焊缝检测领域发展潜力巨大。本文主要对X射线数字化实时成像的存储方式DICONDE（Digital Imaging and Communication in Nondestructive Evaluation）格式进行介绍，并利用DCMTK开发包编程实现了射线数字图像的DICONDE格式存储，使X射线的数字化实时成像不仅能像AUT和PAUT一样进行数字化存储和评判，还能解决不同厂商不同设备采集的数据不能用通用软件打开的问题。

1 射线数字成像系统简介

射线数字成像技术泛指用数字探测器或成像板代替胶片接收穿透工件后衰减的射线，并通过光学及电子电路方法以数字信号显示图像的技术。检测系统应由X射线机、探测器、计算机、系统软件与检测工装组成，如果是采用无线信号收发，还应配有无线信号收发装置。检测过程如图1所示，X射线透照过被检物体后，强度发生了改变，衰减后的射线光子被数字探测器接收转换为可见光或电子，通过电路读出并进行数字化处理和传输，计算机对数据进行分析和存储，形成最终的显示图像[7，10]。

标准4109和47013里面规定图像储存宜采用无损检测数字成像与通信标准（DICONDE）规定的格式，图像文件中描述字段的信息应至少包含被检工件信息、透照工艺参数、图像评定信息等，并应具有不可更改性[1-2]。

2  DICOM和Diconde介绍

为了解决在无损检测中数据保存和传输不通用的问题，2004年美国材料与试验协会（ASTM）在医学数字成像和通信标准（DICOM）基础上[3-4]，制定了应用于无损检测领域的DICONDE（E2339）标准[5]。DICONDE标准在数据存储和传输方面与DICOM格式相同，只是对无损检测领域相关的属性进行了增加和修改[3]。

2.1 DICOM文件分析

DICOM文件组成如图2所示。前言为文件起始处的128字节（一般都为0）;前缀由4个字节“DICM”字符串构成;数据集包含图像相关信息和数据元素值;数据元素包括：标识符（Tag）、数据类型（VR）、数据长度（VL）、数据域（Value Field）[3]。

2.2 数据元素介绍

2.2.1 标识符Tag

标识符在DCM文件中是唯一的，占用4个字节，分别是组号和元素号，数据字典根据标识符搜索数据。

2.2.2 数据类型VR

数据类型占2个字节，规定了数据元素的数据类型。

2.2.3 数据长度

当VR为显式时数据占用2个字节，当VR为隐式时占用4个字节。

2.2.4 数据域

数据域存放数据元素的值，其字节数必须是偶数，不足需要补齐。

2.3 DICONDE标准介绍

DICONDE标准中主要修改了DICOM标准中关于病人模块的描述，并添加了无损检测特征、工件几何结构、验收三个模块。

3 Dcmtk介绍

DCMTK是由德国offis公司提供的开源项目，我们可以使用它提供的库函数轻松生成DICOM文件，并写入所需的数据元素。这个开发包基本实现了DICOM协议的所有内容，提供所有的源代碼、支持库和帮助文档[9]，本文所用开发环境为Microsoft Visual studio 2010，开发语言是C++。

配置dcmtk的步骤：（1）从dcmtk官网下载源代码及支持库文件，分别命名为dcmtk-3.6.0，dcmtk-3.6.0-win32-i386-support_MD，安装文件cmake-2.8.8-win32-x86.exe[6]。（2）将支持库中相应的lib文件，include文件，bin文件拷贝到VS2010安装目录的相应文件夹下。

4 软件实现

4.1 属性配置

（1）新建一个工程，配置附加包含目录和附加库目录;（2）配置附加依赖项，包括wsock32.lib，netapi32.lib，ofstd.lib，oflog.lib，dcmdata.lib，zlib.lib，dcmimgle.lib。

4.2 关键字解析

在dcdeftag.h文件里定义了一系列的关键字，与Diconde标准所涉及的数据元素相对应，具体想写入的元素可以根据标签在该文件里找对应的关键字，表1列出了一些常用的数据元素及在dcdeftag.h文件中对应的关键字，其中0002组主要描述设备通信协议，如存储介质和传输语法等，0008组描述类似检测的单位和人员信息、检测时间等参数，0018组描述探测板信息及曝光参数等，0028组描述图像的具体参数信息，如图像像素的位数，窗位窗宽等。

4.3 关键代码编写

添加如下头文件：

#include “dcmdata＼dctk.h”

#include “dcmimgle＼dcmimage.h”

DcmFileFormat fileformat;

DcmMetaInfo *metainfo = fileformat.getMetaInfo（）;

DcmDataset *dataset = fileformat.getDataset（）;

//写元信息

metainfo->putAndInsertString（DCM_MediaStorageSOPClassUID，UID_DigitalXRayImageStorageForPresentation）;

metainfo->putAndInsertString（DCM_TransferSyntaxUID，UID_DeflatedExplicitVRLittleEndianTransferSyntax）;

//写数据集

dataset->putAndInsertString（DCM_StudyTime，”101104”）;//保存时间

dataset->putAndInsertUint16（DCM_SamplesPerPixel，1）;//叠加帧数

dataset->putAndInsertString（DCM_PhotometricInterpretation，”MONOCHROME2”）;

dataset->putAndInsertUint16（DCM_Rows，image_height）;//行数

dataset->putAndInsertUint16（DCM_Columns，image_width）;//列数

dataset->putAndInsertUint16（DCM_BitsAllocated，12）;//像素位数

dataset->putAndInsertUint16（DCM_PixelRepresentation，0）;//数据类型

dataset->putAndInsertString（DCM_WindowCenter， “128”）;//窗位

dataset->putAndInsertString（DCM_WindowWidth， “256”）;//窗宽

//写数据

dataset->putAndInsertUint8Array（DCM_PixelData，Data， image_width*image_height）;

fileformat.saveFile（filename，EXS_LittleEndianImplicit，EET_UndefinedLength，EGL_withoutGL）。

4.4 管道环焊缝检测

数字射线检测与AUT检测相似，需要轨道，爬行器，电机驱动装置，无线收发装置，电脑，射线源。采集之前先确定要使用的電压、电流、帧频和曝光时间，然后对探测器进行校准，包括偏置校准，增益校准，坏像素校准[8]，校准完成就可以对管圈检测。本例采用中心透照方式，将射线源放在管圈的正中心，并且正对焊缝处，设备安装后如图3和图4所示。

4.5 结果分析

ISee！Professional软件专为工业无损检测设计，支持所有常用的NDT图像格式，包括ASTM E2339-11/E2699-11/E2738-11（DICONDE），支持所有主流平板探测器、CR-读取器和胶片数字转换器，拥有先进的图像处理算法和计算机辅助测量评估工具，是一款灵活、高效、可靠的数字射线图像分析软件。

图5是用ISee！Professional软件打开的一幅8位模拟数据图，图像宽64个像素，高250个像素，数据在0到255之间随机产生，图6是对应像素点的数据值。从信息编辑器里可以看到检测日期和检测时间等等信息，与程序写入一致。

图7是一幅813管径焊缝采集图，采用电压180KV，电流3.5mA，图像宽28000像素，高1020像素，数据12位，在标号17和18之间有个明显的缺陷，后面放置了一个单丝，从灰度值分析器里看到整幅图的数据值在1000到4095之间，调整灰度值的显示范围可以使缺陷看的更明显。从信息编辑器里看到软件版本，光度解析，窗位，窗宽关键字与程序设置一致。

5 结论

X射线数字成像系统已经开始崭露头角，由于技术及设备还不是很成熟，参数调试及人工操作稍微复杂，在管道环焊缝检测中并没有大规模应用，但这是未来的发展趋势，已经有厂家及设备在中俄东线开展实验，为后续推广做准备。本文利用DCMTK开发包将数字射线采集的数据存储为通用的DICONDE格式，这样将数据查看与采集设备独立开，无论是哪家公司的采集设备，只要存储图像是DICONDE格式，就可以用通用的数据分析软件打开查看，为远程评图提供很大的方便，也为智能评图打下基础。

参考文献

[1] 中国石油天然气集团公司.SY/T 4109-2013石油天然气钢质管道无损检测[S].北京：石油工业出版社，2013.

[2] 全国锅炉压力容器标准化技术委员会（SCA/TC262）.NB/T 47013-2015承压设备无损检测[S].北京：新华出版社，2015.

[3] 李硕.DICONDE格式工业射线图像获取及处理研究[D].太原：中北大学，2016.

[4] National Electrical Manufacturers Association. ASTM E2339. Digital Imaging and Communications in Medicine （DICOM）[Z].Virginia USA： National Electrical Manufacturers Association，2016.

[5] American Society for Testing and Materials.Digital Imaging and Communication in Nondestructive Evaluation （DICONDE）[Z].West Conshohocken USA：American Society for Testing and Materials，2015.

[6] 李志鹏.王明泉，张俊生.基于DCMTK的DICONDE文件构造生成[J].无损检测，2017，39（4）：49-54.

[7] 吕新昱，李维，周广言，等.油气管道环焊缝数字射线检测与胶片法射线检测技术对比分析[J].无损检测，2019，41（2）：48-51.

[8] 孙朝明，葛继强，孙凯华.数字射线面阵探测器校正的优化技术[J].核技术，2018，41（9）：27-34.

[9] 张娜.计算机辅助诊断医学图像标注与测量的设计[D].长沙：湖南大学，2013.

[10] 梁丽红.数字射线检测实用指导-射线检测系统的分类[J].无损检测，2012，34（4）：66-69.