W przypadku monitorowania obiektów technicznych (lub periodycznego diagnozowania) oprogramowanie pozwala na automatyczną ocenę wyników (porównywanie z poprzednimi wynikami) oraz generowanie raportów o zwiększeniu lub braku zmiany rozmiaru uszkodzenia. W artykule przedstawiono przykład realizacji analizy danych obrazowych z badań nieniszczących zrealizowany w oparciu o opracowane oprogramowanie ASASD.

Podejście do realizacji badań

Oprogramowanie ma na celu przeprowadzenie analizy wyników pomiarów wykonanych przy użyciu metod umożliwiających wizualizację danych w postaci obrazów. Takie podejście umożliwia wyznaczenie rozmiaru uszkodzenia występującego w badanym elemencie i oszacowanie dokładności ww. pomiarów w zależności od zastosowanej metody badawczej i opracowanych algorytmów.

Procedury programu mają charakter uniwersalny i mogą być wykorzystane do analizy danych pomiarowych w postaci obrazów z różnych systemów pomiarowych i metod badawczych. Podstawą działania oprogramowania jest separacja obszarów do analizy na tzw. obszary badawcze (tzw. RoI – Region of Interest).
Rysunek 1 przedstawia schemat koncepcyjny (blokowy) opracowanego oprogramowania. Poszczególne etapy algorytmu mające na celu wyjaśnienie schematu działania oprogramowania zostały przedstawione poniżej.

Rysunek 1: schemat blokowy oprogramowania

Modułowa budowa oprogramowania przedstawia kolejne etapy związane z realizacją przetwarzania sygnałów za pomocą opracowanych algorytmów.

Etap I:

• określenie obszarów RoI w których występują uszkodzenia,
• przypisanie współrzędnych RoI do obranego układu współrzędnych.

Etap II:

• transfer współrzędnych RoI do odpowiednich tabeli z współrzędnymi do analizy,
• tworzenie struktur pomocniczych do obliczeń.

Etap III:

• transformacja obrazu z diagnostyki obrazowej do postaci tablicy dwuwymiarowej,
• wykonanie działań na tablicy związanych z separacją RoI,
• przygotowanie struktur obliczeniowych.

Etap IV:

• wykonanie działań w celu określenia: (rozmiaru uszkodzenia, cech charakterystycznych uszkodzenia itp.),
• wykonanie filtracji (stosowanie algorytmów wykorzystujących np. progi sygnałowe),
• operacje specjalne (transformacje, przetwarzanie niestandardowe np. w dziedzinie częstotliwości).

Etap V:

• analizy sygnału w celu określenia rozmiaru uszkodzenia,
• określenie głębokości położenia uszkodzenia,
• charakteryzowanie uszkodzenia.

Etap VI:

• procedury graficzne umożliwiające wykreślenie uszkodzenia,
• charakteryzowanie z wykorzystaniem zobrazowania 2D i 3D.

Przykład analizy danych z badania

Realizacja analizy danych zarejestrowanych podczas badania odbywa się w przedstawionych powyżej etapach (krokach) z wykorzystaniem funkcji kreatorów wspomagających analizę wyników.

Rysunek 2: widok okna aplikacji

Praca z aplikacją opiera się o wykorzystanie okna aplikacji przedstawionego na rysunku 2. Aplikacja zawiera skróty pozwalające na szybkie przeprowadzenie analizy za pomocą klawiszy umieszczonych w pasku górnym lub za pomocą asystenta prowadzącego badanie krok po kroku. W celu przedstawienia kolejnych kroków działania aplikacji dla przeprowadzenia analizy uszkodzeń przedstawiono przykładowe podejście do oceny wyników zarejestrowanych podczas badania:

• Utworzenie nowego badania (krok 1):

Funkcjonalność w postaci asystenta umożliwia utworzenie nowego badania (alternatywnie z menu „Plik”, można wybrać „Nowe badanie”). Polecenie to umożliwia wprowadzenie danych do programu.

Rysunek 3: krok 1 – tworzenie nowego badania

W związku z faktem, iż funkcjonalność oprogramowania jest ściśle określona i odpowiada za operacje związane z przetwarzaniem obrazów z pomiarów diagnostyki obrazowej, możliwe było wydzielenie wyspecyfikowanego modelu danych. Takie podejście umożliwia wydzielenie danych opisujących proces badania oraz wykonywania analizy.
Zastosowany model danych przechowuje następujące informacje (wprowadzone na potrzeby testów):
• nazwa badania,
• metoda badania,
• imię i nazwisko inspektora,
• data realizacji badania,
• nazwa elementu,
• imię i nazwisko osoby oceniającej,
• data wykonania oceny,
• parametry badania (rozdzielczość rejestracji obrazu dla położenia X i Y):

     – X – Res [np. mm]:
     – Y – Res [np. mm]:

• podstawowe jednostki i miary: np. cm².

Opracowany model archiwizacji danych przechowuje informacje o komponentach, które wykorzystują dane w nim zawarte i informuje je o wszelkich zmianach. Jest to istotne z punktu widzenia zachowania hierarchii i chronologii zdarzeń.

Rysunek 4: schemat przykładowych wprowadzonych parametrów badania

W dalszej kolejności oprogramowanie pozwala na otworzenie nowego wątku badawczego (nowe badanie) lub wczytanie do przeglądu lub analizy już istniejącego badania.

Rysunek 5: import danych do analizy

Obraz wczytany do pamięci podręcznej programu może zostać dalej przetwarzany lub dodany do porównania z innym wcześniej zrealizowanym badaniem (rys. 6).

Rysunek 6: porównanie danych

Opracowany w oprogramowaniu moduł analizy danych umożliwia klasyfikację i określenie rejonów do badania. Obszary mogą zostać skopiowane lub wprowadzone indywidualnie dla każdego z uszkodzeń. Funkcjonalność w postaci asystenta umożliwia oznaczenie obszarów do badania (alternatywnie z menu „Badanie”, można wybrać „Zaznacz obszary do analizy”).

Rysunek 7: analiza obszarów ROI

Moduł ten pozwala na wykonanie następujących operacji:
• wyznaczenie współrzędnych i transformacja do odpowiednich tabel pomocniczych,
• tworzenie struktur pomocniczych do obliczeń,
• transformację obrazu z diagnostyki obrazowej do postaci numerycznej,
• wykonanie działań numerycznych związanych z przygotowaniem obszarów klasyfikacji,
• przygotowanie struktur obliczeniowych,
• wykonanie algorytmów specjalnych,
• wykonanie działań w celu określenia np. rozmiaru uszkodzenia, monitorowania jego wzrostu itp.,
• wykonanie filtracji (stosowanie algorytmów wykorzystujących np. progi sygnałowe oraz statystyki sygnałowe),
• analizy sygnału w celu określenia rozmiaru uszkodzenia,
• charakteryzowanie uszkodzenia (opis uszkodzenia przez operatora w postaci rodzaju
uszkodzenia – korozja zmiana grubości etc.).

Rysunek 8: przykładowe obszary ROI do analizy obrazu

Rysunek 8 przedstawia sposób wyznaczania obszarów do analizy dla opracowanego oprogramowania. Przykład przedstawia badanie otworów płaskodennych o różnej średnicy i głębokości zalegania w celu modelowania występowania uszkodzeń korozyjnych (korozja ubytkowa). Badanie prowadzono z wykorzystaniem metody ultradźwiękowej.

Rysunek 9: wyznaczenie współczynnika sygnał-szum dla filtracji obszarów

W kolejnym kroku dla wyznaczonych obszarów które poddane będą szczegółowej analizie określona jest metoda filtracji rozmiaru uszkodzenia z wykorzystaniem wskaźników sygnałowych (tzw. sygnał szum SNR). Algorytm pozwala na wyznaczenie wartości sygnałów umożliwiających wykorzystanie algorytmu filtracji obszaru spełniającego wymagania sygnałowe dla wykrywania uszkodzenia.

Rysunek 10: przykład realizacji procedur graficznych

Po wykonaniu filtracji z wykorzystaniem wskaźników SNR wyznaczane są rozmiary uszkodzenia i możliwe jest również graficzne wykreślanie całości badanego elementu, jak i poszczególnych uszkodzeń (wskazań sygnałowych) w celu charakteryzowania uszkodzenia.

Po wykonaniu badania możliwe jest automatyczne opracowanie raportu z badania. Funkcjonalność w postaci asystenta umożliwia wykonanie raportu z poziomu asystenta lub alternatywnie z menu „Badanie” można wybrać „Wyświetl raport z badania”.

Moduł raportowania i archiwizacji pozwala na wykonanie następujących operacji:

• generowanie raportów badań i raportów porównawczych,
• graficznej prezentacji uszkodzeń na raportach,
• zapis cech charakterystycznych uszkodzenia do pliku.

Moduł ten umożliwia ponadto zapis cech charakterystycznych uszkodzeń które będę mogły być wykorzystane w trakcie monitorowania obiektu. Moduł raportowania i archiwizacji pozwala na graficzne i automatyczne przedstawienie wyników z badania.

W raporcie powinny znaleźć się następujące dane:

• metoda badania,
• imię i nazwisko inspektora,
• data realizacji badania,
• nazwa elementu,
• imię i nazwisko osoby oceniającej,
• data wykonania oceny,
• parametry zdefiniowane w punkcie 1, są to zmienne:

     – X – Res w jednostkach [mm],
     – Y – Res w jednostkach [mm],
     – wskaźnik SNR,

• skan badania z naniesionymi kwadratami (prostokątami z opisem uszkodzenia),
• wyniki poszczególnych analiz (poszczególne przefiltrowane ROI z uzupełnionymi pod spodem parametrami uszkodzenia):
  – rozmiar uszkodzenia,
  – głębokość położenia,
  – opis.

Użytkownik ma możliwość wyświetlenia rezultatów badania w postaci raportu, który będzie można wydrukować. W opracowanym oprogramowaniu dostępne są dwa rodzaje raportów – indywidualny dla pojedynczego badania oraz raport porównawczy wyświetlający dane w sposób pozwalający na łatwe wychwycenie różnic między badaniami.

Rysunek 11: przykładowy raport z badania

Raport z badania generowany jest automatycznie. Zawiera on wszystkie niezbędne dane wprowadzone na etapie wejściowym badania, jak również zapisuje dane z wykonanych analiz. W przykładowym raporcie pokazanym na rysunku 11 przedstawiono wizualizację ROI uszkodzeń w oknie głównym wraz z szczegółową prezentacją uszkodzeń odseparowanych z wyznaczonym ich rozmiarem, co umożliwia ich szczegółową analizę.
Generowany raport pozwala na archiwizowanie uzyskanych wyników, jak również na raportowanie zmian, które zostały wychwycone np. w przypadku wykonywania badań monitorujących zmianę uszkodzenia w czasie.

Podsumowanie

Dobrze zaprojektowana aplikacja powinna, po pierwsze, spełniać założenia biznesowe i przewidywać możliwość ich ewoluowania. Po drugie, powinna być przyjazna w odbiorze, prezentować czytelny oraz prosty w obsłudze interfejs, tak aby osoba, która nie brała udziału w procesie tworzenia oprogramowania, nie miała problemów z jej obsługą.

W ramach niniejszego artykułu przedstawiono opis realizacji analiz danych obrazowych z badań nieniszczących. Oprogramowanie pozwala na automatyczną analizę danych obrazowych, jak również analizę i raportowanie zmian w rozkładzie uszkodzeń oraz zmianie ich rozmiaru. Oprogramowanie jest stosowane w działalności zakładu polegającej na wykonywaniu znacznej liczby zautomatyzowanych badań nieniszczących, co implikuje konieczność wykonywania dużej liczby analiz danych obrazowych. Opracowanie wspomaga i przyspiesza wykonywanie analiz oraz raportowanie wykonywania badań, co przyspiesza realizację usług i zmniejsza możliwość popełnienia błędów. Oprogramowanie opracowano w ramach projektu pt. „Autorski system analizy sygnałów diagnostyki obrazowej do badań nieniszczących konstrukcji ASASD” współfinansowanego przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, lata 2007-2013.

Literatura:

1. Lewińska-Romicka. A., Badania nieniszczące. Podstawy defektoskopii. Rozdział 8. WNT. Warszawa 2001 r.;
2. Śliwiński A, Ultradźwięki i ich zastosowania, WNT, Warszawa 2001 r;
3. Referat pt. „Autorski System Analizy Sygnałów Diagnostyki Obrazowej (ASASD) – Krajowa Konferencja Badań Nieniszczących, Wisła 20-22 października 2015 r.

ZPUH WIERTMET Sp. z o. o.
ul. Kolonia 21/7
38-306 Libusza
www.wiertmet.pl
[email zakodowany]
tel. +48 13 447 5615
faks. +48 13 448 6863