亮度和对比度如何影响无损检测

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在本文中,我们将研究视觉和邻近对象如何对缺陷检出率产生影响。

 

无损检测依靠颜色或荧光材料来显示不连续,大多数时候都是靠人眼来识别。换句话说:需要检验者来成功地识别缺陷指示。

有许多因素可以影响检查者识别指示的能力,常见的、有明确标准规定的影响因素有:环境光或紫外光的强度、检测者的视力、检测者在执行检查时的暗适应等。

然而,在建立或执行磁粉检测或渗透检测程序时,经常没有考虑到影响检查人员识别缺陷指示能力的其他因素。

 

亮度和颜色如何影响到你的视觉

当你看这张图片时,你看到了什么?

Green Spirals 1

Copyright Akiyoshi Kitaoka 2002 (c)Akiyoshi Kitaoka "Trick eyes" Tokyo: KANZEN 2002

我看到了一条明亮的黄绿色和一条青色的螺旋线中被插入了黄色和蓝色的线条。很显然,图中的绿色有两种不同的色调。

但是,我错了……这里的绿色只有一种色调。实际上这条明亮的黄绿色和青色螺旋线是同一个颜色。

你不相信?你可以测量每个螺旋的像素颜色值,或者使用色度计来测量颜色,结果都将显示上图中明亮的黄绿色和青色是相同的亮绿色。
 

为了证明这点,我们首先将第一张图中的蓝背景替换为黑色:

Green Spirals 2

这两个绿色的螺旋并没有什么不同。但我仍然看到两种不同色调的绿色,在这幅图中,青绿色的螺旋看起来更绿。

 

接下来,我们移开黄色的背景:

Green Spirals 3

现在,你可以很明显的看到这个这个螺旋线是同一个颜色。

你觉得我改变了颜色吗?

 

如果我们将原始图像(黄色和蓝色背景)与最终修改后的图像(黑色背景)并置,你可以沿着一个单一的螺旋线连续观察,查看绿色阴影是否保持不变。

Green Spirals 4

 

这个演示不仅仅是一个看起来令人印象深刻的戏法—实际上它揭示了在荧光NDT检测时我们的视觉是有多主观。

那么这种错觉是如何产生的呢?

根据Backus实验室和纽约州立大学光学实验室的Ben Backus的观点,“之所以出现这种错觉,是因为视觉系统测量颜色的空间尺度比实际尺度更“粗”。因此,一个小物体的表面颜色可能会被邻近物体的颜色所污染,这在这个错觉中得到了很好的证明。当绿色被夹在黄色中间时,它看起来比被夹在蓝色中间时要黄得多。”

换句话说,我们识别一个物体的颜色通常会受到邻近物体的颜色和亮度的影响,而当我们观察小物体或细节特征时,这种效应会被放大,比如缺陷指示或不连续。

 

 

人眼和其他检测设备一样,在NDT检测中依靠对比度来检测指示,因此指示和被检面之间具有充足的对比度至关重要。否则检验员将很难看到指示,尤其是指示非常细微时。

指示与背景的对比度越高,检查人员越容易看到。

在磁粉和渗透测试时,有两种类型的对比度需要考虑:亮度对比度和颜色对比度。

 

亮度对比度

亮度是指一个表面反射的光的量。

一个高亮度的物体会反射大部分射到它表面的光,使这个物体看起来 “亮”。

一个低亮度的物体会吸收大部分射到它表面的光,所以这个物体看起来 “暗”。

亮度对比度是两个相邻表面的亮度差。在NDT检测中,指示是高亮度还是低亮度并不是最重要的,更重要的是指示和背景的亮度对比度要大。
 

可见光检测时的亮度对比度

着色渗透剂和非荧光磁粉的指示通常是低亮度的(例如:红色渗透剂或黑色磁粉),而背景是高亮度的 (如白色的显像剂或反差增强剂)。

大多数可见光检测的亮度对比度为9:1,只要显示量大到可以分辨,人眼就可以检测到。
 

荧光检测时的亮度对比度

荧光无损探伤检查时,指示特别的明亮,因为:荧光材料吸收了人眼看不见的高能紫外光,发生电子跃迁,电子返回低能级轨道时释放出光子,发出可见光;由于紫外光比可见光含有更多的能量,当荧光染料将可见光反射回我们的眼睛时,它们会反射更多的可见光,从而产生我们看到的“发光”。

Ambient Light vs UV Black Light


此外,在没有任何环境可见光的情况下(例如在暗室中)比在有可见光存在的情况下,我们的眼睛能接收到更多的从荧光染料发出的光。亮度是指一个表面反射的光的量。

该“发光”高亮度荧光指示与低亮度背景在黑暗环境下反差强烈,能产生200:1甚至更高的亮度对比度,明显高于可见光检测时的比例。

 

颜色对比度

颜色对比度是两种亮度相同的颜色在颜色(波长)和饱和度(数量)上的差异。

本文一开始就向大家展示了一个戏剧性的视觉误差,颜色对比在NDT检测中所起的作用比亮度小,但它仍然是一个重要的因素,在磁粉检测和渗透检测时,我们也应该选择合适的检测材料和照明条件。就像亮度一样,在无损检测中,颜色最重要的因素是显示的颜色与背景的颜色有多大的对比。

在着色和荧光渗透剂检查中,显像剂通常用于提高颜色对比度,因为显像剂产生的明亮的白色背景反射回来的光明显多于渗透剂,从而增加了指示对比度。在非荧光磁粉检测中使用的反差增强剂也是此道理。

 

亮度和对比度如何影响无损检测

 

在本文开头的颜色错觉中,你看到了周围的颜色和亮度是如何改变我们所看到的事物的。在上面你可以看到,当背景比荧光指示暗得多的时候,指示将更加醒目。

同样的原则也适用于检查人员评估零件缺陷指示:指示周围的背景是否干净,将影响检查人员判别缺陷的能力。如上图所示,明显有过量的荧光背景,检测区域的可见光过多,影响观察缺陷指示。

有很多种方法可以用来提高信噪比S/N,以确保检测的可靠性。

 

小贴士-运用这些知识

1. 选用合适的渗透剂/磁粉

使用超细颗粒度的磁粉或最高灵敏度的渗透剂似乎是不错的选择,但这有时候也会造成大量的荧光背景残留或者发现大量非相关显示,反而降低了整个检查的质量。所以还是应该根据不同的应用来选择。

请谨慎的选择一款符合你特定的检测要求的材料,以最大限度地提高你找到所有相关显示的可能性。

渗透检测时,重要的是渗透剂的荧光在整个流程后能而显现出来,观察评价缺陷时仍然是清晰和明亮的。一些渗透剂在高温下(烘箱中)和强紫外线下(高强度紫外线的观察工位)会分解,所以确保您有一个稳定的渗透剂很重要,可以维持荧光的稳定。如果您的检测工艺中要求更长的干燥时间,或者在检测和最终观察之间有一个时间延迟,这一点尤其重要。

磁粉检测时,选择一款耐用性好、不易剥离的的磁粉。耐用性不好的磁粉,在使用一段时间后,荧光层容易与铁芯剥离,导致缺陷指示荧光亮度变低。剥离下来的不导磁的荧光层可能会团聚在一起,不被吸附到缺陷处形成磁痕,而是在背景上形成斑点,造成背景浮渣,掩盖缺陷指示。 
 

2. 始终使用显像剂和反差增强剂

显像剂和反差增强剂是为了提高渗透剂检测和非荧光磁粉检测的对比度而设计。薄薄的在工件表面施加一层显像剂或反差增强剂,覆盖掉工件的本色,在工件上形成一层白色的、均匀的、不透明的涂层。

目的是尽可能使用最薄的显影剂或反差增强剂涂层,依然能在工件上形成完全不透明的涂层。
 

3. 确保您的载液,清洗剂等是符合NDT规范的

确保唯一有荧光的材料是渗透剂或磁粉。

非NDT专用的油基载液经常在紫外光下发出荧光,这在任何工件表面都会产生荧光背景并干扰检测。对于其他任何施加在工件表面的添加剂或清洗剂也是如此。

不要使用不符合NDT规范的载液、清洗剂或添加剂,以免破坏整个检测效果。

 

无损检测是一个有着诸多控制和标准要求的行业。这是有充分理由的!当安全受到威胁时,重要的是每个与NDT相关的人都要尽自己的一份力,确保每一次检查都是准确的。

下次,当建立一个磁粉检测或渗透检测规范时,考虑一下背景、亮度和颜色,问问自己,您或您的检查人员是否找到所有您需要的材料。

 

 

感谢

您可查看第一节中关于错觉的原始文章 The Green You See Is Not The Green You See,,以获得关于这个实验及其潜在原因的更多信息。感谢Tania Lombrozo允许我使用本文的节选。

感谢Akiyoshi Kitaoka 允许我们使用他的 “Green Spirals”图片。

最后,我使用了新的 ASNT无损检测手册的液体渗透检测 作为本文的参考,并强烈推荐它。

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