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隨著煤炭、石油、天然氣等化石能源的日漸消耗以及中國碳達峰、碳中和“雙碳”目標的提出，零碳能源的建設在我國的能源發展中有著舉足輕重的意義，核電產業也因此迎來了前所未有的發展機遇。無損檢測技術在核電站的役前和在役檢查中的使用對保障核安全有著極為重要的意義。

在各種無損檢測方法中，目視檢測由于直觀、方便操作、實施條件要求低而被廣泛應用。國內標準將目視檢測認定為一種僅能檢測表面開口缺陷的無損檢測方法，并且主要用于宏觀缺陷的檢測。

目視檢測分為直接目視檢測和間接目視檢測，間接目視中的視頻檢測是將視頻技術與目視檢測規范相結合的一種檢測技術，其借助于光學照明技術、先進的攝影技術和輔助儀器設備，在不損壞、不改變被檢測對象理化狀態的情況下，對被檢測對象的表面結構、性質及狀態進行高可靠性和高直觀性的檢測，借以評判被檢對象的連續性、完整性、安全性及其他性能指標。

根據ASME(美國機械工程師)標準的描述，核電站視頻檢測技術可檢測的缺陷類型主要包括部件表面上的不連續性和瑕疵(裂紋、磨損、腐蝕和剝落等)、系統壓力試驗時承壓部件的泄漏跡象、部件及其支撐件的結構參數、緊固件的完整性等。目前，核電站蒸汽發生器二次側的清潔度檢查中普遍使用視頻檢測技術，操作人員只有安裝設備時才需要站在手孔前，持續時間不到10分鐘，大大降低了人員的受照劑量。

核電站視頻檢測實施過程主要遵守ASME、RCCM(壓水堆核島機械設計和建造規則)等核電標準執行，兩個標準對于視頻檢測均提出了相似的技術要求，均要求視頻檢測技術的分辨能力要與直接目視檢測的相當。

由于核電站視頻檢測技術可以適用于輻照劑量高、空間狹小、溫度高等復雜環境，可達性好，檢測速度快，易于采集部件的完整圖像進行離線分析，可實現對檢測信息的編輯、存儲，因此發展視頻檢測技術，用以替代直接目視檢測技術可以帶來更大的方便。

視頻檢測技術的影響因素有：照在被檢物體上光線的波長和光強;物體所處現場的背景顏色;物體的結構;觀察的角度;視頻檢測系統中機械裝置的結構和功能等。在視頻檢測中，想要獲得清晰、客觀、準確的圖像，首先要分析每一個影響圖像質量的因素。

光源的光譜

自然照明的太陽光和人工照明的白熾燈均輻射連續光譜，其光譜包含著各種色光。物體在太陽光和白熾燈的照射下能夠顯示出真實的顏色。但物體在非連續光譜的照射下，其顏色就會有不同程度的失真。例如：藍色檢測物以白光照射時呈藍色，而以黃光照射則呈黑色。

在目視檢測中，通過受檢表面顏色差異判斷出受檢表面的狀態是比較常用的一種判斷方法，所以在實際檢測中選用正確的光譜照明是非常重要的。

在核電站視頻檢測系統的設計與制造中，應較多采用顯色性良好、便于調節、方便使用的白熾燈，而不建議使用其他人工光源特別是輻射非連續光譜的氣體放電燈。

光源的色溫與白平衡

在實際檢測中，尤其是在蒸汽發生器水室內表面的檢測中發現，檢測系統所顯現的圖像偏紅，但是在直接肉眼對蒸汽發生器水室內表面進行觀察時發現水室內壁并非為偏紅，這說明視頻檢測系統在采集圖像時發生了偏差。

經過研究發現，視頻檢測系統中最關鍵的傳感器件——攝像機對圖像的感應除與光線的波長有關外，還與色溫有關。色溫與光譜成分之間既有區別又有一定的聯系。白熾燈的顯色指數為100，色溫為2800 K，在白熾燈照射下攝像機采集和還原出的圖像會偏紅，這是因為色溫較低，光譜中含的長波光較多。這種圖像較容易造成對銹蝕缺陷的漏檢。

針對色溫對攝像質量的影響進行對照試驗，得到不同光源參數下的檢測圖像效果如表1所示。白熾燈照射下銹蝕的圖像效果如圖1所示。

表1 不同光源參數下的檢測圖像效果

圖1 白熾燈照射下銹蝕的圖像效果

由圖1可見，圖像偏紅，基本不能分辨出較小的銹蝕顯示。

熒光燈的顯色指數為80~90，色溫為5000 K。使用熒光燈照明時采集的圖像偏藍，在視頻檢測中同樣需要避免。熒光照射下銹蝕的圖像效果如圖2所示。

圖2 熒光照射下銹蝕的圖像效果

由圖2可見，采集的圖像偏藍，基本不能分辨出較小的銹蝕顯示，并且物體真實顏色已完全丟失。

為了盡可能減少外來光線對目標顏色造成的影響，在不同的色溫條件下都能還原出被攝目標本來的色彩，攝像機應通過相關器件進行色彩校正，以達成正確的色彩平衡。攝像機的白平衡機構會試圖把偏白色調整成純白色。如果白平衡感應器檢測到畫面最亮的部分偏黃，其會加強藍色來減少畫面中的黃色色彩，以求得更為自然的顯示。

在白熾燈照射下，攝像機中的白平衡機構會平衡掉顯示中反射偏黃的光線，造成這些顯示在圖像中減弱甚至消失，其直接后果是造成缺陷漏檢。為了避免這種情況，在保留白熾燈能夠輻射連續光譜的優點下，可以使用熒光燈作為輔助光源來提高色溫以改善圖像質量。

在試驗參數不變的情況下，白熾燈與熒光燈混合照射銹蝕的圖像效果如圖3所示，可見整個圖形區域的色彩較為真實，可以分辨出較小的銹蝕顯示。

圖3 熒光燈與白熾燈混合照射時銹蝕的圖像效果

通過試驗可知以白熾燈為主要光源，熒光燈作輔助光源照射檢測物體表面可以得到更客觀、真實的圖像。

在核電站視頻檢測系統的設計、制造與檢測中，可以采用這種方式降低色溫對顯示的影響。

被檢物體表面的照度與檢測距離

各國的目視檢測標準中都規定了受檢表面的照度和檢測距離。對于具體的視頻檢測系統而言，受檢表面的照度和檢測距離要求與系統攝像機的性能有關。但對于一個具體的視頻檢測系統必須要規定一個有效的照度和檢測距離范圍，以便驗證所采集圖像的有效性。

CCD攝像機的工作原理

CCD(電荷耦合器件)攝像機由光學透鏡、CCD器件、處理電路等組成。CCD攝像機不僅可以對不同尺寸大小的顯示器進行亮度和色度的面測量，還可以根據測量結果對顯示器的顯示畫面進行分析，也可以對顯示器不同觀測視角下的圖像性能進行測試。光束通過光學透鏡照射在外加驅動時鐘脈沖電壓驅動下的CCD光敏面上，完成電荷注入、電荷轉移、電荷輸出，從而實現視覺信息的獲取、保留和傳輸。攝像機的核心CCD器件是由整齊緊密排列的若干個小的光敏元(通常稱為像素)組成的陣列。每個像素都是相對獨立的光電轉換單元。當有光圖像輸入時，每個像素位置上就有對應不同強弱光的電荷產生，再給CCD陣列加上按時間序列轉移的毓電壓驅動，光敏像素中生成的電荷就會以像素為單位高速連續輸出，并按照視頻要求的規則傳輸到視頻接收機上，從而顯示出連續活動的真實景物畫面。

由其原理可知入射到CCD器件的光束強度越大，產生的電荷就越多，形成的電信號電流越大，其直接結果是提高了攝像機的分辨能力，所以足夠的光強即受檢表面的照度決定了攝像機的分辨能力。不同攝像機的CCD器件對入射光強有不同的要求，在核電站視頻檢測中可以根據實際情況對所應用的攝像機進行分辨力驗證。

視頻檢測的觀察距離

根據美國、法國、中國關于目視檢測的規定，可以使用18%灰度卡上0.8 mm的黑線對視頻檢測設備的分辨力進行驗證。實際操作方法為把灰度卡放在接近于實際檢測環境的地方，在距離大于檢測設備與受檢表面的最大距離處進行驗證試驗。

假設在實際檢測中，灰度卡距檢測用攝像機的距離為1 m，灰度卡上的照度為800 lx，攝像機與灰度卡間的觀察夾角為30°，此時若檢測人員可以在監視器上分辨出灰度卡中0.8 mm的黑線，說明視頻檢測系統看到的圖像是有效的。根據朗伯余弦定律可推斷，受檢表面照度與觀察距離的平方成反比，與觀察角度成正比，所以可以確定觀察距離小于1 m，觀察角度大于30°的受檢表面上的照度都大于800 lx，從理論上講其圖像的分辨力都是有效的。

在實際檢測中，建議利用灰度卡在接近于實際檢測環境的地方，距離大于檢測設備與受檢表面的最大距離處進行驗證試驗。確定最低照度過程中，調節燈光的電壓不能低于驗證時的電壓，并保證觀察角度大于30°。

受檢表面光線的分布

光源為攝像機提供足夠的照度可以保證圖像的分辨力是有效的，但是當入射光線太強或分布不合理時，就會產生表面眩光并降低圖像質量，如圖4所示。

圖4 表面眩光對圖像顯示的影響

圖4a和圖4b都采用燈光垂直照射受檢表面，分辨力較高但其表面眩光很強，圖4b雖然安裝了散光片但不能有效去除表面眩光，圖4c采用側向照射并利用周圍反射面反射使受檢表面得到了較均勻的光線。

攝像頭的觀察角度

各國的目視檢測標準都規定了觀察角度應大于30°，在視頻檢測中該標準同樣適用。由于缺陷一般是立體的，為了使錄像機記錄缺陷的偏差降至最低，可在采集圖像時盡量使缺陷落在焦點面上，或選擇最佳的觀察角度來獲得立體感相對較強的圖像。前者可以通過調節攝像機的焦距完成。后者可以通過機械裝置完成，但是在實際檢測中受到機械設備和時間的限制，不可能對每一個檢測面進行多角度觀察，所以在檢測前確定好最佳角度和極限角度是必要的。

按照攝影理論，攝像機與物體大致呈45°拍攝時能夠得到最佳的立體效果，但是這在核電站視頻檢測中是不可行的，因為45°拍攝會丟失部分圖像。為獲得最佳的觀察角度，筆者進行了不同角度的拍攝試驗，試驗參數為：

① 攝像機型號為奧尼克斯DIGTAL COLOR CAMERA MCC-4168D/N;

② 光源為自然光和熒光燈相結合;

③ 表面照度為1563 lx;

④ 觀察距離為300 mm;

⑤ 觀察角度為30°～90°。

圖5～8為不同觀察角度下的焊縫圖像。