2022年X射线实时成像系统分辨率及其影响因素.docx

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1、射线实时成像系统辨论率及其影响因素摘要： 概述了 X 射线实时成像系统地基本配置和反映系统质量特性地调制传递函数以及提高X 射线实时成像系统辨论率地基本方法.关键词： 系统 辨论率质量特性调制传递函数The Resolution and Influencing Factor in X-Ray Real Time Image SystemZeng XiangzhaoNanhai Yuehai Steel Products Co.,Ltd Guangdong 528247）Abstract：This article introduced the basic configure and the mo

2、dulating transfer function which reflect the systemic quality speciality in x-ray real timeimage system, and introduced the basic technique for enhance the systemicresolution in X-Ray real time image systemKeywords ： System Resolution Quality speciality The modulating transfer function1 X 射线实时成像系统X

3、射线实时成像检测技术作为一种新兴地无损检测技术,已进入工业产品检测地实际应用领域. 与其他检测技术一样 ,X 射线实时成像检测技术需要一套设备 硬件与软件）作为支撑, 构成一个完整地检测系统, 简称射线实时成像系统.X 射线实时成像系统使用X 射线机或加速器等作为射线源,X 射线透过后被检测物体后衰减, 由射线接收 / 转换装置接收并转换成模拟信号或数字信号, 利用半导体传感技术、运算机图像处理技术和信息处理技术, 将检测图像直接显示在显示器屏幕上, 应用运算机程序进行评定, 然后将图像数据储存到储存介质上.X 射线实时成像系统可用金属焊缝、金属或非金属器件地无损检测 .2 X 射线实时成像系

4、统地基本配置及影响因素X 射线实时成像系统主要由X 射线机、 X 射线接收转换装置、数字图像处理单元、图像显示单元、图像储存单元及检测工装等组成.2.1 X射线机依据被检测工件地材质和厚度范畴挑选X 射线机地能量范畴, 并应留有一定地地能量储备 . 对于要求连续检测地作业方式, 宜挑选直流恒压强制冷却X 射线机 .X 射线管地焦点尺寸对检测图像质量有较大地影响, 小焦点能够提高系统辨论率, 因此, 应尽可能选用小焦点 X 射线管 .目前探伤机厂能够供应地小焦点X 射线探伤机是： 160 kV 恒压式 X 射线系统 , 焦点尺寸 0.4mm 0.4mm； 225 kV 恒压式 X 射线系统 ,

5、焦点尺寸 0.8mm 0.8mm； 320 kV 恒压式 X 射线系统 , 焦点尺寸 1.2mm 1.2mm； 450 kV 恒压式 X 射线系统 , 焦点尺寸 1.8mm 1.8mm.对焦点地要求也不宜过小, 假如焦点过小且冷却不好, 焦点简洁 烧坏 .2.2 X射线接收转换装置X 射线接收转换装置地作用是将不行见地X 光转换为可见光 , 它可以是图像增强器或成像面板或者线性扫描器等射线敏锐器件 .X 射线接收转换装置地辨论率应不小于3.0LP/mm.X 射线接收转换装置子系统又称为图像成像系统, 按目前成像地技术水平可分为两种. 一种是以图像增强器为主地传统成像器系统. 图像增强器为一种真

6、空管, 射线输入屏由较薄地铝或钛材料制成, 屏地基层涂有钠 Na） - 碘化铯 CsI）作为输入闪耀体 CsI Na）, 它能够将不行光地X 光图像转换为可见光图像, 再经过光电阴极板地作用将可见光图像转换为相应地电子束, 电子束在高电压作用下加速并聚焦于荧光输出屏ZnCdS： Ag闪耀体材料） , 从而形成可视地检测图像 . 在输出屏后端配有聚焦光学镜头和CCD、 150mm6、100mm4 三种； 225mm9图像增强器直径较大 , 视野宽敞 , 一次检测长度较大 , 但清楚度较低 , 价格较高； 100mm4图像增强器直径较小 , 重量较轻 , 便于携带式作业 , 且清楚度较高 , 但视

7、野较狭小, 一次检测长度较小, 工效较低；通常以挑选150mm6图像增强器为宜 . 常用地 CCD摄像机有晶片为 1/2、辨论率为 752 582 线和晶片为 1/3 、辨论率可达到 1000 752 线地CCD摄像机 , 目前更高清楚度地CCD摄像也已新近上市.另一种是基于线阵扫描探测器 LDA-linear diode arrays线阵探测器）地成像系统,LDA 含有大量地电子元件和成像点 , 主要由发光晶体、光电二极管陈设, 前端数据采集系统等组成,X 射线闪耀体材料常用晶体有基于磷屏地钇、GdWO4和 CsI ）能够将 X 射线转换为可见光, 晶体安装在众多地光电二极管表面并按肯定规章

8、排列成为光电二极管阵列大规型集成电路） , 按扫描方式分 为线扫描 线阵列）和面扫描 ,互补金属氧化物半导体传感器相结合 , 一步完成射线光电转换、数字采集地全过程,这种成像系统称为LDA-CMOS射线数字直接成像系统.LDA-CMOS射线数字直接成像系统目前在各种成像系统中处于先进水平.LDA-CMOS射线 - 数字直接成像系统地转换方式大大削减了信号长距离传输和转换过程地信号干扰, 且光电阵列像素尺寸很小 , 因此, 空间辨论率得到很大地提高.线阵探测器 -CMOS射线直接数字成像系统地造价比图像增强器成像系统要高出很多, 基于价格因素地考虑 , 对于一般产品地 X 射线实时成像系统多采纳

9、图像增强器成像系统, 而对于要求较高地产品可采纳线阵探测器 -CMOS射线直接数字成像系统. 如采纳线阵探测器-CMOS射线直接数字成像系统,X射线机可不受小焦点地限制,X射线机地造价相对较低 . 由于是线扫描 , 像素是逐线扫描成像 , 几乎不存在几何不清楚度, 因此, 图像清楚度大大提高；但是, 由于逐线扫描 , 成像检测速度较慢 . 现在国外有一种面阵列成像板, 既可大大提高图像地清楚和又能提高检测速度, 但价格昂贵 , 现多用海关集装箱高能射线检测装置.2.3图像处理单元图像处理单元应具有图像数据采集和处理功能.图像数据采集方式可以是图像采集卡或其它数字图像合成装置. 图像采集辨论率应

10、不低于768 576 像素, 且保证水平方向辨论率与垂直方向辨论率之比为43；动态范畴即灰度等级应不小于256级.图像采集卡安装在运算机中, 主要作用是进行 A/D 转换 , 将成像系统采集来地模拟信号转换为能被运算机识别地数字信号成为数字图像. 常用图像采集卡地采集辨论率多为 768 576 像素, 动态范畴为 8bit=256灰度级 , 随着技术地进展 , 目前已有高辨论地图像采集辨论率可达到1k 1K, 动态范畴可达到 12bit=4096灰度级 . 如选用高辨论率地图像采集卡 , 能大大提高系统辨论系率, 但价格较高 . 通常随卡供应成像软件.2.4图像处理软件图像处理软件应具有降噪、

11、亮度对比度增强、边缘增强等基本 功能 . 图像处理软件应能适应相应检测产品所规定地技术标准, 具有图像几何尺寸标定和测量以及缺陷定位功能；在检测图像中标定地缺陷位置与实际位置误差应2mm单,个缺陷地测量精度为 0.5mm.图像处理软件基本上需要两种, 一种是掌握软件 , 其功能是通过数据总线发送命令来掌握成像系统, 这些命令包括工件动作指令、成像装置地校准、从采集卡得到图像、图像平面尺寸校定、图像实时采集、图像地同步处理和图像储存等. 根据视频技术理论 , 图像采集速度达到25 帧/ 秒即视为实时成像. 假如对工件只进行普查, 就可不起用图像采集等指令. 另一种是成像软件 , 其功能是在运算机

12、上显示图像, 按所检测工件地质量标准进行缺陷等级评定, 同时生成工件检测数据库文件, 输出评定报告 , 再将检测图像和数据库文件同时储存到光盘等储存介质中去.假如检测图像地采集辨论率很高, 采集地动态范畴很大 , 就图像地数据容量很大, 因此, 成像软件仍应具有数据压缩功能, 由于检测图像是重要地技术资料 , 应实行无损压缩 , 并应具有良好地解压和回放再现功能. 图像处理软件通常由 X 射线实时成像系统研制单位供应应使用单位, 有条件地使用单位也可以自行开发图像处理软件 .2.5图像显示单元图像显示实行黑白方式显示图像, 显示器点距不大于0.26mm,显示器应为逐行扫描 , 刷新频率不小于

13、85Hz, 图像评定可选用1719显示器 , 使观看者地视野感到更舒服.2.6图像储存单元检测图像可储存在数字光盘等介质中, 储存地数字图像和有效信息不行修改和删除 , 保留地数字图像仍应包含有原始地采集数据. 对于要求储存330年地重要检测技术资料 , 应挑选 CD-R一次性光盘 ,CD-R 光盘地储存期可达50 年） , 不能挑选 CD-RW可擦写光盘 .2.7运算机地基本配置对于独立地 X 射线实时成像系统至少应配置两台运算机, 一台用于图像采集和图像处理, 另一台用于图像地评定和打印报告等 , 两台运算机用缆线连接. 运算机硬件地基本配置要求奔腾600 以上 ,256M 内存 ,20G

14、 硬盘 , 并配软驱、光驱、打印机和刻录机；软件环境要求在windows2000 操作系统下运行.2.8检测工装或流水线为实现工件地连续检测, 应有必要地检测工装设备或流水线, 且应具有较高地机械精度.2.9 X射线实时成像检测系统地挑选有用地 X 射线实时成像检测系统实际上是以上X 射线实时成像系统地基本配置及多个影响因素有挑选性地组合, 不同地组合会有不同地造价和使用功能； 使用单位可依据以上X 射线实时成像系统地基本配置及影响因素, 再结合本单位地产品特点和产品地技术质量检验标准以及自身地经济条件来挑选适合本单位使用地X 射线实时成像系统 .3 X 射线实时成像系统地辨论率3.1系统辨论

15、率可以用多项技术性能指标来评判X 射线实时成像系统地质量特性, 例如系统辨论率、灵敏度、最高承担电压、系统地稳固性、系统地连续工作时间、图像地采集和图像处理速度、检测效率、图像一次性检测范畴长度宽度）、图像地动态范畴、系统抗 干扰性、系统地工作寿命、系统地价格性能比等多项指标, 其中系统辨论率是重要地指标,系统中地每一个子系统发生变化, 都会引起系统辨论率综合性能地变化, 所以 , 抓住了系统辨论率这个综合指标 , 就等于抓住了 X 射线实时成像系统地关键. 系统辨论率指标是X 射线实时成像整个系统性能地综合反映, 系统辨论率越高 , 表示系统地技术性能越好. 系统辨论率是系统设备客观性能地反

16、映, 仅与系统地构成及其性能有关, 与检测工艺方法无关 , 所以 , 系统辨论率也称为固有辨论率. 随着系统设备地老化 , 系统辨论率也会衰退 , 因此 , 对系统辨论率应定期进行测试 . 系统辨论率可以用辨论率测试卡直接在系统中测试出来.3.2实时成像系统辨论率地测试方法将辨论率测试卡紧贴在 X 射线接收转换装置, 按如下工艺条件进行透照, 并在显示屏上成像：1射线管焦点至图像增强器输入屏表面地距离不小于700mm；2管电压不大于40kv ；3管电流不大于2mA；4图像对比度适中 .在显示屏上观看测试卡地影像, 观看到栅条刚好分别地一组线对, 就该组线对所对应地辨论率即为系统辨论率, 系统辨

17、论率地单位是 线对 / 毫 MLP/mm）.系统辨论率也可以用系统清楚度单位是 mm）来表述 ,它们之间地换算关系是 互为倒数地二分之一 .3.3系统辨论率地作用系统地设备配置确定之后, 系统辨论率便是一个确定地参数. 在实时成像检测工艺中 , 通常是以系统辨论率作为已知参数来确定其他检测参数, 例如 , 实时成像检测地图像通常是放大地图像, 确定图像放大倍数就需用到系统辨论系或系统不清楚度）：Mopt 表示实时成像检测工艺中地正确放大倍数,Ui为系统不清楚度 ,d 为射线源地焦点尺寸 , 均为已知数 , 代入公式即可算出Mopt , 令 Mopt =M, 这样很快就可以确 定检测放大倍数 M

18、.3.4系统辨论率指标依据 X射线实时成像检测系统不同地配置 ,X 射线实时成像检测系统可分为A、AB、B 三个级别来治理 ,A 级地系统辨论率指标可定为1.4LP/mm , 用于一般产品地 X 射线实时成像检测, 例如汽车铝合金轮毂、炼铁高炉炉衬耐火砖以及食品罐头地检验；AB 级地系统辨论率指标可定为2.0LP/mm, 用于较重要和产品地检测, 例如锅炉压力容器压力管道对接焊缝地检测, 汽车零部件、电子元器件地检测； B 级地系统辨论率定为3.0LP/mm, 用于重要产品地检测 , 例如核工业产品、航空航天器材地检测.4图像调制传递函数从信息论地观点来看 , 图像地像素是检测图像地信息载体,

19、 像素可以具有不同地灰度级别, 像素地多少以及灰度分布地组合构成检测地信息, 检测图像地质量 或信息）可以通过系统本身地传递特性反映出来 . 依据傅立叶级数和图像信息理论, 提出调制传递函数作为系统质量或图像质量信息）地评判依据 .4.1调制度 MTF）调制度原本是无线电学中地概念 , 引用到射线检测中来它就是对比度. 被检测物体成像对比度地再现才能用调制度来表征 , 其定义是：图像中最大灰度与最小灰度之差和最大灰度与最小灰度之和地比值, 用MTF表示：式中：MTF -调制度 0 MTF 1）I1-最大灰度I2-最小灰度调制度与辨论率地关系可以用调制传递函数MTF曲线表示：图 1 调制传递函数

20、MTF曲线调制传递函数可用MTF曲线来表示, 横座标是辨论率 , 纵座标是对比度 . 辨论率越小 ,MTF 越大；辨论率越大,MTF 越小 . 当辨论率大到肯定程度时 ,MTF 趋近于零 表示图像辨论率地线条间距小到几乎辨论不清）. 这种程度到达得越迟表示图像辨论率越高. 在 X射线实时成像检测中通常将灰度设定为8bit28 ） 即 256 级, 试验说明 , 正常人地眼睛能够辨论地最低调制度为5% , 通常以 MTF为 8%时对应地辨论率为图像极限辨论率.4.2 MTF函数地传递作用调制传递函数地作用有三：其一,MTF 曲线供应地信息是客观地；其二, 对比度和辨论率是能够测量地；其三 ,MT

21、F 反映地信息是能够传递地 , 即系统中各个阶段地图像质量有再现性 , 并且这种传递能够用简洁方法来获得 . 因此 MTF函数是较客观和全面评判图像质量地一种方法 . 通常用 MTF地函数来说明系统地配置或图像质量现象 , 用 MTF函数为图像处理供应理论基础.4.3提高 X 射线实时成像系统辨论率地基本方法为提高系统辨论率 , 系统设备地配置应尽可能选用高MTF地子系统 , 且各子系统 MTF应尽可能相互匹配 , 假如有一个子系统MTF较低 , 就会影响整个系统地辨论率可谓是 木桶效应 ）；尽可能削减子系统地数量 , 尽可能选用集成器件 .5 X射线实时成像技术展望我国经过十多年地努力,X

22、射线实时成像检测技术作为一种新兴地无损检测技术已日臻成熟 , 其检测图像质量可以与射线照相底片质量相媲美, 且由于使用光盘作为储存介质 , 检测成本大大降低 , 受到使用单位地欢迎 , 有不少未使用地单位也跃跃欲试；但是X 射线实时成像系统地设备一次性投资较大, 特殊是一些关键部件如工业用地图像增强器、高清楚度地 CCD摄像机、 LDA线阵扫描探测器、CMOS传感器基本上仍不能国产化, 因此整个系统地设备价格降不下来, 成为制约 X 射线实时成像技术进展地晚. 实时成像技术与数码相机技术有很多相同之处, 如今数码相机已进入平常百姓家, 数字技术已进入各行各业. 在迎接数字化时代到来地时候, 我们广大使用单位对我国无损检测研制单位寄以厚望, 期望 X 射线实时成像检测系统能够早日实现国产化, 把价格降下来 , 使数字化地 X 射线实时成像检测技术能够进入更广泛地应用领域.参考文献：1 J.柯斯克能 ,蔺春涛 , 高 冬.线阵探测 LDA）地现状及进展趋势 J. CT理论与应用讨论 ,2002,3 ：1215