1、第第7章章 射线数字成像检测技术射线数字成像检测技术主要内容主要内容1.常规胶片照相与数字射线照相常规胶片照相与数字射线照相2.图像增强器的成像系统图像增强器的成像系统3.线阵列线阵列DR技术技术4.平板探测器（面阵列）平板探测器（面阵列）DR技术技术5.射线数字成像系统射线数字成像系统6.射线数字成像系统的主要性能指标射线数字成像系统的主要性能指标7.射线数字成像基本技术射线数字成像基本技术8.图像质量、评定及存贮图像质量、评定及存贮9.平板平板DR检测工艺卡检测工艺卡10.胶片胶片/CR/DR对比对比11.射线检测技术的发展方向射线检测技术的发展方向12.数字射线照相需要解决的问题数字射线
2、照相需要解决的问题1.常规胶片照相与数字射线照相常规胶片照相与数字射线照相1.1 常规胶片照相常规胶片照相p胶片照相是工业射线照相的主要方式。胶片照相是工业射线照相的主要方式。p胶片照相法的不足胶片照相法的不足n检测周期长检测周期长(布片、暗室处理等布片、暗室处理等)、检测效率低、检测效率低n成本偏高成本偏高(胶片价格上涨快胶片价格上涨快)n底片保管困难底片保管困难n底片难以共享、不利于环境保护等。底片难以共享、不利于环境保护等。p射线检测的发展趋势：数字射线照相检测射线检测的发展趋势：数字射线照相检测n典型代表：射线典型代表：射线CR和和DR1.2 数字射线照相数字射线照相p什么是数字射线照
3、相？什么是数字射线照相？射线数字成像（射线数字成像（ray digital radiography）是指采用射线数字探测器接收射线，可）是指采用射线数字探测器接收射线，可输出数字图像并进行数字图像处理的一种输出数字图像并进行数字图像处理的一种成像方法。成像方法。典型特征典型特征是检测结果是数字化图像。是检测结果是数字化图像。数字图像数字图像数字图像数字图像pf(x,y)表示数字图像在(x,y)坐标处的亮度值p亮度值取决于量化位数和射线强度p量化位数(bit)n8位：0-255n16位：0-65535n位数越高，量化越准确，但占用空间越大模拟图像与数字图像模拟图像与数字图像p模拟图像是空间坐标和
4、幅度都连续变化的图像。射线照相得到的底片图像就是模拟图像；p数字图像是空间坐标和幅度均用离散的数字表示的图像。特点：时间和幅度都是离散化的。1.3数字射线照相技术种类数字射线照相技术种类p面阵列探测器成像技术面阵列探测器成像技术p线阵列探测器技术线阵列探测器技术p积累型积累型CCD成像探测器技术成像探测器技术p图像增强器图像增强器+CCD成像技术成像技术。1.4 数字射线检测的优点数字射线检测的优点p检测结果数字化，降低了废片率，检测结果数字化，降低了废片率，p低剂量化。低剂量化。量子检测效率高于胶片，以德国德尔公司的量子检测效率高于胶片，以德国德尔公司的CR 35为例，为例，CR成像的曝光时
5、间仅仅为一般胶片的成像的曝光时间仅仅为一般胶片的1/3-1/2，曝光量减少近，曝光量减少近60%，降低了，降低了X射线机的射线机的负荷，相对地延长了负荷，相对地延长了X射线机的使用寿命。射线机的使用寿命。p不需要胶片，不需暗室处理，更环保经济。不需要胶片，不需暗室处理，更环保经济。p远程评片远程评片 现状现状：数字射线成像在我国应用远不如胶片照：数字射线成像在我国应用远不如胶片照相，在于数字射线检测的灵敏度低于胶片照相的相，在于数字射线检测的灵敏度低于胶片照相的灵敏度，技术、工艺准备上不足。灵敏度，技术、工艺准备上不足。1.5 胶片照相与数字射线照相的对比胶片照相与数字射线照相的对比胶片与探测
6、器胶片与探测器p原子与比特原子与比特(Bit)p颗粒与像素颗粒与像素p黑度与灰度黑度与灰度p底片与数字图像底片与数字图像p检测工艺的变化检测工艺的变化p检测报告的变化检测报告的变化检测工艺的变化检测工艺的变化采用数字射线成像时，包括采用数字射线成像时，包括p射线源到工件的距离射线源到工件的距离p工件到射线探测设备的距离工件到射线探测设备的距离p射线入射方向射线入射方向p曝光曲线的制作方法曝光曲线的制作方法p基准灰度的选取基准灰度的选取p信噪比信噪比p合格图像的质量要求等工艺指标都将发生合格图像的质量要求等工艺指标都将发生变化。变化。检测报告的变化检测报告的变化数字射线成像的检测报告不再包含暗室
7、处理数字射线成像的检测报告不再包含暗室处理的操作，包括的操作，包括p数字图像数字图像p灰度灰度p信噪比信噪比p焦距焦距p验收标准等内容应体现在检测报告中。验收标准等内容应体现在检测报告中。2.图像增强器的数字成像系统图像增强器的数字成像系统2.1 早期的射线实时成像检验系统早期的射线实时成像检验系统p荧光屏荧光屏n射线照射荧光物质产生荧光射线照射荧光物质产生荧光n将将X射线照相的强度分布转换为可见光图像射线照相的强度分布转换为可见光图像p不足：不足：n图像亮度低图像亮度低n颗粒粗颗粒粗n对比度低对比度低n细节显示不清细节显示不清n灵敏度远低于胶片图像灵敏度远低于胶片图像n限制了实际应用限制了实
8、际应用2.2 图像增强器射线实时成像检验系统图像增强器射线实时成像检验系统1-射线源；2-工件与机械驱动系统；3-图象增强器；4-摄像机5-图象处理器；6-计算机；7-显示器 增强亮度系统构成系统构成p射线源射线源p机械装置机械装置p图像增强器图像增强器p图像采集和处理单元图像采集和处理单元p显示和存储单元显示和存储单元p控制单元控制单元 2.3工作原理工作原理p原理输入转换屏吸收入射射线并将其能量转换为荧光发射，光电层将荧光能量转换为电子发射。发射的电子在聚焦电极的高压作用下被聚焦和加速，高速撞击到输出屏上。输出屏将电子能量转换为可见光发射。输出屏上的可见光图像，经光学系统由摄像机拾取，将图
9、像信号转换为视频信号，经A/D转换后送入图像处理单元。p转换过程：射线 荧光 电子 荧光2.4系统主要指标系统主要指标p该系统可以采用静态检测方式和动态方式获得检该系统可以采用静态检测方式和动态方式获得检测图像。测图像。p该系统的动态范围可以达到该系统的动态范围可以达到2000：1。p图像增强器输入屏的不清晰度一般在图像增强器输入屏的不清晰度一般在0.3mm左右左右 中心空间分辨率的典型值为中心空间分辨率的典型值为46Lp/mm（线对（线对/毫米）。毫米）。p为了获得高空间分辨率，需要采用小或微焦点射为了获得高空间分辨率，需要采用小或微焦点射线源以及适当的放大倍数。线源以及适当的放大倍数。2.
10、5发展趋势发展趋势工业工业X 射线影像增强器和一台高分辨率射线影像增强器和一台高分辨率CCD 数字摄像机组成，可传输视频信号和数字信数字摄像机组成，可传输视频信号和数字信号进行图像处理。号进行图像处理。2.6优点与局限性优点与局限性优点：优点：p实时实时p不使用胶片不使用胶片p检测结果数字化检测结果数字化局限性：局限性：p空间分辨率和清晰度低于胶片射线照相空间分辨率和清晰度低于胶片射线照相p体积较大、不灵活体积较大、不灵活p设备一次投资较大设备一次投资较大3.线阵列射线线阵列射线DR技术技术3.1线阵列射线线阵列射线DR检测系统检测系统15643271X射线管射线管 2准直后的准直后的X射线束
11、射线束 3工件工件 4传动装置传动装置 5LDA探测器探测器 6数据采集和控制系统数据采集和控制系统 7显示器显示器225kV X射线工业射线工业DR/CT系统系统3.2系统构成系统构成该系统一般由该系统一般由p射线源射线源p机械装置机械装置p线阵列探测器线阵列探测器p图像采集、显示与处图像采集、显示与处理单元等构成。理单元等构成。p线阵列探测器是该系线阵列探测器是该系统的核心器件。可以是统的核心器件。可以是非晶硅、非晶硒，或闪非晶硅、非晶硒，或闪烁体与烁体与CCD、CMOS构构成的线阵列探测器。成的线阵列探测器。p线阵探测器是将一种线阵探测器是将一种新型的射线探测元件排新型的射线探测元件排列
12、成一个阵列，并将它列成一个阵列，并将它们直接与一块大规模集们直接与一块大规模集成电路连接在一起，同成电路连接在一起，同步完成射线接收、光电步完成射线接收、光电转化、数字化的全过程转化、数字化的全过程。3.3线阵线阵DR成像原理成像原理p荧光屏或闪烁体接受入射X射线的能量，发出可 见光，感光二极管受到可见光的照射，产生电压信号。该信号经过集成电路的处理变成14位(或16位)的数字信号发给计算机。p闪烁体/荧光物质+光电二极管3.4 线阵线阵DR工作过程工作过程线阵探测器的扫查方式是线型扫描，每次扫描结果是一条直线，一条条直线排列组成一幅图像。检测时工件移动，经过相对固定的线阵探测器的扫查，得到一
13、幅连续的图像。该装置的动态范围大(相当于胶片宽容度)，超过了普通胶片，可以获得更多的图像细节信息，图像质量完全达到了胶片照相的效果理论分析表明理论分析表明：在相同象素尺寸的条件下，：在相同象素尺寸的条件下，线阵探测器比面阵探测器具有更好的图像质线阵探测器比面阵探测器具有更好的图像质量。线阵扫描成像是通过探测器、射线源和量。线阵扫描成像是通过探测器、射线源和被透照物体的相对运动来进行图像合成的，被透照物体的相对运动来进行图像合成的，因而必须保证探测器的曝光时间与相对运动因而必须保证探测器的曝光时间与相对运动速度严格同步，否则合成的图像将会产生严速度严格同步，否则合成的图像将会产生严重的几何变形。
14、重的几何变形。3.5系统特性系统特性pX射线线阵探测器可承受射线线阵探测器可承受20kV450kV能量的能量的X射射线直接照射，具有在强磁场中稳定工作的能力，线直接照射，具有在强磁场中稳定工作的能力，无老化现象。无老化现象。p由于采用线阵列探测器，系统有较高的空间分辨由于采用线阵列探测器，系统有较高的空间分辨率和动态范围，空间分辨率可以达到率和动态范围，空间分辨率可以达到46Lp/mm。p线阵列探测器的像素尺寸小于面阵列探测器的像线阵列探测器的像素尺寸小于面阵列探测器的像素尺寸，因此前者较后者有更高的空间分辨率。素尺寸，因此前者较后者有更高的空间分辨率。p该系统的动态范围可达到该系统的动态范围
15、可达到 4000：1，因此，可以，因此，可以一次性实现透照厚度变化大的工件成像检测。一次性实现透照厚度变化大的工件成像检测。p容易采用准直缝，能有效地防护散射线，改善图容易采用准直缝，能有效地防护散射线，改善图像质量。像质量。3.6 线阵线阵DR应用应用某型铸件DR检测某型铸件DR检测小直径管DR检测铝板疲劳裂纹DR检测焊接缺陷焊接缺陷铝合金焊缝DR检测搅拌摩擦焊DR检测铁路铁路芯盘K6侧架双面牵引梁3.7 线阵线阵DR的优点与不足的优点与不足优点：优点：直接成像直接成像-数字化数字化线阵探测器散射线防护容易实现线阵探测器散射线防护容易实现不足：不足：检测结果易受校正结果的影响检测结果易受校正
16、结果的影响需要上下运动需要上下运动-多次反复，检测效率低多次反复，检测效率低存在运动模糊存在运动模糊探测器不能弯曲、体积较大。探测器不能弯曲、体积较大。4.平板探测器平板探测器DR检测技术检测技术4.1 平板平板DR成像成像p以平板探测器代替胶片进行射线照相检测以平板探测器代替胶片进行射线照相检测，平板探测器是当代最先进的射线接收装，平板探测器是当代最先进的射线接收装置。置。p平板平板DR成像种类成像种类 非晶硅非晶硅+光电二极管阵列光电二极管阵列+薄膜晶体管阵薄膜晶体管阵列列 非晶硒非晶硒+薄膜晶体管阵列薄膜晶体管阵列 CMOS4.2 平板探测器平板探测器非晶硒型平板探测器 PE系列平板探测
17、器CMOS平板探测器4.3 平板探测器平板探测器DR系统组成系统组成p该系统的构成一般由射线源、面阵列探测该系统的构成一般由射线源、面阵列探测器、图像采集、显示与处理单元等构成。器、图像采集、显示与处理单元等构成。p由于该系统可一次曝光形成检测图像，而由于该系统可一次曝光形成检测图像，而不需要平移或旋转工件进行多次扫描，所不需要平移或旋转工件进行多次扫描，所以与与线阵列扫描成像系统相比，不需要以与与线阵列扫描成像系统相比，不需要机械传动装置。机械传动装置。p面阵列探测器是该系统的核心器件。面阵列探测器是该系统的核心器件。p面阵列探测器一般采用的是非晶硅、非晶面阵列探测器一般采用的是非晶硅、非晶
18、硒、硒、CMOS阵列构成的探测器。阵列构成的探测器。4.4工作原理工作原理该系统的工作原理类似于线阵列探测器成像系统，该系统的工作原理类似于线阵列探测器成像系统，只不过是通过面阵列探测器对射线探测、转换、处只不过是通过面阵列探测器对射线探测、转换、处理，完成检测图像的数字化。理，完成检测图像的数字化。工作过程是采用静态工作过程是采用静态方式获得检测图像，而不像线阵列探测器成像系统方式获得检测图像，而不像线阵列探测器成像系统是采用动态扫描方式获得图像。是采用动态扫描方式获得图像。工作原理示意图工作原理示意图平板面阵列平板面阵列DR扫描系统工作原理示意图扫描系统工作原理示意图5.射线数字成像系统射
19、线数字成像系统p主要由射线机、射线接收转换装置（探测主要由射线机、射线接收转换装置（探测器）、计算机系统（图像采集单元、图像器）、计算机系统（图像采集单元、图像处理单元、图像显示单元、图像存储单元处理单元、图像显示单元、图像存储单元）、机械传动装置及检测工装等组成。）、机械传动装置及检测工装等组成。射线源射线源按照探测器适用的射线能量，射线源可以选择常规按照探测器适用的射线能量，射线源可以选择常规X射线机、射线机、r射线源或加速器射线源或加速器X射线源。射线源。（1）焦点尺寸的选择）焦点尺寸的选择（2）恒电位）恒电位（3）连续工作）连续工作 射线源的焦点尺寸射线源的焦点尺寸pX射线源焦点尺寸越
20、小，图像清晰度越高。因此射线源焦点尺寸越小，图像清晰度越高。因此，为了得到质量较高的，为了得到质量较高的DR图像，应尽量选用焦点图像，应尽量选用焦点尺寸较小的尺寸较小的X射线源。射线源。焦点尺寸1.0mm焦点尺寸5.5mm射线探测器射线探测器 根据不同的检测要求和检测条件，可选择下根据不同的检测要求和检测条件，可选择下列射线探测器：列射线探测器：1）面阵列探测器；）面阵列探测器；2）线阵列探测器；）线阵列探测器；3）积累型）积累型CCD成像探测器；成像探测器；4）图像增强器）图像增强器+CCD；5）其他具有上述类似功能的探测器。）其他具有上述类似功能的探测器。平板探测器的选择平板探测器的选择p
21、闪烁体类型闪烁体类型p有效像素数量有效像素数量p像素尺寸像素尺寸pAD位数位数p射线能量范围射线能量范围p最大刷新频率最大刷新频率p动态范围动态范围p平板校正效果平板校正效果p开放数据接口开放数据接口(提供驱动提供驱动)p数据端口数据端口(支持千兆以太网端口支持千兆以太网端口)p密度分辨率与空间分辨率密度分辨率与空间分辨率计算机系统计算机系统 计算机系统包括计算机系统包括p图像采集单元图像采集单元:利用视频图像采集卡完成检测图像利用视频图像采集卡完成检测图像数据的采集。数据的采集。p图像处理单元图像处理单元:利用图像处理软件对采集的原始图利用图像处理软件对采集的原始图像进行降噪、对比度增强、边
22、缘增强等处理像进行降噪、对比度增强、边缘增强等处理 p图像显示单元图像显示单元:图像显示采取黑白方式显示图像图像显示采取黑白方式显示图像 p图像存储单元图像存储单元:检测图像可储存在数字光盘等介质检测图像可储存在数字光盘等介质中中 软件系统软件系统 包含成像系统软件和图像浏览软件。包含成像系统软件和图像浏览软件。成像系统软件通常可有以下功能模块：成像系统软件通常可有以下功能模块：1）检测工艺参数设置；）检测工艺参数设置；2）检测机械控制或通讯；）检测机械控制或通讯；3）图像采集、显示、存储；）图像采集、显示、存储；4）系统标定；）系统标定；5）几何标定；）几何标定；6）图像处理；）图像处理；7
23、）图像几何测量；）图像几何测量；8）图文标注。）图文标注。机械传动装置机械传动装置 对于线阵列探测器数字成像技术，探测器每次采集对于线阵列探测器数字成像技术，探测器每次采集的仅是图像的一行或一列数据，只能通过扫描方式的仅是图像的一行或一列数据，只能通过扫描方式完成一个部位检测图像的采集，因此这种系统必须完成一个部位检测图像的采集，因此这种系统必须有机械传动装置，在机械装置的驱动下，随着工件有机械传动装置，在机械装置的驱动下，随着工件与射线源、探测器做相对运动，完成检测。与射线源、探测器做相对运动，完成检测。因此要因此要求机械传动装置可进行水平运动或旋转运动，运动求机械传动装置可进行水平运动或旋
24、转运动，运动速度可调且运动平稳。速度可调且运动平稳。检测工装或流水线检测工装或流水线为实现工件的连续检测，应有必要的检测工为实现工件的连续检测，应有必要的检测工装设备或流水线，且应具有较高的机械精度装设备或流水线，且应具有较高的机械精度。小口径蛇形管检测自动线工装小口径蛇形管检测自动线工装 6 射线数字成像系统的主要性能指标射线数字成像系统的主要性能指标p系统空间分辨率系统空间分辨率n图像可识别线条分离最小间距，用每毫米范围图像可识别线条分离最小间距，用每毫米范围内的可识别线对数表示时单位为：内的可识别线对数表示时单位为：Lp/mm(线线对对/毫米毫米)n测试方法：线对测试卡和双丝像质计测试方
25、法：线对测试卡和双丝像质计p不清晰度不清晰度：影像边界模糊区域的宽度：影像边界模糊区域的宽度p对比灵敏度对比灵敏度n从图像可识别的透照厚度百分比从图像可识别的透照厚度百分比n对比灵敏度试块对比灵敏度试块1）空间分辨率）空间分辨率p 一对黑白相间的线条称为一个一对黑白相间的线条称为一个“线对线对”，在单位宽度内能分，在单位宽度内能分辨清楚的线对数越多，表示图像越清晰，分辨率越高。辨清楚的线对数越多，表示图像越清晰，分辨率越高。其中其中d是通过图像刚好能识别的栅条宽度。是通过图像刚好能识别的栅条宽度。例如，通过图像刚好能识别的栅条宽度为例如，通过图像刚好能识别的栅条宽度为0.25mm，则空间，则空
26、间分辨率为分辨率为2.0lp/mm。p 空间分辨率与数字图像的像素大小和多少有关。像素的大小空间分辨率与数字图像的像素大小和多少有关。像素的大小决定空间分辨率，像素越小，空间分辨率就越大。决定空间分辨率，像素越小，空间分辨率就越大。p例如，像素尺寸大小为例如，像素尺寸大小为0.46mm0.46mm，即，即460m460m，那么按上式，空间分辨率大小就，那么按上式，空间分辨率大小就是是1/（0.462）1.1Lp/mm 1Lp/mm2Pd 空间分辨率测定空间分辨率测定-分辨率测试卡分辨率测试卡p扇型分辨率测试卡和线型扇型分辨率测试卡和线型分辨率测试卡分辨率测试卡无论哪种设计的线对卡，其无论哪种设
27、计的线对卡，其基本结构都是由高密度材料基本结构都是由高密度材料（常用铅箔）的栅条和间距（常用铅箔）的栅条和间距形成占空比为形成占空比为1：1的线对图的线对图样，即栅条的间距等于栅条样，即栅条的间距等于栅条的宽度，密封在低密度材料的宽度，密封在低密度材料（常用透明塑料薄板）中构（常用透明塑料薄板）中构成。塑料厚度约成。塑料厚度约1mm，铅箔，铅箔厚度等于最窄栅条的宽度。厚度等于最窄栅条的宽度。栅条宽度栅条宽度(mm)分辨率分辨率(lp/mm)0.6250.80.5001.00.2502.00.1673.00.1254.00.1005.00.2506.00.0838.00.0569.00.0501
28、0线对测试卡空间分辨率测定空间分辨率测定-双丝像质计双丝像质计根据根据EN462-5标准规定双丝标准规定双丝像质计是由放置于刚性半透像质计是由放置于刚性半透明塑料盒中的明塑料盒中的13个线对组成个线对组成，塑料厚度约为，塑料厚度约为1mm。双丝。双丝像质计丝的直径与丝与丝之像质计丝的直径与丝与丝之间的距离相等间的距离相等(即栅条和间距即栅条和间距形成占空比为形成占空比为1：1的线对图的线对图样样)，每个线对包含两条圆形，每个线对包含两条圆形截面的线。截面的线。1D至至3D线对是线对是金属钨，其它线对是金属铂金属钨，其它线对是金属铂。丝号丝号不清晰度不清晰度U(mm)丝的直径丝的直径d(mm)1
29、3D0.100.05012D0.130.06311D0.160.08010D0.200.1009D0.260.1308D0.320.1607D0.400.2006D0.500.2505D0.640.3204D0.800.4003D1.000.5002D1.260.6301D1.600.8002.5lp/mm2.8lp/mm空间分辨率测定空间分辨率测定2）图像不清晰度）图像不清晰度p与图像分辨率有关的另外一个概念是图像的清晰与图像分辨率有关的另外一个概念是图像的清晰度度p射线数字图像的不清晰度的概念类似，也是指一射线数字图像的不清晰度的概念类似，也是指一个明锐的边界成像后的影像会变得模糊，模糊区
30、个明锐的边界成像后的影像会变得模糊，模糊区域的宽度（半影区）即为图像不清晰度，单位是域的宽度（半影区）即为图像不清晰度，单位是毫米（毫米（mm）。）。p它是几何不清晰度、固有不清晰度和运动不清晰它是几何不清晰度、固有不清晰度和运动不清晰度等因素的综合作用结果。度等因素的综合作用结果。p可以用双丝型像质计测量图像不清晰度可以用双丝型像质计测量图像不清晰度 p不清晰度值按确定不清晰度值按确定 其中，其中，d为图像上不能清晰区分细节的尺寸为图像上不能清晰区分细节的尺寸（如丝对的丝径值或栅条宽度）。（如丝对的丝径值或栅条宽度）。2Ud系统分辨率和图像分辨率系统分辨率和图像分辨率射线数字成像系统的空间分
31、辨率、不清晰度分别有系统分辨射线数字成像系统的空间分辨率、不清晰度分别有系统分辨率和图像分辨率，以及系统不清晰度和图像不清晰度的概念率和图像分辨率，以及系统不清晰度和图像不清晰度的概念，应加以区分。，应加以区分。p 系统分辨率和系统不清晰度是将测试卡紧贴在射线探测器系统分辨率和系统不清晰度是将测试卡紧贴在射线探测器输入屏表面中心区域测得，输入屏表面中心区域测得，p 图像分辨率和图像不清晰度将射线检测图像分辨率测试卡图像分辨率和图像不清晰度将射线检测图像分辨率测试卡置于被检测工件位置，与被检工件（如焊缝）同时透照测置于被检测工件位置，与被检工件（如焊缝）同时透照测得。得。p 所以图像分辨率和图像
32、不清晰度反映的是实际检测过程中所以图像分辨率和图像不清晰度反映的是实际检测过程中的数值。的数值。p 系统分辨率是放大倍数等于或接近于系统分辨率是放大倍数等于或接近于1时的图像分辨率，时的图像分辨率，它排除了工艺因素对图像质量的影响，纯粹反映了它排除了工艺因素对图像质量的影响，纯粹反映了 射线射线数字成像设备本身的分辨能力，也称为固有分辨率。数字成像设备本身的分辨能力，也称为固有分辨率。3）对比灵敏度）对比灵敏度p 对比度灵敏度定义为能在图像上产生可识别光学密度变化对比度灵敏度定义为能在图像上产生可识别光学密度变化的试样上最小厚度差，的试样上最小厚度差，通常是用该最小厚度差占试样总厚通常是用该最
33、小厚度差占试样总厚度的百分比表示。度的百分比表示。它限定了所能识别的、沿射线束方向的它限定了所能识别的、沿射线束方向的缺陷的最小尺寸。缺陷的最小尺寸。p 增加射线剂量、降低图像探测器的动态范围和增加信号增增加射线剂量、降低图像探测器的动态范围和增加信号增益可以大幅度提高图像对比灵敏度，但宽容度下降。益可以大幅度提高图像对比灵敏度，但宽容度下降。p ASTM E1647 标准规定，对比灵敏度采用对比灵敏度计标准规定，对比灵敏度采用对比灵敏度计测定。测定。对比灵敏度计上有四个平底方孔，其深度对比灵敏度计上有四个平底方孔，其深度分别为对比灵敏度计厚度的分别为对比灵敏度计厚度的1%，2%，3%和和4%
34、。对比灵敏度试块对比灵敏度试块方形试块圆形试块100%RCTS单帧采集图像10帧采集处理4）信噪比）信噪比 p数字成像系统的检测特征信号和噪声以信噪比（数字成像系统的检测特征信号和噪声以信噪比（SNR）的形式表示，）的形式表示，SNR信号强度信号强度/噪声强度，噪声强度，即有用的数字图像信息即有用的数字图像信息/无用的噪声信号信息。无用的噪声信号信息。p在在X射线数字成像检测中，采用相对较低的管电射线数字成像检测中，采用相对较低的管电压值和适宜的曝光量（不能太高），可以适当提压值和适宜的曝光量（不能太高），可以适当提高信噪比。高信噪比。空间分辨率、信噪比、动态范围之间的关系空间分辨率、信噪比、
35、动态范围之间的关系 p增加空间分辨率，只好减增加空间分辨率，只好减小像素颗粒尺寸、增加像素小像素颗粒尺寸、增加像素密度密度,即增加单位面积内的像即增加单位面积内的像素数量，也就是增加像素矩素数量，也就是增加像素矩阵大小。阵大小。p单位像素的面积越小，就单位像素的面积越小，就会使每一像素检测到的会使每一像素检测到的X射射线光子数大大减少，每个像线光子数大大减少，每个像素的感光性能越低，每一像素的感光性能越低，每一像素点的信噪比降低，动态范素点的信噪比降低，动态范围变窄。围变窄。显 示 和 储 存 费 用图 像 质 量最佳图像质量噪声限制区分辨率限制区像素尺寸140-200 m理想的像素尺寸（）像
36、素大小和噪声之间的关系像素大小和噪声之间的关系 7射线数字成像基本技术射线数字成像基本技术 射线数字检测技术与射线照相技术的透照检射线数字检测技术与射线照相技术的透照检测基本相似，但由于射线探测器不同，所测基本相似，但由于射线探测器不同，所以透照技术还是存在差别。透照技术包括以透照技术还是存在差别。透照技术包括透照布置、透照方式、透照参数选择、标透照布置、透照方式、透照参数选择、标记和像质计放置、散射线防护等。记和像质计放置、散射线防护等。7.1成像检测技术分级成像检测技术分级p成像检测技术分级成像检测技术分级 A 级：基本技术级：基本技术 B 级：优化技术级：优化技术7.2透照布置与成像方式
37、透照布置与成像方式p射线数字成像的透照方式与胶片照相方法基本相射线数字成像的透照方式与胶片照相方法基本相同，既要考虑射线透照方向，又要考虑射线源、同，既要考虑射线透照方向，又要考虑射线源、工件、探测器的相对位置，以及透照方式。工件、探测器的相对位置，以及透照方式。p在射线数字成象检验技术中，一般采用在射线数字成象检验技术中，一般采用放大透照放大透照布置布置 fFM=F/fp射线数字检测技术的透照和成像方式同样有纵缝射线数字检测技术的透照和成像方式同样有纵缝外透法、内透法，环缝外透法、内透法，双壁单外透法、内透法，环缝外透法、内透法，双壁单影法和双壁双影法。影法和双壁双影法。p由于采用线阵列探测
38、器成像技术，以及小直径管由于采用线阵列探测器成像技术，以及小直径管对接环缝的成像方式具有一些特殊的方面，下面对接环缝的成像方式具有一些特殊的方面，下面单独进行介绍。单独进行介绍。p其它情况如大直径管环焊缝、平板焊缝、铸件透其它情况如大直径管环焊缝、平板焊缝、铸件透照布置和成像方式与射线照相技术相同，照布置和成像方式与射线照相技术相同，线阵列探测器成像方式线阵列探测器成像方式 线阵探测器在使用中需要与检测对象进行相线阵探测器在使用中需要与检测对象进行相对运动，经扫描运动才能获取有效的检测对运动，经扫描运动才能获取有效的检测图像。分为直线运动扫描成像方式和旋转图像。分为直线运动扫描成像方式和旋转运
39、动扫描成像方式。运动扫描成像方式。123V1tS0D32VSDD直线运动扫描成像方式直线运动扫描成像方式1-射线源；射线源；2-探测器；探测器；3-被检件被检件123t1RSDD23S0D132t1RSDD23S0D a）b）图图7-16 旋转扫描成像方式旋转扫描成像方式a）单壁透照法单壁透照法 b）双壁双影法双壁双影法1射线源；射线源；2探测器；探测器；3被检件被检件小直径管对接环缝成像方式小直径管对接环缝成像方式 采用双壁双影倾斜透照椭圆成像或展开成直缝状态采用双壁双影倾斜透照椭圆成像或展开成直缝状态成像显示方式。椭圆成像有困难或对检测有特殊要成像显示方式。椭圆成像有困难或对检测有特殊要求
40、时，可采用垂直透照方式重叠成像。求时，可采用垂直透照方式重叠成像。p（1）双壁双影椭圆成像（面阵列探测器或图像）双壁双影椭圆成像（面阵列探测器或图像增强器）增强器）p（2）双壁双影展开式成像法（线阵列射线接收）双壁双影展开式成像法（线阵列射线接收装置）装置）7.3.7.3.透照参数的选择透照参数的选择 与射线照相检测技术类似，射线数字成像检测技术的主要参与射线照相检测技术类似，射线数字成像检测技术的主要参数也包括射线能量、焦距、和曝光量等。数也包括射线能量、焦距、和曝光量等。最佳放大倍数也最佳放大倍数也是射线数字成像技术的重要参数。是射线数字成像技术的重要参数。透照参数的选择方式也透照参数的选
41、择方式也与射线照相检测技术类与射线照相检测技术类似。似。p 1)射线能量射线能量 p 选择射线能量的原则是在保证穿透能力的前提下，尽可能选择射线能量的原则是在保证穿透能力的前提下，尽可能低。应限制所使用的最高能量。对于低。应限制所使用的最高能量。对于X射线，可参考胶片照射线，可参考胶片照相时的最高电压限值相时的最高电压限值.p 在相同曝光量的条件下，较高的射线管电压会损失图像的在相同曝光量的条件下，较高的射线管电压会损失图像的对比度。对比度。管电压的影响管电压的影响90kV95kV100kV105kV结论结论：最佳管电压定为100kV。焦距875mm源到工件中心650mm管电流6.0mA焦点尺
42、寸1.0mm积分时间400ms p2)曝光量曝光量 射线的曝光量是到达射线探测器的剂量。曝光量射线的曝光量是到达射线探测器的剂量。曝光量虽虽 然不直接影响检测图像的对比度、空间分辨率，然不直接影响检测图像的对比度、空间分辨率，但但 它对数字图像的信噪比影响较大。它对数字图像的信噪比影响较大。射线数字检测射线数字检测标准一般未明确给出曝光量控制要求，实际是通标准一般未明确给出曝光量控制要求，实际是通过过 图像的对比度、空间分辨率间接控制曝光量。图像的对比度、空间分辨率间接控制曝光量。常常用用 较大的曝光量，可以获得较好的检测图像。较大的曝光量，可以获得较好的检测图像。p3)焦距焦距 焦距会影响检
43、测的几何不清晰度。对于不焦距会影响检测的几何不清晰度。对于不同的射线数字成像技术透照等级要求，射同的射线数字成像技术透照等级要求，射线源到被检件表面的距离应满足：线源到被检件表面的距离应满足：1）A级时 f 2）B级时 f 2/37.5bd2/315bdp4)最佳放大倍数最佳放大倍数 采取图像放大技术，有利采取图像放大技术，有利于提高于提高X射线数字成像的图射线数字成像的图像质量。图像放大后，检测像质量。图像放大后，检测工件的影像得到放大，工件工件的影像得到放大，工件中细小缺陷的影像也随之放中细小缺陷的影像也随之放大，因而变得容易识别。但大，因而变得容易识别。但是图像的几何不清晰度也随是图像的
44、几何不清晰度也随之增大，总的不清晰度增大之增大，总的不清晰度增大，又不利于图像质量的改善，又不利于图像质量的改善。因此，存在最佳放大倍数。因此，存在最佳放大倍数。3/2opt1iUMd2opt1iUMd222()giUUU333()giUUU 图像增强器的最佳放大倍数图像增强器的最佳放大倍数m射线源尺寸df1mm0.41mm0.1 0.4mm10可用放大倍数126100可分辨的最小细节可分辨的最小细节当显示屏上不清晰度确定后，空间分辨率也当显示屏上不清晰度确定后，空间分辨率也就确定了，也就决定了可分辨的最小细节或就确定了，也就决定了可分辨的最小细节或缺陷。缺陷。min2/3optiUxM p5
45、)一次透照长度一次透照长度一次透照长度越长，透照次数越少，灵敏度一次透照长度越长，透照次数越少，灵敏度降低，边缘处成像质量越差。降低，边缘处成像质量越差。p6)工件运动速度工件运动速度 动态检侧时除了按规定选取扫描面、扫描方位和移动态检侧时除了按规定选取扫描面、扫描方位和移动范围等外，还须正确选取工件运动速度。相对运动范围等外，还须正确选取工件运动速度。相对运动速度的不当会引起图像的变形。动速度的不当会引起图像的变形。p直线运动速度直线运动速度NTMPV式中，式中，V 直线运动速度，单位为毫米每秒（直线运动速度，单位为毫米每秒（mm/s）；）；P 探测器成像单元尺寸，单位为微米（探测器成像单元
46、尺寸，单位为微米（m）M 放大倍数，放大倍数，SDD/SOD；T 探测器的曝光时间，单位为毫秒（探测器的曝光时间，单位为毫秒（ms）；）；N 同一位置重复进行图像采集的次数。同一位置重复进行图像采集的次数。p 旋转运动速度旋转运动速度 式中，式中，旋转运动速度，单位为弧度每秒（旋转运动速度，单位为弧度每秒（rad/s）；）；R 被检件的半径，单位为毫米（被检件的半径，单位为毫米（mm）。）。其余符号含义同直线运动公式。其余符号含义同直线运动公式。180PM T NR 100ms200ms400ms500ms结论结论：最佳积分时间定为400ms。焦距875mm源到工件中心650mm管电压100k
47、V管电流6.0mA焦点尺寸1.0mm7)积分时间积分时间p8)采集帧数采集帧数提高叠加帧数可以有效提高信噪比提高叠加帧数可以有效提高信噪比帧数增加检测时间也相应增加。帧数增加检测时间也相应增加。结论：实际检测通常选取结论：实际检测通常选取10-25帧，保证图像质量帧，保证图像质量的前提下兼顾检测速度的前提下兼顾检测速度。多帧叠加处理方法多帧叠加处理方法单帧处理12号丝12号丝平均处理7.4.像质计和标记摆放像质计和标记摆放 7.5.散射线防护散射线防护 7.6平板探测器的校正平板探测器的校正 探测器的校正（以平板为例）探测器的校正（以平板为例）p偏移校正：偏移校正：偏移校正主要是用来消除暗电偏
48、移校正主要是用来消除暗电流对图像的影响流对图像的影响 p增益校正：增益校正：主要是用来消除像素点间敏感主要是用来消除像素点间敏感度差异和外界度差异和外界X射线照射不均造成的影响。射线照射不均造成的影响。p快速坏点校正：快速坏点校正：主要用来消除平板中坏像主要用来消除平板中坏像点对获取图像的影响点对获取图像的影响 DR图像校正图像校正启动系统后预热启动系统后预热30分钟，针对特定采集模式，对平分钟，针对特定采集模式，对平板探测器分别做板探测器分别做offset calibration和和Gain calibration校正。校正。偏移校正不开源采集，增益校正在管电压偏移校正不开源采集，增益校正在
49、管电压60kV、管、管电流电流6mA、焦点尺寸、焦点尺寸1.0mm、焦距、焦距875mm下进行下进行。校正后本底数据DR图像校正前后对比图像校正前后对比 校正后数据校正前数据局部放大8图像质量、评定及存贮图像质量、评定及存贮p图像质量概述图像质量概述p图像的像质计灵敏度图像的像质计灵敏度 p图像处理图像处理p图像评定图像评定 p图像的存贮和记录图像的存贮和记录 9平板平板DR检测工艺卡检测工艺卡 10 10人工缺陷射线人工缺陷射线DR与与RT对比对比 RT射线DR2孔 2个3孔 2个5mm缺陷2个10mm缺陷2个自然缺陷检测对比自然缺陷检测对比缺陷类型缺陷位置缺陷大小是否可见灵敏度底片射线DR
50、底片射线DR底片射线DR气孔10.80.74可见可见1513气孔21.51.32可见可见1513气孔31.781.82可见可见1513夹杂1.411.49可见可见1513冷隔3.23.01可见可见151311 射线数字检测的应用射线数字检测的应用油气管道检测(瑞奇戈德专利技术)34mm焊缝透照图像F15战斗机蜂窝结构的检测平板探测器爬行器远东无损检测论坛报告申港公司采用DR检测系统对小直径管道对接焊缝检测结果。小直径管对接焊缝DR检测结果CMOS平板探测器平板探测器-焊缝焊缝8mmAL4mm钢12mmAL北京科海恒生提供CMOS平板探测器平板探测器-铸件铸件北京科海恒生提供 12射线检测的发展
