数字射线检测-III级复试-g.ppt

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1、Tel:010-59068310 Email:liang-li-,射线数字成像（DR）技术,中国特种设备检测研究院梁丽红北京市朝阳区和平街西苑2号楼,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,射线检测分类 射线数字成像检测系统 射线数字成像像质评价 JB/T4730.11标准,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,1、射线检测分类,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,现有检测系统1、胶片照相检测系统2、图像增强器检测系统3、CR检测系统4、DR检测系统5、CT检测系统6、康普顿背散射检测系统,Tel:010-59

2、068310 Email:liang-li-,1.1 按射线成像结果分类,模拟成像系统,数字成像系统,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,1）模拟成像系统 成像结果并非数字信号，无法直接使用计算机进行后续处理。（1）胶片照相（Film-screen）使用“胶片”作为成像器件的射线成像系统（2）工业电视（Image Identify TV-IITV）采用图像增强器+CCD视屏相作为成像器件的射线成像系统。俗称：“工业电视”。,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,2）数字成像系统 成像结果为数字图像，可使用计算机进行后续图像处理。（1）直

3、接数字成像系统（DR）使用“数字探测器”作为成像器件的射线成像系统 数字探测器射线光子到数字图像的转换过程是由独立单元完成的。（2）间接数字成像系统（图像增强器、CR）射线光子到数字图像的转换过程是由分立单元分步完成的。,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,1.2 按检测系统与被检工件的运动状态分类（1）静态（止）成像 静态成像是指对试件的同一部位进行曝光、成像。在一定的时间内，输出单幅、静止的图像。系统包括：胶片照相、DR、CR 注：数字成像的时间要远远低于胶片照相的时间。,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,（2）动态(实时)成像

4、 动态（实时）成像是指以一定幀频的采集速率实现连续成像。被检工件通过机械扫描装置与检测系统装置做相对连续运动（旋转或平移），射线源连续发射线，射线成像器件对不同位置的试件进行连续曝光，连续的采集并显示不同检测位置的图像。,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,注：实时成像 人眼在观察时不会感到图像的跳动，图像是随着被检工件的运动而连续变化的。系统包括：DR、图像增强器技术注：步进检测,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,1.3 射线数字成像分类（DR）按照数字探测器的成像技术分为：直接转换技术 间接转换技术,Tel:010-590683

5、10 Email:liang-li-,1）直接转换射线光子 数字信号 数字图像 射线光子透照物体后，在数字探测器中直接把射线衰减信息转变为数字信号，经计算机处理后以数字图像的形式显示。,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,2）间接转换射线光子 可见光 数字信号 数字图像 射线光子透照物体后，在数字探测器中，首先经过闪烁体屏（荧光屏）把射线光子转换为可见光，然后再由后续电路把可见光信息转变为数字信号，经计算机处理后以数字图像的形式显示。,2、射线数字成像检测系统概述,2.1 系统组成 射线源 被检工件 数字探测器 机械传动 控制与处理,Tel:010-5906831

6、0 Email:liang-li-,与胶片照相不同之处：增加了硬件（机械支撑与传动）与软件（数据采集、控制、图像处理）；减少了胶片暗室处理环节。,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,2.2 特点 图像质量可以和X射线照相底片质量相媲美 降低了射线剂量、提高了检测效率 具有很大的宽容度 一次投入成本高,2.3 射线数字成像检测原理 射线透照被检工件，衰减后的射线光子被数字探测器接收，经过一系列的转换变成数字信号，数字信号经放大和A/D转换，通过计算机处理，以数字图像的形式输出在显示器上。,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,2.4 主要

7、概念(1)像素（像元）Pixel 数字图像都是由无数个点组成的，组成图像的每一个点就称为像素。它是构成图像的最小单位。注：坏像素,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,（2）填充因子（系数）指数字成像器件一个像素中敏感区域占总像素面积的百分比。,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,（3）灰度（Gray）定义：图像中像素显示的亮度。相当于胶片底片的黑度。灰度等级：灰度的变化范围。单位：Bit决定因素：模拟/数字（A/D）转换的位数。如：8位A/D转换，即8Bit。灰度等级为28=256。,Tel:010-59068310 Email:li

8、ang-li-,（4）动态范围（Dynamic Range）定义：最大输出灰度值和暗场噪声(标准差）的比值。,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,（5）信噪比（Signal Noise Ratio）定义：检测特征信号与噪声(标准差）的比值。,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,（6）响应不一致性 探测器固有的特性，在均匀辐照均质工件（或空屏）的条件下，由于数字探测器对射线响应的不一致，致使输出图像亮度呈非均匀性的条纹。,2.5 数字探测器特性：（1）组成探测器的各个像素尺寸决定了成像系统的空间分辨率，以及射线剂量；（2）数字探测器都会

9、有坏像素(包括坏点或坏行)对此必须其进行校正。（3）探测器的不一致性的校正是获得高像质图像的一个重要的技术环节。（4）受环境的限制。,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,2.6 数字探测器分类 按照一次成像形式分为：面阵探测器（平板探测器）线阵探测器,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,2.6.1 平板探测器 目前市场上有三类：非晶硒 非晶硅 CMOS,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,1）非晶硒平板探测器（1）结构,（2）工作原理 探测器有一厚的光电导层（典型的是用200500m的非晶硒），光电导层两

10、面的电极板间加有高电压，光电导层吸收X-射线光子，激发出电子/空穴对，并在所加电场下运动至相应电极。到达像元电极的电荷给存储电容充电，产生相应电荷的变化。电容中的累积电荷由TFT（Thin Film Transistor即薄膜场效应晶体管）进行控制，读出，经放大、A/D转换等处理形成数字化图像输出。,（3）特点 优点：成像分辨率比较高 转换效率比较高 缺点：在图像边缘分辨率低；要求510kV的高电压；对环境温度敏感；抗震性能差；两次曝光的时间间隔较长。,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,2）CMOS平板探测器（1）结构定义：CMOSComplementary M

11、etal Oxide Silicon，互补金属氧化硅半导体。组成：闪烁体屏+CMOS记忆芯片,（2）工作原理 当射线穿过被照体后，入射到探测器荧光层，产生与入射射线相对应的荧光（可见光）。光纤将这些可见光耦合到CMOS芯片上。再由CMOS芯片将光信号转换成电信号，并将这些电信号储存起来，从而捕获到所需要的图像信息。图像信息经放大、读出，送到图像处理系统进行处理。,（3）特点 寿命较长 适应温度范围大 像素尺寸可达80um 分辨率高,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,3）非晶硅平板探测器（1）结构,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,

12、（2）工作原理 射线透照探测器，射线光子由闪烁体屏转换为可见光，再由非晶硅光敏阵列转换为电信号，经放大、A/D转换形成数字信号输出。,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,（3）特点 高对比度灵敏度 高的空间分辨率输出灰度范围：1214Bit 较大的成像面积图像采集帧频可调,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,2.6.2 线阵探测器 上世纪八十年代，出现线阵探测器，形成了真正意义上的数字射线检测技术。,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,1)线阵探测器分类 基于CMOS技术和基于非晶硅技术两种 各自的组成、

13、工作原理 特例：一次成像输出一行。,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,2)线扫描DR 通过被检工件与线阵列探测器之间作相对运动，将连续扫描获得的线信息重新组合成图像的面信息，从而完成整个的检测过程。特点：被检工件必须在X射线源与线阵列探测器之间作相对匀速运动才能成像。,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,3)特点 优点：像元间距可小到0.08mm，对于亚毫米级的闪烁体膜层，具有约6lp/mm的高空间分辨率（理论）；散射小。静态成像对比度可达到胶片照相B级。缺点：线阵探测器的对机械传动要求高，成像速度慢，影响了检测效率；射线剂量要求高

14、。,4)应用 线阵探测器主要应用于医学层析成像（CT,Computed Tomography）、工业2D-CT成像、海关集装箱检测以及包裹检测等方面。线阵探测器成像系统也用在工业成像检测中，目前常用于锅炉焊管的对接焊缝检测中。,3、射线数字成像像质的评价,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,3.1 像质影响因素（1）像素尺寸（2）焦点大小（3）信噪比（4）透照参数（电压、曝光量、几何参数）（5）动态范围（6）噪声（7）坏像素（8）数字探测器响应不一致性,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,3.2 像质评价指标 对比度灵敏度、分辨率,对

15、比度灵敏度和空间分辨率是一对相互制约的关系，如何均衡是实现高信噪比、高像质成像的关键。,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,（1）对比度灵敏度 像质计灵敏度，利用像质计评定。,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,（2）分辨率空间分辨率、密度分辨率,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,（2）分辨率空间分辨率系统所能分辨的两个相邻细节间的最小距离。单位：用lp/mm（线对/毫米）表示。影响因素：成像器件固有特性、系统几何参数、源焦点尺寸、转换屏厚度测试：利用分辨率测试卡或双丝像质计通过静止成像得到的。,不同空

16、间分辨率成像比较,4、JB/T4730.11 承压设备 无损检测X射线数字成像检测,4.1 相关标准现状,5.1.1 国外标准 实时成像标准（图像增强器）DR标准陆续发布 数字探测器标准,4.1.2 国内标准 GB 17925-1999气瓶对接焊缝X射线实时成像检测 GB/T 19293-2003对接焊缝X射线实时成像检测法,4.2 JB/T4730.11 4.2.1 概述 目的：代替胶片照相，提高检测效率 基本原则：基于4730.2检测技术等级 质量分级的要求,4.2.2 与4730.2的相同点（1）透照参数选择的原则（2）图像质量等级的评定（3）检测技术等级（4）像质计灵敏度的要求,4.2.2 与4730.2的主要区别（1）术语和定义（2）人员的要求（3）检测系统的组成及要求（4）透照方式（5）图像质量及评定的要求（6）系统性能校验,4.2 JB/T4730.11 4.2.3 关键问题（1）像质与胶片的等效问题（2）检测系统的配置（3）检测系统软硬件的要求（4）图像的处理（5）人员的要求,Tel:010-59068310 Email:liang-li-,谢 谢,