數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)的理論基礎(chǔ)

1數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)數(shù)字光束檢測(cè)技術(shù)（數(shù)字測(cè)量；數(shù)字通信；數(shù)字通信；數(shù)字通信；數(shù)字圖像）是獲得數(shù)字圖像的光束檢測(cè)技術(shù)。在最初,比較強(qiáng)調(diào)直接獲得數(shù)字化圖像的射線檢測(cè)技術(shù),但現(xiàn)在,已演變成可獲得數(shù)字化圖像的全部射線檢測(cè)技術(shù)。目前數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)可分成三個(gè)部分:直接數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù)、間接數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù)、后數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù)。直接數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù)是采用分立輻射探測(cè)器(DDA)完成的射線檢測(cè)技術(shù);間接數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù)是指,圖像的數(shù)字化過(guò)程需要采用獨(dú)立單元以單獨(dú)技術(shù)環(huán)節(jié)完成的數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù);后數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù)是采用圖像數(shù)字化掃描裝置將射線照相底片圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像的技術(shù)。數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)可以方便地運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)改善圖像質(zhì)量。運(yùn)用數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù),可以建立射線檢測(cè)技術(shù)工作站,可方便地實(shí)現(xiàn)信息交換等。比較膠片射線照相檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)與數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng),可以看到數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)與常規(guī)膠片射線照相檢測(cè)技術(shù)的基本不同有兩個(gè)方面:①采用輻射探測(cè)器代替膠片完成射線信號(hào)的探測(cè)和轉(zhuǎn)換。②采用圖像數(shù)字化技術(shù),獲得數(shù)字檢測(cè)圖像。數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)的這些改變,導(dǎo)致為了正確應(yīng)用數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù),必須建立數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)的基本理論,深入研究輻射探測(cè)器的性能,給出數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)控制要求和數(shù)字檢測(cè)圖像質(zhì)量的控制指標(biāo)。這些改變,也產(chǎn)生了一個(gè)必須解決的基本問(wèn)題:數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)與常規(guī)膠片射線照相檢測(cè)技術(shù)的等價(jià)性問(wèn)題,即同等缺陷檢驗(yàn)?zāi)芰Φ膯?wèn)題。從20世紀(jì)90年代后,不斷進(jìn)行了數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)工業(yè)無(wú)損檢測(cè)應(yīng)用的研究,已經(jīng)取得了重要成果,一些有關(guān)數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)相繼制定,為工業(yè)無(wú)損檢測(cè)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)還在發(fā)展中,已經(jīng)出現(xiàn)了適應(yīng)數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)的新型X射線管?？梢云诖?數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。2圖像數(shù)字化理論數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)的物理基礎(chǔ)沒(méi)有改變,它仍是以射線吸收規(guī)律為基本原理的射線檢測(cè)技術(shù)。對(duì)數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù),初始檢測(cè)信號(hào)與常規(guī)膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)相同,仍然是物體對(duì)比度式中:I為射線強(qiáng)度;μ為射線的線衰減系數(shù);n為散射比;ΔT為小厚度差。不同的是,對(duì)于探測(cè)器,一般都工作在線性區(qū),圖1顯示了分立輻射探測(cè)器的這種特性式中:k為常數(shù)。因此對(duì)檢測(cè)圖像有:必須注意的是,獲得的檢測(cè)圖像是數(shù)字圖像。因此,除了原有的透照技術(shù)控制理論,圖像數(shù)字化理論成為應(yīng)引入的新的技術(shù)基本理論部分。圖像數(shù)字化理論,主要是關(guān)于數(shù)字圖像概念、圖像數(shù)字化過(guò)程、采樣定理的有關(guān)理論。延伸后是給出的檢測(cè)圖像不清晰度關(guān)系式(ISO標(biāo)準(zhǔn)、歐洲標(biāo)準(zhǔn),總的不清晰度采用二次方關(guān)系)或(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn),總的不清晰度采用三次方關(guān)系)式中:ue788為焦點(diǎn)尺寸;M為透照布置的放大倍數(shù);U式中:SR美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTME2698-10標(biāo)準(zhǔn)給出的關(guān)系式為:這些關(guān)系,構(gòu)成了數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)控制基礎(chǔ)。如果希望深入理解數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù),特別是從理論上深入討論“等價(jià)性問(wèn)題”,則需要成像過(guò)程基本理論3數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)對(duì)于日常工業(yè)應(yīng)用的直接數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù)和間接數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù),概括檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)過(guò)程,則它們都可分為透照、信號(hào)探測(cè)與轉(zhuǎn)換、圖像顯示與評(píng)定三個(gè)基本階段。對(duì)于完成一項(xiàng)檢測(cè)工作,為實(shí)現(xiàn)數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的技術(shù)級(jí)別(檢測(cè)圖像質(zhì)量要求),或者為保證檢測(cè)滿足工件技術(shù)條件或驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的缺陷檢驗(yàn)要求,上述的數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)過(guò)程所包含的主要技術(shù)可劃分為:①探測(cè)器系統(tǒng)選擇(也可簡(jiǎn)單說(shuō)成數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)選擇)。②透照技術(shù)。③圖像數(shù)字化技術(shù)。④圖像評(píng)定技術(shù)。為保證檢測(cè)處于穩(wěn)定可靠狀態(tài),還應(yīng)考慮技術(shù)穩(wěn)定性控制方面。這幾個(gè)方面,可認(rèn)為共同構(gòu)成了一個(gè)完成檢測(cè)工作的檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng),各方面的相互關(guān)系如圖2。即實(shí)現(xiàn)數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)級(jí)別或完成一項(xiàng)具體檢測(cè)工作,需要按照?qǐng)D2考慮構(gòu)成一個(gè)數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)。類似于膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù),其中的探測(cè)器系統(tǒng)選擇對(duì)于構(gòu)成數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)仍處于基礎(chǔ)地位。即探測(cè)器系統(tǒng)性能對(duì)構(gòu)成的數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)性能起決定性影響。4檢測(cè)圖像質(zhì)量的控制數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)控制的目的,簡(jiǎn)單說(shuō)就是獲得要求的檢測(cè)圖像質(zhì)量,即達(dá)到要求的檢測(cè)圖像質(zhì)量的對(duì)比度和不清晰度(空間分辨力)指標(biāo)。技術(shù)控制的基礎(chǔ)是前面所敘述的數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)基本理論。概括起來(lái)應(yīng)控制的方面主要是:探測(cè)器系統(tǒng)、透照技術(shù)、圖像數(shù)字化技術(shù)、圖像顯示評(píng)定技術(shù)、技術(shù)穩(wěn)定性控制。關(guān)于探測(cè)器系統(tǒng)選擇將在第2專題介紹。4.1曝光量、焦距的確定透照技術(shù)主要是透照布置、透照參數(shù)、輔助技術(shù)(散射防護(hù)、增感、濾波)。按照基本理論給出的關(guān)系式,對(duì)于透照布置的透照方式選取、透照方向確定、一次透照區(qū)確定,對(duì)于透照參數(shù)(射線能量、曝光量、焦距)確定,輔助技術(shù)考慮,應(yīng)與膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)作出基本相同的處理。僅是在一些具體方面應(yīng)考慮探測(cè)器特點(diǎn)而作出特殊處理。突出的是,透照布置存在最佳放大倍數(shù)、曝光量的確定應(yīng)以探測(cè)器系統(tǒng)的信噪比為基礎(chǔ)。最佳放大倍數(shù)是對(duì)某個(gè)數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng),可使檢測(cè)圖像獲得最高空間分辨力(最小不清晰度)的放大倍數(shù)。理論上可給出,當(dāng)不清晰度采用三次方關(guān)系時(shí),最佳放大倍數(shù)為:當(dāng)不清晰度采用二次方關(guān)系時(shí),其為兩式差別不大,試驗(yàn)證實(shí)了這些關(guān)系式的正確性。曝光量以探測(cè)器系統(tǒng)的信噪比為基礎(chǔ)選取,類似于膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)關(guān)于底片黑度限制對(duì)曝光量的要求。4.2圖像數(shù)字化量化個(gè)數(shù)數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)通過(guò)圖像數(shù)字化技術(shù)獲得數(shù)字檢測(cè)圖像。按照?qǐng)D像數(shù)字化過(guò)程,圖像數(shù)字化技術(shù)控制包括兩方面。一是圖像數(shù)字化的采樣間隔,二是圖像數(shù)字化的量化位數(shù)。圖3清楚顯示了圖像數(shù)字化的采樣間隔對(duì)檢測(cè)圖像細(xì)節(jié)分辨的影響(圖中D為圖像細(xì)節(jié)寬度,U為圖像不清晰度)。關(guān)于采樣間隔控制,理論上按采樣定理處理。實(shí)際中可按檢測(cè)工作要求的檢測(cè)圖像不清晰度處理。量化位數(shù)由圖像數(shù)字化的A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)決定。對(duì)它的基本要求是,它必須保證量化分辨力小于最小輸入信號(hào)、量化最大值大于最大輸入信號(hào),量化的動(dòng)態(tài)范圍不小于輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍(分貝值)。一個(gè)簡(jiǎn)單的關(guān)系是4.3視覺(jué)特性:作為壓力的基礎(chǔ),是受圖像顯示評(píng)定技術(shù)客觀上主要是圖像顯示與觀察條件控制,它的基礎(chǔ)是人眼睛的視覺(jué)特性。因此,基礎(chǔ)方面與膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)相同,需要增加的是關(guān)于顯示器的要求,這在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中都作出了具體規(guī)定。4.4性能長(zhǎng)期穩(wěn)定性試驗(yàn)為保證數(shù)字射線檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定、可靠,必須保證檢驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)處于穩(wěn)定受控狀態(tài)。為此,需要采取的主要措施是,編制檢驗(yàn)工藝文件、進(jìn)行系統(tǒng)性能長(zhǎng)期穩(wěn)定性試驗(yàn)。由于探測(cè)器系統(tǒng)長(zhǎng)期使用,其在使用壽命期間性能可能發(fā)生的變化,將成為影響技術(shù)穩(wěn)定性的重要因素(其改變可能超出檢驗(yàn)應(yīng)用性能