1、Tel:Email: liang-li-,射線(xiàn)數(shù)字成像（DR）技術(shù),中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院 梁麗紅 北京市朝陽(yáng)區(qū)和平街西苑2號(hào)樓,Tel:Email: liang-li-,射線(xiàn)檢測(cè)分類(lèi) 射線(xiàn)數(shù)字成像檢測(cè)系統(tǒng) 射線(xiàn)數(shù)字成像像質(zhì)評(píng)價(jià) JB/T4730.11標(biāo)準(zhǔn),Tel:Email: liang-li-,1、 射線(xiàn)檢測(cè)分類(lèi),Tel:Email: liang-li-,現(xiàn)有檢測(cè)系統(tǒng) 1、膠片照相檢測(cè)系統(tǒng) 2、圖像增強(qiáng)器檢測(cè)系統(tǒng) 3、CR檢測(cè)系統(tǒng) 4、DR檢測(cè)系統(tǒng) 5、CT檢測(cè)系統(tǒng) 6、康普頓背

2、散射檢測(cè)系統(tǒng),Tel:Email: liang-li-,1.1 按射線(xiàn)成像結(jié)果分類(lèi),模擬成像系統(tǒng),數(shù)字成像系統(tǒng),Tel:Email: liang-li-,1）模擬成像系統(tǒng) 成像結(jié)果并非數(shù)字信號(hào)，無(wú)法直接使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理。 （1）膠片照相（Film-screen） 使用“膠片”作為成像器件的射線(xiàn)成像系統(tǒng) （2）工業(yè)電視（Image Identify TV-IITV） 采用圖像增強(qiáng)器+CCD視屏相作為成像器件的射線(xiàn)成像系統(tǒng)。俗稱(chēng)：“工業(yè)電視”。,Tel:Email: liang-li-,2）數(shù)字成像系統(tǒng) 成像

3、結(jié)果為數(shù)字圖像，可使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)圖像處理。 （1）直接數(shù)字成像系統(tǒng)（DR） 使用“數(shù)字探測(cè)器”作為成像器件的射線(xiàn)成像系統(tǒng) 數(shù)字探測(cè)器射線(xiàn)光子到數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)換過(guò)程是由獨(dú)立單元完成的。 （2）間接數(shù)字成像系統(tǒng)（圖像增強(qiáng)器、CR） 射線(xiàn)光子到數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)換過(guò)程是由分立單元分步完成的。,Tel:Email: liang-li-,1.2 按檢測(cè)系統(tǒng)與被檢工件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類(lèi) （1）靜態(tài)（止）成像 靜態(tài)成像是指對(duì)試件的同一部位進(jìn)行曝光、成像。在一定的時(shí)間內(nèi)，輸出單幅、靜止的圖像。 系統(tǒng)包括：膠片照相、DR、CR 注：數(shù)字成像的時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于膠片照相的時(shí)間。,Tel: 010-

4、59068310 Email: liang-li-,（2）動(dòng)態(tài)(實(shí)時(shí))成像 動(dòng)態(tài)（實(shí)時(shí)）成像是指以一定幀頻的采集速率實(shí)現(xiàn)連續(xù)成像。 被檢工件通過(guò)機(jī)械掃描裝置與檢測(cè)系統(tǒng)裝置做相對(duì)連續(xù)運(yùn)動(dòng)（旋轉(zhuǎn)或平移），射線(xiàn)源連續(xù)發(fā)射線(xiàn)，射線(xiàn)成像器件對(duì)不同位置的試件進(jìn)行連續(xù)曝光，連續(xù)的采集并顯示不同檢測(cè)位置的圖像。,Tel:Email: liang-li-,注：實(shí)時(shí)成像 人眼在觀察時(shí)不會(huì)感到圖像的跳動(dòng)，圖像是隨著被檢工件的運(yùn)動(dòng)而連續(xù)變化的。 系統(tǒng)包括：DR、圖像增強(qiáng)器技術(shù) 注：步進(jìn)檢測(cè),Tel:Email: liang-li-,1.3 射線(xiàn)數(shù)字成像分類(lèi)（DR

5、） 按照數(shù)字探測(cè)器的成像技術(shù)分為： 直接轉(zhuǎn)換技術(shù) 間接轉(zhuǎn)換技術(shù),Tel:Email: liang-li-,1） 直接轉(zhuǎn)換 射線(xiàn)光子 數(shù)字信號(hào) 數(shù)字圖像 射線(xiàn)光子透照物體后，在數(shù)字探測(cè)器中直接把射線(xiàn)衰減信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后以數(shù)字圖像的形式顯示。,Tel:Email: liang-li-,2） 間接轉(zhuǎn)換 射線(xiàn)光子 可見(jiàn)光 數(shù)字信號(hào) 數(shù)字圖像 射線(xiàn)光子透照物體后，在數(shù)字探測(cè)器中，首先經(jīng)過(guò)閃爍體屏（熒光屏）把射線(xiàn)光子轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光，然后再由后續(xù)電路把可見(jiàn)光信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后以數(shù)字圖像的形式顯示。,2、射線(xiàn)數(shù)字成像檢測(cè)系

6、統(tǒng)概述,2.1 系統(tǒng)組成 射線(xiàn)源 被檢工件 數(shù)字探測(cè)器 機(jī)械傳動(dòng) 控制與處理,Tel:Email: liang-li-,與膠片照相不同之處： 增加了硬件（機(jī)械支撐與傳動(dòng)）與軟件（數(shù)據(jù)采集、控制、圖像處理）； 減少了膠片暗室處理環(huán)節(jié)。,Tel:Email: liang-li-,2.2 特點(diǎn) 圖像質(zhì)量可以和X射線(xiàn)照相底片質(zhì)量相媲美 降低了射線(xiàn)劑量、提高了檢測(cè)效率 具有很大的寬容度 一次投入成本高,2.3 射線(xiàn)數(shù)字成像檢測(cè)原理 射線(xiàn)透照被檢工件，衰減后的射線(xiàn)光子被數(shù)字探測(cè)器接收，經(jīng)過(guò)一系列的轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)放大和A/D轉(zhuǎn)換，通過(guò)計(jì)算

7、機(jī)處理，以數(shù)字圖像的形式輸出在顯示器上。,Tel:Email: liang-li-,2.4 主要概念 (1)像素（像元） Pixel 數(shù)字圖像都是由無(wú)數(shù)個(gè)點(diǎn)組成的，組成圖像的每一個(gè)點(diǎn)就稱(chēng)為像素。 它是構(gòu)成圖像的最小單位。 注：壞像素,Tel:Email: liang-li-,（2）填充因子（系數(shù)） 指數(shù)字成像器件一個(gè)像素中敏感區(qū)域占總像素面積的百分比。,Tel:Email: liang-li-,（3）灰度（Gray） 定義：圖像中像素顯示的亮度。相當(dāng)于膠片底片的黑度。 灰度等級(jí)：灰度的變化范圍。單位：Bit 決

8、定因素：模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換的位數(shù)。如：8位A/D轉(zhuǎn)換，即8Bit?；叶鹊燃?jí)為28=256。,Tel:Email: liang-li-,（4）動(dòng)態(tài)范圍（Dynamic Range） 定義：最大輸出灰度值和暗場(chǎng)噪聲(標(biāo)準(zhǔn)差）的比值。,Tel:Email: liang-li-,（5）信噪比（Signal Noise Ratio） 定義：檢測(cè)特征信號(hào)與噪聲(標(biāo)準(zhǔn)差）的比值。,Tel:Email: liang-li-,（6）響應(yīng)不一致性 探測(cè)器固有的特性，在均勻輻照均質(zhì)工件（或空屏）的條件下，由于數(shù)字探測(cè)器對(duì)射線(xiàn)響

9、應(yīng)的不一致，致使輸出圖像亮度呈非均勻性的條紋。,2.5 數(shù)字探測(cè)器特性： （1）組成探測(cè)器的各個(gè)像素尺寸決定了成像系統(tǒng)的空間分辨率，以及射線(xiàn)劑量； （2）數(shù)字探測(cè)器都會(huì)有壞像素(包括壞點(diǎn)或壞行) 對(duì)此必須其進(jìn)行校正。 （3）探測(cè)器的不一致性的校正是獲得高像質(zhì)圖像的一個(gè)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。 （4）受環(huán)境的限制。,Tel:Email: liang-li-,2.6 數(shù)字探測(cè)器分類(lèi) 按照一次成像形式分為： 面陣探測(cè)器 （平板探測(cè)器） 線(xiàn)陣探測(cè)器,Tel:Email: liang-li-,2.6.1 平板探測(cè)器 目前市場(chǎng)上有三類(lèi)： 非晶硒 非晶硅 CM

10、OS,Tel:Email: liang-li-,1） 非晶硒平板探測(cè)器 （1）結(jié)構(gòu),（2）工作原理 探測(cè)器有一厚的光電導(dǎo)層（典型的是用200500m的非晶硒），光電導(dǎo)層兩面的電極板間加有高電壓，光電導(dǎo)層吸收X-射線(xiàn)光子，激發(fā)出電子/空穴對(duì)，并在所加電場(chǎng)下運(yùn)動(dòng)至相應(yīng)電極。到達(dá)像元電極的電荷給存儲(chǔ)電容充電，產(chǎn)生相應(yīng)電荷的變化。電容中的累積電荷由TFT（Thin Film Transistor即薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管）進(jìn)行控制，讀出，經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換等處理形成數(shù)字化圖像輸出。,（3）特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：成像分辨率比較高 轉(zhuǎn)換效率比較高 缺點(diǎn)：在圖像邊緣分辨率低； 要求510kV的高電

11、壓； 對(duì)環(huán)境溫度敏感； 抗震性能差； 兩次曝光的時(shí)間間隔較長(zhǎng)。,Tel:Email: liang-li-,2） CMOS平板探測(cè)器 （1）結(jié)構(gòu) 定義：CMOS Complementary Metal Oxide Silicon，互補(bǔ)金屬氧化硅半導(dǎo)體。 組成：閃爍體屏+CMOS記憶芯片,（2）工作原理 當(dāng)射線(xiàn)穿過(guò)被照體后，入射到探測(cè)器熒光層，產(chǎn)生與入射射線(xiàn)相對(duì)應(yīng)的熒光（可見(jiàn)光）。光纖將這些可見(jiàn)光耦合到CMOS芯片上。再由CMOS芯片將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并將這些電信號(hào)儲(chǔ)存起來(lái)，從而捕獲到所需要的圖像信息。圖像信息經(jīng)放大、讀出，送到圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。,（3）特點(diǎn) 壽

12、命較長(zhǎng) 適應(yīng)溫度范圍大 像素尺寸可達(dá)80um 分辨率高,Tel:Email: liang-li-,3） 非晶硅平板探測(cè)器 （1）結(jié)構(gòu),Tel:Email: liang-li-,（2） 工作原理 射線(xiàn)透照探測(cè)器，射線(xiàn)光子由閃爍體屏轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光，再由非晶硅光敏陣列轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換形成數(shù)字信號(hào)輸出。,Tel:Email: liang-li-,（3） 特點(diǎn) 高對(duì)比度靈敏度 高的空間分辨率 輸出灰度范圍：1214Bit 較大的成像面積 圖像采集幀頻可調(diào),Tel:Email: l

13、iang-li-,2.6.2 線(xiàn)陣探測(cè)器 上世紀(jì)八十年代，出現(xiàn)線(xiàn)陣探測(cè)器，形成了真正意義上的數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)。,Tel:Email: liang-li-,1 ) 線(xiàn)陣探測(cè)器分類(lèi) 基于CMOS技術(shù)和基于非晶硅技術(shù)兩種 各自的組成、工作原理 特例：一次成像輸出一行。,Tel:Email: liang-li-,2) 線(xiàn)掃描DR 通過(guò)被檢工件與線(xiàn)陣列探測(cè)器之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將連續(xù)掃描獲得的線(xiàn)信息重新組合成圖像的面信息，從而完成整個(gè)的檢測(cè)過(guò)程。 特點(diǎn)：被檢工件必須在X射線(xiàn)源與線(xiàn)陣列探測(cè)器之間作相對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)才能成像。,Tel:/p>

14、 Email: liang-li-,3) 特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：像元間距可小到0.08mm，對(duì)于亞毫米級(jí)的閃爍體膜層，具有約6lp/mm的高空間分辨率（理論）；散射小。靜態(tài)成像對(duì)比度可達(dá)到膠片照相B級(jí)。 缺點(diǎn)：線(xiàn)陣探測(cè)器的對(duì)機(jī)械傳動(dòng)要求高，成像速度慢，影響了檢測(cè)效率；射線(xiàn)劑量要求高。,4) 應(yīng)用 線(xiàn)陣探測(cè)器主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)層析成像（CT, Computed Tomography）、工業(yè)2D-CT成像、海關(guān)集裝箱檢測(cè)以及包裹檢測(cè)等方面。 線(xiàn)陣探測(cè)器成像系統(tǒng)也用在工業(yè)成像檢測(cè)中，目前常用于鍋爐焊管的對(duì)接焊縫檢測(cè)中。,3、射線(xiàn)數(shù)字成像像質(zhì)的評(píng)價(jià),Tel:Email: liang-li

15、-,3.1 像質(zhì)影響因素 （1）像素尺寸 （2）焦點(diǎn)大小 （3）信噪比 （4）透照參數(shù) （電壓、曝光量、幾何參數(shù)） （5） 動(dòng)態(tài)范圍 （6）噪聲 （7）壞像素 （8）數(shù)字探測(cè)器響應(yīng)不一致性,Tel:Email: liang-li-,3.2 像質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo) 對(duì)比度靈敏度、分辨率,對(duì)比度靈敏度和空間分辨率是一對(duì)相互制約的關(guān)系，如何均衡是實(shí)現(xiàn)高信噪比、高像質(zhì)成像的關(guān)鍵。,Tel:Email: liang-li-,（1）對(duì)比度靈敏度 像質(zhì)計(jì)靈敏度，利用像質(zhì)計(jì)評(píng)定。,Tel:Email: liang-li-,（2）分辨率

16、空間分辨率、密度分辨率,Tel:Email: liang-li-,（2）分辨率 空間分辨率 系統(tǒng)所能分辨的兩個(gè)相鄰細(xì)節(jié)間的最小距離。 單位：用lp/mm（線(xiàn)對(duì)/毫米）表示。 影響因素：成像器件固有特性、系統(tǒng)幾何參數(shù)、源焦點(diǎn)尺寸、轉(zhuǎn)換屏厚度 測(cè)試：利用分辨率測(cè)試卡或雙絲像質(zhì)計(jì)通過(guò)靜止成像得到的。,不同空間分辨率成像比較,4、 JB/T4730.11 承壓設(shè)備 無(wú)損檢測(cè)X射線(xiàn)數(shù)字成像檢測(cè),4.1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀,5.1.1 國(guó)外標(biāo)準(zhǔn) 實(shí)時(shí)成像標(biāo)準(zhǔn)（圖像增強(qiáng)器） DR標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)發(fā)布 數(shù)字探測(cè)器標(biāo)準(zhǔn),4.1.2 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn) GB 17925-1999氣瓶對(duì)接焊縫X射線(xiàn)實(shí)時(shí)成像檢測(cè) GB/T 19293-2003對(duì)接焊縫X射線(xiàn)實(shí)時(shí)成像檢測(cè)法,4.2 JB/T4730.11 4.2.1 概述 目的：代替膠片照相，提高檢測(cè)效率 基本原則：基于4730.2檢測(cè)技術(shù)等級(jí) 質(zhì)量分級(jí)的要求,4