X射線實(shí)時(shí)成像檢測圖像最佳放大倍數(shù)和最小檢出缺陷(共3頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘要： 根據(jù)射線檢測的基本理論，推導(dǎo)出X射線實(shí)時(shí)成像檢測圖像的最佳放大倍數(shù)和最小檢出缺陷公式，對實(shí)時(shí)成像檢測工藝具有指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)成像；檢測；最佳放大倍數(shù)；最小檢出缺陷引言X射線實(shí)時(shí)成像檢測技術(shù)作為一種新的無損檢測技術(shù)，現(xiàn)已進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。為進(jìn)一步探討X射線實(shí)時(shí)成像理論，本文僅對檢測圖像的最佳放大倍數(shù)和可檢出最小缺陷問題作些分析。1.圖像放大的必然性和必要性1.1圖像放大的必然性在射線膠片照相探傷工藝中，膠片是緊貼探傷工件背面的，所拍攝底片影像的大小與工件檢測部位的大小幾乎是一致的；然而在X射線實(shí)時(shí)成像檢測中，圖像增強(qiáng)器（或成像板）是金屬殼體器具，其輸入屏不

2、可能象膠片那樣緊貼在被檢測工件的表面上，工件只能置于X射線源（焦點(diǎn)）至圖像增強(qiáng)器（或成像板）之間的某一位置。根據(jù)幾何投影的原理，成像平面上得到的測檢圖像必然是放大的，放大的程度取決于X射線源（焦點(diǎn)）至檢測工件表面的距離和檢測工件表面至成像平面的距離。當(dāng)X射線源焦點(diǎn)尺寸很小時(shí)，根據(jù)相似三角形定理，圖像放大倍數(shù)M為：式中：M 圖像放大倍數(shù)L1 X射線源至檢測工件表面的距離L2 檢測工件表面至成像平面的距離1.2 圖像放大的必要性在X射線膠片照相探傷工藝中，膠片曝光實(shí)質(zhì)是一定的光量能量子在較長曝光時(shí)間內(nèi)連續(xù)積累的過程，底片黑度可以通過調(diào)節(jié)曝光量和顯影技術(shù)得到控制。由于膠片乳劑顆粒（相對于顯示器中的像

3、素而言）非常細(xì)微，它對射線照相底片質(zhì)量的改善具有先天性的有利條件，通過控制射線源尺寸和透照距離，能夠獲得較高質(zhì)量的底片。在X射線實(shí)時(shí)成像檢測中，由于圖像的截體 顯示器的像素較大（相對于膠片的乳劑顆粒而言），因而圖像的質(zhì)量受到較大的影響。采取圖像放大技術(shù)，可以彌補(bǔ)成像器件光電轉(zhuǎn)換屏的熒光物顆粒度較大和顯示器像素較大的先天不足，有利于提高X射線實(shí)時(shí)成像的圖像質(zhì)量。圖像放大后，檢測工件的影像得到放大，工件中細(xì)小缺陷的影像也隨之放大，因而變得容易識別；同時(shí)，由于圖像放大，圖像分辨率得到提高，圖像不清晰度隨之下降，有利于圖像質(zhì)量的改善，其改善的效果可由下式表達(dá)：式中：U0 圖像放大后的不清晰度U 圖像的

4、總不清晰度2 圖像不清晰度問題根據(jù)射線檢測的經(jīng)典理論，圖像的總不清晰度（U）受固有不清晰度（Ui）和幾何不清晰度（Ug）以及移動不清晰度的綜合影響，當(dāng)采取靜止成像時(shí)，移動不清晰度可不予考慮?？偟牟磺逦龋║）與固有不清晰度（Ui）和幾何不清晰度（Ug）之間的關(guān)系不是簡單的算術(shù)相加關(guān)系，其關(guān)系可用下式來表達(dá)：式中：Ui 系統(tǒng)固有不清晰度Ug 圖像幾何不清晰度系統(tǒng)固有不清晰度（Ui）由X射線實(shí)時(shí)成像檢測系統(tǒng)（設(shè)備）所決定，主要受成像器件轉(zhuǎn)換屏材料的顆粒度和顯示器像素大小的影響。當(dāng)X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)（設(shè)備）的配置確定之后，系統(tǒng)的固有不清晰度就隨之確定。系統(tǒng)固有不清晰度的量值可以用圖像分辨率測試卡直接

5、測試出來，因此在檢測工藝計(jì)算時(shí)，將系統(tǒng)固有不清晰度作為已知條件。幾何不清晰度（Ug）由成像的幾何條件決定。由于焦點(diǎn)并非是真正的“點(diǎn)”，而是具有一定尺寸的平面， 根據(jù)幾何投影的原理，X射線在檢測工件的邊緣會產(chǎn)生半影，半影的寬度Ug即為幾何不清晰度。式中：d X射線源焦點(diǎn)尺寸通常認(rèn)為幾何不清晰度是不可靠的，它會使圖像的邊界影像變得模糊，因此，在實(shí)時(shí)成像工藝中，應(yīng)盡量減小幾何不清晰度圖像放大對圖像質(zhì)量的影響是有利有弊。由公式（1）可知，隨著圖像放大倍數(shù)的增大，圖像不清晰度減小，有利于圖像質(zhì)量的提高，如圖3曲線1所示；但是，根據(jù)公式（4），隨著圖像放大倍數(shù)的增大，圖像的幾何不清晰度也隨之增大，不利于圖

6、像質(zhì)量的改善，如圖3曲線2所示，兩條曲線的交匯點(diǎn)對應(yīng)的Mopt則表示成像工藝中所追求的最佳放大倍數(shù)。3 最佳放大倍數(shù)由公式（2）和公式（3）得到：上式為復(fù)合函數(shù)，令= ，d為常數(shù)，對M求Ug的偏導(dǎo)數(shù)：令  ，即   解方程，得到求f（M）的二階導(dǎo)數(shù)，得到f（M0）0 ，根據(jù)極值判定準(zhǔn)則，則函數(shù)f（M）有最小值；f（M）函數(shù)有最小值令Mopt =M ，則得到Mopt表示實(shí)時(shí)成像檢測工藝中的最佳放大倍數(shù)。4 可檢出的最小缺陷尺寸假設(shè)工件內(nèi)有一缺陷，缺陷的寬度（x）小于焦點(diǎn)的寬度d，即xd，當(dāng)缺陷的寬度足夠小時(shí)，根據(jù)幾何投影的原理，缺陷在成像平面上的本影縮小成為一點(diǎn)，此

7、缺陷不可能被檢測出來：假設(shè)缺陷的高度（T）等于缺陷的寬度，即T =x，那么由此缺陷邊緣所引起的幾何不清晰度可改寫為：在一般情況下，為了得到更佳的清晰度，則應(yīng)大于，即：在更一般情況下，即在同時(shí)考慮幾何不清晰度和系統(tǒng)固有不清晰度的情況下，則上式可改寫為：在圖像放大情況下，可檢出缺陷尺寸為上式表示，在X射線實(shí)時(shí)成像檢測中，可檢出缺陷尺寸由檢測圖像的不清晰度與放大倍數(shù)所決定。圖像的不清晰度（U0）可用分辨率測試卡直接測試出數(shù)值。在缺陷尺寸很小的情況下，圖像最佳放大倍數(shù)M0tp可改寫為：那么，在最佳放大倍數(shù)條件下，可檢出的最小缺陷尺寸為：5 公式的指導(dǎo)作用最佳放大倍數(shù)和可檢出最小缺陷尺寸公式對于X射線實(shí)

8、時(shí)成像檢測工藝具有指導(dǎo)作用。在系統(tǒng)的設(shè)備確定之后，系統(tǒng)固有不清晰度和射線管的焦點(diǎn)尺寸是已知條件，用公式（5）可計(jì)算出最佳放大倍數(shù)。例如，某X射線實(shí)時(shí)成像檢測系統(tǒng)，用分辨率測試卡測出其系統(tǒng)固有不清晰度為0.28mm，已知焦點(diǎn)尺寸為0.4mm，計(jì)算出最佳放大倍數(shù)為1.6，在制訂檢測工藝時(shí)，令檢測放大倍數(shù)等于最佳放大倍數(shù)，根據(jù)檢測工件的透照厚度和透照K值，選擇焦距和透照參數(shù)及其他因素（如散射線的屏蔽），則檢測工藝很快可確定下來。6 小焦點(diǎn)的作用及其制約因素從公式（4）和（5）可以看出，在確定幾何不清晰度和最佳放大倍數(shù)時(shí)，X射線源的焦點(diǎn)尺寸是很重要的參數(shù)，焦點(diǎn)尺寸減小可以使放大倍數(shù)增加，有利于改善圖像質(zhì)量。從公式（5）和（6）可以看出，減小焦點(diǎn)尺寸能夠檢出更小的缺陷，有利提高X射線實(shí)時(shí)成像檢測的可靠性。但是，焦點(diǎn)尺寸減小意味著X射線強(qiáng)度減小，這會使檢測圖像的亮度和對比度下降，不利于圖像的觀察。據(jù)X射線探傷機(jī)制造廠商稱：按照目前的技術(shù)水平，制造高管電壓、微小焦點(diǎn)的X射線探傷機(jī)還比較困難，如果冷卻不好，小焦點(diǎn)很容易被“燒壞”。目前探傷機(jī)廠能夠提供的小焦點(diǎn)X射線探傷機(jī)是：160 kV恒壓式X射線系統(tǒng)，焦點(diǎn)尺寸 0.4mm×0.4mm；225 kV恒壓式X射線系統(tǒng)，焦點(diǎn)尺寸0.8mm×0.8mm；320 kV恒壓式X射線系統(tǒng)，焦點(diǎn)尺寸1.2mm×1.2mm；45