數(shù)字射線成像DR檢測技術(shù)

射線數(shù)字成像（DR）檢測技術(shù)四川瑞迪射線數(shù)字影像技術(shù)有限責(zé)任公司向前公司地址：四川成都市高新區(qū)天華路299號中心地址：四川省綿陽市高新區(qū)創(chuàng)業(yè)大道中段237號2012/16/8Telmail：

Telmail：一射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)二射線數(shù)字成像像質(zhì)評價三射線數(shù)字成像檢測標(biāo)準(zhǔn)支撐主要內(nèi)容一、射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)(DR)Telmail：射線檢測技術(shù)作為產(chǎn)品質(zhì)量檢測的重要手段，經(jīng)過百年的歷史，已由簡單的膠片和熒屏射線照相發(fā)展到了數(shù)字成像檢測。隨著信息技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和光電技術(shù)等的發(fā)展，射線數(shù)字成像技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展，新的射線數(shù)字成像方法不斷涌現(xiàn)，給射線檢測賦予了更廣泛的內(nèi)涵。

射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)是先進(jìn)的射線數(shù)字成像技術(shù)為核心，通常由數(shù)字探測器、射線源、檢測工裝、計算機(jī)系統(tǒng)四個部分組成。工程建設(shè)焊接射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)1、長輸管道焊接檢測系統(tǒng)數(shù)字平板探測器檢測工裝管道爬行器（含管頭）計算機(jī)系統(tǒng)通過中石油西南油氣田工程應(yīng)用評審工程建設(shè)焊接射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)2、煉化管道焊接便攜式檢測系統(tǒng)(a)射線數(shù)字成像無線傳輸、采集，確保傳輸速度和圖像不失真；(b)設(shè)計制作滿足不同規(guī)格煉化管道焊縫檢測的系列射線數(shù)字成像技術(shù)配套工裝；(c)射線機(jī)、機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)小型化、便攜化，通過驅(qū)動裝置或電池統(tǒng)一供電，減少各種連接線；(d)平板探測器的工程現(xiàn)場適用性、耐候性防護(hù)環(huán)境適應(yīng)溫度（空氣溫度）：-10℃至40℃防護(hù)級別：IP65中國石油工程建設(shè)公司七建已獲建設(shè)板塊科技立項。工程建設(shè)焊接射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)3.大型儲罐焊接自動化檢測系統(tǒng)(a)滿足壁厚40mm以下鋼質(zhì)正裝立式儲罐罐壁對接環(huán)焊縫與縱焊縫的數(shù)字化成像及自動檢測；(b)檢測速度不小于1m/3min；(c)系統(tǒng)空間分辨率大于等于2.5LP/m；(d)機(jī)械系統(tǒng)環(huán)向定位精度小于等于±5mm，縱向定位精度小于等于±3mm；(e)射線檢測整體工效提高2倍以上。寰球工程公司六建已獲建設(shè)板塊科技立項在系統(tǒng)構(gòu)成上與傳統(tǒng)的膠片檢測比較：

增加了硬件：檢測工裝與計算機(jī)系統(tǒng)增加了軟件：數(shù)據(jù)采集、運動控制、圖像處理

與數(shù)據(jù)庫等減少了膠片與洗液等耗材的使用在檢測流程上與傳統(tǒng)的膠片檢測比較：不具有暗室處理環(huán)節(jié)，可立即得到檢測結(jié)果，

并進(jìn)行評定。Telmail：

空間分辨率較低，厚度靈敏度較高

輻射劑量要求低檢測效率高具有很大的寬容度探測器無法彎曲，有一定厚度，在役檢測受限易于儲存、快速查詢和統(tǒng)計Telmail：在技術(shù)特點上與傳統(tǒng)的膠片檢測比較：射線數(shù)字成像技術(shù)分類按檢測系統(tǒng)與被檢工件的運動狀態(tài)分類靜態(tài)（止）成像靜態(tài)成像是指對試件的同一部位進(jìn)行曝光、成像。在一定的時間內(nèi)，輸出單幅、靜止的圖像。(右圖為長輸管線對接焊縫檢測，采用靜態(tài)成像方式)Telmail：動態(tài)成像動態(tài)成像是指以一定幀頻的采集速率實現(xiàn)連續(xù)成像。被檢工件通過機(jī)械掃描裝置與檢測系統(tǒng)裝置做相對連續(xù)運動（旋轉(zhuǎn)或平移），射線源連續(xù)發(fā)射線，射線成像器件對不同位置的試件進(jìn)行連續(xù)曝光，連續(xù)的采集并顯示不同檢測位置的圖像。(右圖為鋼管制造焊縫檢測，采用動態(tài)成像)Telmail：11（間接成像）（直接成像）按照數(shù)字探測器的成像技術(shù)分為：間接轉(zhuǎn)換技術(shù)：射線光子可見光電信號數(shù)字圖像直接轉(zhuǎn)換技術(shù)：射線光子

電信號數(shù)字圖像以下為非晶硅平板探測器（間接成像）與非晶硒平板探測器（直接成像）示意圖Telmail：X射線首先撞擊其表面的閃爍體層，該閃爍層以所撞擊的射線能量成正比的關(guān)系發(fā)出光電子，這些光電子被下面的非晶硅光電二級管陣列采集到，并且將它們轉(zhuǎn)化成電壓，再將這些電壓轉(zhuǎn)換為每個像素的數(shù)字值。由于存在將射線轉(zhuǎn)換為可見光的過程，所以稱之為間接成像。間接成像原理：直接將透過物體的射線光子轉(zhuǎn)化為電壓然后將電壓轉(zhuǎn)化為每個像素的數(shù)字值，而不存在將射線轉(zhuǎn)換為可見光的過程，所以被成為直接圖像。直接成像原理：線衰減系數(shù)(cm-1)能量(kV)101001000

104103102101100碘化銫-非晶硅A-Se非晶硒比較：直接成像技術(shù)（非晶硒）由于不存在轉(zhuǎn)換為可見光的環(huán)節(jié)，不會發(fā)生彌散，空間分辨率取決于單位面積內(nèi)薄膜晶體管陣列大小，通常情況下會高于間接成像技術(shù)（非晶硅），但由于X射線轉(zhuǎn)換為點信號完全依賴于非晶硒層產(chǎn)生的電子空穴對，其量子探測效率DQE取決于非晶硒層產(chǎn)生電荷的能力，通常情況下低于間接成像技術(shù)，即相同輻射劑量下，圖像對比度較低。此外，直接成像技術(shù)（非晶硒）成像速度較慢，無法滿足實時成像要求。（右圖為兩者對射線吸收系數(shù)對比）按數(shù)字探測器一次成像形式分為：面陣列探測器（平板探測器）

線陣列探測器主要概念像素（像元）Pixel數(shù)字圖像都是由無數(shù)個點組成的，組成圖像的每一個點

就稱為像素。

它是構(gòu)成圖像的最小單位。Telmail：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?；叶鹊燃墸夯叶鹊淖兓秶挝唬築it決定因素：模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換的位數(shù)。如：8

位A/D轉(zhuǎn)換，即8Bit?；叶鹊燃墳?8=256。Telmail：動態(tài)范圍（DynamicRange）

定義：最大輸出灰度值和暗場噪聲(標(biāo)準(zhǔn)差）的比值。

注：如果系統(tǒng)的灰度輸出范圍為12bit，設(shè)暗場噪聲

為2，則其動態(tài)范圍為：2000：1，而不是4096Telmail：信噪比（SignalNoiseRatio）

定義：檢測特征信號與噪聲(標(biāo)準(zhǔn)差）的比值。響應(yīng)不一致性

探測器固有的特性。在均勻輻照均質(zhì)工件（或空屏）的條件下，由于數(shù)字探測器對射線響應(yīng)的不一致，致使輸出圖像亮度呈非均勻性的條紋。

Telmail：數(shù)字探測器特性像素尺寸決定了成像系統(tǒng)的分辨率，以及射線劑量；圖像校正；

隨機(jī)噪聲偏置誤差響應(yīng)不一致瑕疵像元受環(huán)境的限制。Telmail：非晶硅平板探測器Telmail：組成結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路閃爍體晶體層非晶硅陣列讀出電路像素Row1Row2Row3VbiasGateDriverReadoutASIC原理圖RowLineDataLineBiasLinePhotodiodeTFTSwitchOnePixel127mpitch像素結(jié)構(gòu)不同閃爍體對比行選擇數(shù)據(jù)讀出反向偏壓行選擇像素X射線特點高對比度靈敏度高的空間分辨率輸出灰度范圍：12～14Bit

較大的成像面積圖像采集幀頻可調(diào)

Telmail：線陣探測器起源于上世紀(jì)八十年代，其出現(xiàn)標(biāo)志著的射線檢測技術(shù)進(jìn)入真正意義上數(shù)字化階段。

Telmail：線陣探測器可分為：基于CMOS技術(shù)和基于非晶硅技術(shù)兩種其特點是：一次只輸出一行圖像，需要連續(xù)掃描才能完成整個檢測圖像采集。COMS線陣探測器組成結(jié)構(gòu)COMS線陣探測器成像原理由尖端閃爍體層將X射線轉(zhuǎn)換為可見光，并經(jīng)過光學(xué)纖維傳導(dǎo)至CMOS傳感器。COMS傳感器核心結(jié)構(gòu)上每單位像素點由一個感光電極、一個電信號轉(zhuǎn)換單元、一個信號傳輸晶體管，以及一個信號放大器所組成。理論上CMOS感受到的光線經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后使電極帶上負(fù)電和正電，這兩個互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電信號（電流或者電勢差）被CMOS從一個一個像素當(dāng)中順次提取至外部的A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換器上再被處理芯片記錄解讀成影像。Telmail：COMS線陣探測器工作方式通過被檢工件與線陣列探測器之間作相對運動，將連續(xù)掃描獲得的線信息重新組合成圖像的面信息，從而完成整個的檢測過程。

特點：被檢工件必須在X射線源與線陣列探測器之間作相對勻速運動才能成像。COMS線陣探測器優(yōu)缺點：優(yōu)點：像元間距可小到0.08mm，對于亞毫米級的閃爍體膜層，具有約6lp/mm的高空間分辨率（理論）；散射小。靜態(tài)成像對比度靈敏度高。缺點：線陣探測器的對機(jī)械傳動要求高，成像速度慢，影響了檢測效率；射線劑量要求高。Telmail：COMS線陣列探測器應(yīng)用線陣探測器主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)層析成像（CT,ComputedTomography）、工業(yè)2D-CT成像、海關(guān)集裝箱檢測以及包裹檢測等方面。線陣探測器成像系統(tǒng)也用在工業(yè)成像檢測中，目前常用于鍋爐焊管的對接焊縫檢測中。Telmail：Telmail：二、射線數(shù)字成像像質(zhì)評價像質(zhì)影響因素像素尺寸焦點大小信噪比透照參數(shù)（電壓、曝光量、幾何參數(shù)）動態(tài)范圍噪聲數(shù)字探測器響應(yīng)不一致性像質(zhì)評價指標(biāo)---對比度靈敏度、空間分辨率對比度靈敏度和空間分辨率是一對相互制約的關(guān)系，如何均衡是實現(xiàn)高信噪比、高像質(zhì)成像的關(guān)鍵。Telmail：像質(zhì)評價方法---像質(zhì)計靈敏度對比靈敏度：孔型像質(zhì)計或單絲像質(zhì)計系統(tǒng)分辨率：雙絲像質(zhì)計或分辨率測試卡圖像分辨率：雙絲像質(zhì)計空間分辨率測試空間分辨率通常指系統(tǒng)空間分辨率與圖像空間分辨率，其單位為：用lp/mm（線對/毫米）Telmail：系統(tǒng)分辨率：指在無被檢工件的情況下，當(dāng)透照幾何放大倍數(shù)接近于1時，檢測系統(tǒng)所能分辨的兩個相鄰細(xì)節(jié)間的最小距離。反映了檢測系統(tǒng)本身的特性圖像分辨率：檢測系統(tǒng)所能分辨的被檢工件圖像中兩個相鄰細(xì)節(jié)間的最小距離。分辨率影響因素圖像分辨率影響因素：成像器件固有特性（像元大小、轉(zhuǎn)換屏厚度）、源焦點尺寸、系統(tǒng)幾何參數(shù)、工件的厚度Telmail：系統(tǒng)分辨率影響因素：成像器件固有特性（像元大小、轉(zhuǎn)換屏厚度）、源焦點尺寸Telmail：采用分辨率測試卡得到的測試圖像采用雙絲像質(zhì)計得到的測試圖像雙絲像質(zhì)計與單絲像質(zhì)計區(qū)別1、絲由鎢和鉑制成

2、由13對絲按一定規(guī)律排列組成

3、反映檢測系統(tǒng)成像的不清晰度Telmail：數(shù)字成像參數(shù)選擇方法簡述

F----焦距μ----線衰減系數(shù)T----透照厚度H0----無射線照射下的灰度值在實際透照過程中，參數(shù)選擇應(yīng)注意以下幾點：1、圖像校正圖像校正包括偏置校正、增益校正與壞像素校正，其結(jié)果是每個像素的k保持一致，H0為0以使所有像素對射線強(qiáng)弱響應(yīng)一致。因為k與管電壓有關(guān)，H0與環(huán)境溫度有關(guān)，所以圖像校正應(yīng)注意：設(shè)置校正參數(shù)時，應(yīng)保證管電壓不變；實際透照過程中使用的管電壓應(yīng)與校正時采用的管電壓一致或者其附近；圖像校正應(yīng)在探測器熱穩(wěn)定后進(jìn)行（通電約20min），現(xiàn)場使用的環(huán)境溫度符合探測器要求；

通常情況下，疊加幀數(shù)不會超過64幀，對于透照厚度在15mm以下檢測，采用8幀頻疊加，即可滿足要求。提高管電壓會增加射線強(qiáng)度，一定程度上增加圖像的信噪比，但是提高管電壓并不能避免由于X射線機(jī)的不穩(wěn)定造成的圖像噪聲與量子噪聲，必須通過時間積累來減少其產(chǎn)生的影響，而且提高管電壓會直接影響線衰減系數(shù)，降低圖像靈敏度，所以不優(yōu)先考慮該方法。

5、焊縫一次透照長度的選擇在透照縱向焊縫時，膠片檢測有AB級厚度差為1.03，B級厚度差為1.01的規(guī)定。采用平板探測器進(jìn)行數(shù)字成像檢測時，由于平板探測器具有較大的動態(tài)范圍（即，厚度寬容度較大），靈敏度較高，所以透照長度可以適當(dāng)延長；在透照環(huán)向焊縫時，膠片檢測有AB級厚度差為1.1，B級厚度差為1.06的規(guī)定。但采用平板探測器進(jìn)行數(shù)字成像檢測時，由于平板探測器無法彎曲，在整個透照區(qū)域內(nèi)，除厚度范圍有所變化外，放大比也有明顯變化，特別是源在外檢測時，由于放大比的變化是非線性的，且橫向、縱向變化不一致，造成邊緣圖像發(fā)生變型以及邊緣圖像幾何不清晰度加大。通常情況下，我們按與中心區(qū)域放大比差為5%來控制，其結(jié)果是在整圈焊縫檢測次數(shù)大于膠片檢測，以273為例，通常膠片檢測為6張，而數(shù)字成像檢測至少為8張。數(shù)字圖像處理

Tel:028-852750625Email：目的：提高可視化效果基本功能：疊加降噪、灰度變換和對比度

增強(qiáng)注意：濾波處理檢測合同雙方協(xié)商

三、射線數(shù)字化成像檢測標(biāo)準(zhǔn)支撐

相關(guān)國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將陸續(xù)頒布，四川瑞迪公司作為以下標(biāo)準(zhǔn)主要編制單位持續(xù)參與企業(yè)和行