射線數(shù)字成像(DR)技術(shù)課件

射線數(shù)字成像（DR）技術(shù)Tel:Email:liang-li-

射線檢測分類射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)射線數(shù)字成像像質(zhì)評價

JB/T4730.11標(biāo)準(zhǔn)Tel:Email:liang-li-1、射線檢測分類Tel:Email:liang-li-現(xiàn)有檢測系統(tǒng)1、膠片照相檢測系統(tǒng)2、圖像增強器檢測系統(tǒng)3、CR檢測系統(tǒng)4、DR檢測系統(tǒng)5、CT檢測系統(tǒng)6、康普頓背散射檢測系統(tǒng)Tel:Email:liang-li-1.1按射線成像結(jié)果分類

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，無法直接使用計算機進行后續(xù)處理。（1）膠片照相（Film-screen）使用“膠片”作為成像器件的射線成像系統(tǒng)

（2）工業(yè)電視（ImageIdentifyTV-IITV）采用圖像增強器+CCD視屏相作為成像器件的射線成像系統(tǒng)。俗稱：“工業(yè)電視”。Tel:Email:liang-li-2）數(shù)字成像系統(tǒng)成像結(jié)果為數(shù)字圖像，可使用計算機進行后續(xù)圖像處理。（1）直接數(shù)字成像系統(tǒng)（DR）使用“數(shù)字探測器”作為成像器件的射線成像系統(tǒng)數(shù)字探測器射線光子到數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)換過程是由獨立單元完成的。（2）間接數(shù)字成像系統(tǒng)（圖像增強器、CR）射線光子到數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)換過程是由分立單元分步完成的。Tel:Email:liang-li-1.2按檢測系統(tǒng)與被檢工件的運動狀態(tài)分類（1）靜態(tài)（止）成像靜態(tài)成像是指對試件的同一部位進行曝光、成像。在一定的時間內(nèi)，輸出單幅、靜止的圖像。系統(tǒng)包括：膠片照相、DR、CR注：數(shù)字成像的時間要遠遠低于膠片照相的時間。Tel:Email:liang-li-（2）動態(tài)(實時)成像

動態(tài)（實時）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行連續(xù)曝光，連續(xù)的采集并顯示不同檢測位置的圖像。Tel:Email:liang-li-注：實時成像人眼在觀察時不會感到圖像的跳動，圖像是隨著被檢工件的運動而連續(xù)變化的。系統(tǒng)包括：DR、圖像增強器技術(shù)注：步進檢測Tel:Email:liang-li-1.3射線數(shù)字成像分類（DR）按照數(shù)字探測器的成像技術(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)換射線光子數(shù)字信號數(shù)字圖像射線光子透照物體后，在數(shù)字探測器中直接把射線衰減信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，經(jīng)計算機處理后以數(shù)字圖像的形式顯示。Tel:Email:liang-li-2）間接轉(zhuǎn)換射線光子可見光數(shù)字信號數(shù)字圖像射線光子透照物體后，在數(shù)字探測器中，首先經(jīng)過閃爍體屏（熒光屏）把射線光子轉(zhuǎn)換為可見光，然后再由后續(xù)電路把可見光信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，經(jīng)計算機處理后以數(shù)字圖像的形式顯示。Tel:Email:liang-li-2、射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)概述2.1系統(tǒng)組成射線源被檢工件數(shù)字探測器機械傳動控制與處理與膠片照相不同之處：

增加了硬件（機械支撐與傳動）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

圖像質(zhì)量可以和X射線照相底片質(zhì)量相媲美降低了射線劑量、提高了檢測效率具有很大的寬容度一次投入成本高Tel:Email:liang-li-2.3射線數(shù)字成像檢測原理

射線透照被檢工件，衰減后的射線光子被數(shù)字探測器接收，經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)放大和A/D轉(zhuǎn)換，通過計算機處理，以數(shù)字圖像的形式輸出在顯示器上。

2.4主要概念(1)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。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?；叶鹊燃墸夯叶鹊淖兓秶?。單位：Bit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。Tel:Email:liang-li-（4）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。

Tel:Email:liang-li-（5）信噪比（SignalNoiseRatio）

定義：檢測特征信號與噪聲(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。

Tel:Email:liang-li-2.5數(shù)字探測器特性：（1）組成探測器的各個像素尺寸決定了成像系統(tǒng)的空間分辨率，以及射線劑量；（2）數(shù)字探測器都會有壞像素(包括壞點或壞行)對此必須其進行校正。（3）探測器的不一致性的校正是獲得高像質(zhì)圖像的一個重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。（4）受環(huán)境的限制。2.6數(shù)字探測器分類按照一次成像形式分為：

面陣探測器（平板探測器）

線陣探測器Tel:Email:liang-li-2.6.1平板探測器目前市場上有三類：非晶硒

非晶硅

CMOSTel:Email:liang-li-1）非晶硒平板探測器（1）結(jié)構(gòu)

Tel:Email:liang-li-（2）工作原理

探測器有一厚的光電導(dǎo)層（典型的是用200～500μm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-射線光子，激發(fā)出電子/空穴對，并在所加電場下運動至相應(yīng)電極。到達像元電極的電荷給存儲電容充電，產(chǎn)生相應(yīng)電荷的變化。電容中的累積電荷由TFT（ThinFilmTransistor即薄膜場效應(yīng)晶體管）進行控制，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

優(yōu)點：成像分辨率比較高轉(zhuǎn)換效率比較高缺點：在圖像邊緣分辨率低；要求5～10kV的高電壓；對環(huán)境溫度敏感；抗震性能差；兩次曝光的時間間隔較長。2）CMOS平板探測器（1）結(jié)構(gòu)定義：CMOS—ComplementaryMetalOxideSilicon，互補金屬氧化硅半導(dǎo)體。組成：閃爍體屏+CMOS記憶芯片Tel:Email:liang-li-（2）工作原理

當(dāng)射線穿過被照體后，入射到探測器熒光層，產(chǎn)生與入射射線相對應(yīng)的熒光（可見光）。光纖將這些可見光耦合到CMOS芯片上。再由CMOS芯片將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并將這些電信號儲存起來，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)進行處理。（3）特點

?壽命較長?適應(yīng)溫度范圍大?像素尺寸可達80um?分辨率高

3）非晶硅平板探測器（1）結(jié)構(gòu)Tel:Email:liang-li-（2）工作原理

射線透照探測器，射線光子由閃爍體屏轉(zhuǎn)換為可見光，再由非晶硅光敏陣列轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換形成數(shù)字信號輸出。

Tel:Email:liang-li-（3）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)

Tel:Email:liang-li-2.6.2線陣探測器上世紀(jì)八十年代，出現(xiàn)線陣探測器，形成了真正意義上的數(shù)字射線檢測技術(shù)。

Tel:Email:liang-li-1)線陣探測器分類

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)線掃描DR

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。Tel:Email:liang-li-3)特點

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)成像對比度可達到膠片照相B級。缺點：線陣探測器的對機械傳動要求高，成像速度慢，影響了檢測效率；射線劑量要求高。Tel:Email:liang-li-4)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。3、射線數(shù)字成像像質(zhì)的評價3.1像質(zhì)影響因素（1）像素尺寸（2）焦點大小（3）信噪比（4）透照參數(shù)（電壓、曝光量、幾何參數(shù)）（5）動態(tài)范圍（6）噪聲（7）壞像素（8）數(shù)字探測器響應(yīng)不一致性Tel:Email:liang-li-3.2像質(zhì)評價指標(biāo)對比度靈敏度、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。Tel:Email:liang-li-（1）對比度靈敏度像質(zhì)計靈敏度，利用像質(zhì)計評定。Tel:Email:liang-li-（2）分辨率空間分辨率、密度分辨率Tel:Email:liang-li-（2）分辨率空間分辨率系統(tǒng)所能分辨的兩個相鄰細節(jié)間的最小距離。單位：用lp/mm（線對/毫米）表示。影響因素：成像器件固有特性、系統(tǒng)幾何參數(shù)、源焦點尺寸、轉(zhuǎn)換屏厚度測試：利用分辨率測試卡或雙絲像質(zhì)計通過靜止成像得到的。Tel:Email:liang-li-不同空間分辨率成像比較4、JB/T4730.11

承壓設(shè)備無損檢測

X射線數(shù)字成像檢測

4.1相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀5.1.1國外標(biāo)準(zhǔn)實時成像標(biāo)準(zhǔn)（圖像增強器）DR標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)發(fā)布數(shù)字探測器標(biāo)準(zhǔn)4.1.2國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB17925-1999《氣瓶對接焊縫X射線實時成像檢測》GB/T19293-2003《對接焊縫X射線實時成像檢測法》4.2JB/T4730.11

4.2.1概述

目的：代替膠片照相，提高檢測效率

基本原則：基于4730.2檢測技術(shù)等級

質(zhì)量分級的要求

4.2.2與473