無(wú)損檢測(cè)之Ｘ射線檢測(cè)實(shí)時(shí)成像技術(shù)分辨率

2.7 計(jì)算機(jī)的基本配置

對(duì)于獨(dú)立的X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)至少應(yīng)配置兩臺(tái)計(jì)算機(jī) ，一臺(tái)用于圖像采集和圖像處理，另一臺(tái)用于圖像的評(píng)定和打印報(bào)告等 ，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)用纜線連接。計(jì)算機(jī)硬件的基本配置要求奔騰Ⅲ600以上，256M內(nèi)存，20G硬盤(pán)，并配軟驅(qū)、光驅(qū)、打印機(jī)和刻錄機(jī);軟件環(huán)境要求在windows2000操作系統(tǒng)下運(yùn)行。

2.8 檢測(cè)工裝或流水線

為實(shí)現(xiàn)工件的連續(xù)檢測(cè)，應(yīng)有必要的檢測(cè)工裝設(shè)備或流水線，且應(yīng)具有較高的機(jī)械精度。

2.9 X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)的選擇

實(shí)用的X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)際上是以上X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的基本配置及多個(gè)影響因素有選擇性的組合，不同的組合會(huì)有不同的造價(jià)和使用功能;使用單位可根據(jù)以上X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的基本配置及影響因素，再結(jié)合本單位的產(chǎn)品特點(diǎn)和產(chǎn)品的技術(shù)質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)以及自身的經(jīng)濟(jì)條件來(lái)選擇適合本單位使用的X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)。

3 X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的分辨率

3.1 系統(tǒng)分辨率

可以用多項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的質(zhì)量特性，例如系統(tǒng)分辨率、靈敏度、最高承受電壓、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的連續(xù)工作時(shí)間、圖像的采集和圖像處理速度、檢測(cè)效率、圖像一次性檢測(cè)范圍(長(zhǎng)度×寬度)、圖像的動(dòng)態(tài)范圍、系統(tǒng)抗干擾性、系統(tǒng)的工作壽命、系統(tǒng)的價(jià)格性能比等多項(xiàng)指標(biāo)，其中系統(tǒng)分辨率是重要的指標(biāo)，系統(tǒng)中的每一個(gè)子系統(tǒng)發(fā)生變化，都會(huì)引起系統(tǒng)分辨率綜合性能的變化，所以，抓住了系統(tǒng)分辨率這個(gè)綜合指標(biāo)，就等于抓住了X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的關(guān)鍵。系統(tǒng)分辨率指標(biāo)是X射線實(shí)時(shí)成像整個(gè)系統(tǒng)性能的綜合反映，系統(tǒng)分辨率越高，表示系統(tǒng)的技術(shù)性能越好。系統(tǒng)分辨率是系統(tǒng)設(shè)備客觀性能的反映，僅與系統(tǒng)的構(gòu)成及其性能有關(guān)，與檢測(cè)工藝方法無(wú)關(guān)，所以，系統(tǒng)分辨率也稱為固有分辨率。隨著系統(tǒng)設(shè)備的老化，系統(tǒng)分辨率也會(huì)衰退，因此，對(duì)系統(tǒng)分辨率應(yīng)定期進(jìn)行測(cè)試。系統(tǒng)分辨率可以用分辨率測(cè)試卡直接在系統(tǒng)中測(cè)試出來(lái)。

3.2 實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)分辨率的測(cè)試方法

將分辨率測(cè)試卡緊貼在X射線接收轉(zhuǎn)換裝置(例如圖像增強(qiáng))器輸入屏表面中心區(qū)域，線對(duì)柵條與水平位置垂直(或平行)，按如下工藝條件進(jìn)行透照，并在顯示屏上成像：

(1) X射線管焦點(diǎn)至圖像增強(qiáng)器輸入屏表面的距離不小于700mm;

(2) 管電壓不大于40kv;

(3) 管電流不大于2mA;

(4) 圖像對(duì)比度適中。

在顯示屏上觀察測(cè)試卡的影像，觀察到柵條剛好分離的一組線對(duì)，則該組線對(duì)所對(duì)應(yīng)的分辨率即為系統(tǒng)分辨率，系統(tǒng)分辨率的單位是"線對(duì)/毫米"(LP/mm)。

系統(tǒng)分辨率也可以用系統(tǒng)清晰度(單位是mm)來(lái)表述，它們之間的換算關(guān)系是"互為倒數(shù)的二分之一"。

3.3 系統(tǒng)分辨率的作用

系統(tǒng)的設(shè)備配置確定之后，系統(tǒng)分辨率便是一個(gè)確定的參數(shù)。在實(shí)時(shí)成像檢測(cè)工藝中，通常是以系統(tǒng)分辨率作為已知參數(shù)來(lái)確定其他檢測(cè)參數(shù)，例如 ，實(shí)時(shí)成像檢測(cè)的圖像通常是放大的圖像，確定圖像放大倍數(shù)就需用到系統(tǒng)分辨系(或系統(tǒng)不清晰度)：

Mopt表示實(shí)時(shí)成像檢測(cè)工藝中的最佳放大倍數(shù)，Ui為系統(tǒng)不清晰度，d為射線源的焦點(diǎn)尺寸，均為已知數(shù)，代入公式即可算出Mopt ，令Mopt =M，這樣很快就可以確定檢測(cè)放大倍數(shù)M。

3.4 系統(tǒng)分辨率指標(biāo)

根據(jù)X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)不同的配置，X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)可分為A、AB、B三個(gè)級(jí)別來(lái)管理，A級(jí)的系統(tǒng)分辨率指標(biāo)可定為≥1.4LP/mm ，用于普通產(chǎn)品的X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)，例如汽車(chē)鋁合金輪轂、煉鐵高爐爐襯耐火磚以及食品罐頭的檢驗(yàn);AB級(jí)的系統(tǒng)分辨率指標(biāo)可定為≥2.0LP/mm，用于較重要和產(chǎn)品的檢測(cè)，例如鍋爐壓力容器壓力管道對(duì)接焊縫的檢測(cè)，汽車(chē)零部件、電子元器件的檢測(cè) ;B級(jí)的系統(tǒng)分辨率定為≥3.0LP/mm，用于重要產(chǎn)品的檢測(cè)，例如核工業(yè)產(chǎn)品、航空航天器材的檢測(cè)。

4 圖像調(diào)制傳遞函數(shù)

從信息論的觀點(diǎn)來(lái)看，圖像的像素是檢測(cè)圖像的信息載體，像素可以具有不同的灰度級(jí)別，像素的多少以及灰度分布的組合構(gòu)成檢測(cè)的信息，檢測(cè)圖像的質(zhì)量(或信息)可以通過(guò)系統(tǒng)本身的傳遞特性反映出來(lái)。根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)和圖像信息理論，提出調(diào)制傳遞函數(shù)作為系統(tǒng)質(zhì)量或圖像質(zhì)量(信息)的評(píng)價(jià)依據(jù)。

4.1 調(diào)制度(MTF)

調(diào)制度原本是無(wú)線電學(xué)中的概念，引用到射線檢測(cè)中來(lái)它就是對(duì)比度。被檢測(cè)物體成像對(duì)比度的再現(xiàn)能力用調(diào)制度來(lái)表征，其定義是：圖像中最大灰度與最小灰度之差和最大灰度與最小灰度之和的比值，用MTF表示：

式中：

MTF --- 調(diào)制度 (0≤MTF≤1)

I1 --- 最大灰度

I2 - -- 最小灰度

調(diào)制度與分辨率的關(guān)系可以用調(diào)制傳遞函數(shù)MTF曲線表示：

圖1 調(diào)制傳遞函數(shù)MTF曲線

調(diào)制傳遞函數(shù)可用MTF曲線來(lái)表示，橫座標(biāo)是分辨率，縱座標(biāo)是對(duì)比度。分辨率越小，MTF越大;分辨率越大，MTF越小。當(dāng)分辨率大到一定程度時(shí)，MTF趨近于零(表示圖像分辨率的線條間距小到幾乎分辨不清)。這種程度到達(dá)得越遲表示圖像分辨率越高。在X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)中通常將灰度設(shè)定為8bit(28)即256級(jí)，試驗(yàn)表明，正常人的眼睛能夠分辨的最低調(diào)制度為5% ，通常以MTF為8%時(shí)對(duì)應(yīng)的分辨率為圖像極限分辨率。

4.2 MTF函數(shù)的傳遞作用

調(diào)制傳遞函數(shù)的作用有三：其一，MTF曲線提供的信息是客觀的;其二，對(duì)比度和分辨率是能夠測(cè)量的;其三，MTF反映的信息是能夠傳遞的，即系統(tǒng)中各個(gè)階段的圖像質(zhì)量有再現(xiàn)性，并且這種傳遞能夠用簡(jiǎn)單摰訑方法來(lái)獲得。因此MTF函數(shù)是較客觀和全面評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的一種方法。通常用MTF的函數(shù)來(lái)解釋系統(tǒng)的配置或圖像質(zhì)量現(xiàn)象，用MTF函數(shù)為圖像處理提供理論基礎(chǔ)。

4.3 提高X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)分辨率的基本方法

為提高系統(tǒng)分辨率，系統(tǒng)設(shè)備的配置應(yīng)盡可能選用高M(jìn)TF的子系統(tǒng)，且各子系統(tǒng)MTF應(yīng)盡可能互相匹配，如果有一個(gè)子系統(tǒng)MTF較低，則會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的分辨率(可謂是"木桶效應(yīng)");盡可能減少子系統(tǒng)的數(shù)量，盡可能選用集成器件。

5 X射線實(shí)時(shí)成像技術(shù)展望

我國(guó)經(jīng)過(guò)十多年的努力，X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)作為一種新興的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已日臻成熟，其檢測(cè)圖像質(zhì)量可以與射線照相底片質(zhì)量相媲美，且由于使用光盤(pán)作為儲(chǔ)存介質(zhì)，檢測(cè)成本大大降低，受到使用單位的歡迎，有不少未使用的單位也躍躍欲試;但是X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的設(shè)備一次性投資較大，特別是一些關(guān)鍵部件如工業(yè)用的圖像增強(qiáng)器、高清晰度的CCD攝像機(jī)、LDA線陣掃描探測(cè)器、CMOS傳感器基本上還不能?chē)?guó)產(chǎn)化，因此整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備價(jià)格降不下來(lái)，成為制約X射線實(shí)時(shí)成像技術(shù)發(fā)展的撈烤睌。實(shí)時(shí)成像技術(shù)與數(shù)碼相機(jī)技術(shù)有許多相同之處，如今數(shù)碼相機(jī)已進(jìn)入尋常百姓家，數(shù)字技術(shù)已進(jìn)入各行各業(yè)。在迎接數(shù)字化時(shí)代到來(lái)的時(shí)候，我們廣大使用單位對(duì)我國(guó)無(wú)損檢測(cè)研制單位寄以厚望，希望X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)能夠早日實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，把價(jià)格降下來(lái)，使數(shù)字化的X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)能夠進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。