射线数字成像（dr）技术ppt课件

中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 射线数字成像（DR）技术 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 射线检测分类 射线数字成像检测系统 射线数字成像像质评价 JB/T4730.11标准 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 1、 射线检测分类 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 现有检测系统 1、胶片照相检测系统 2、图像增强器检测系统 3、CR检测系统 4、DR检测系统 5、CT检测系统 6、康普顿背散射检测系统 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 1.1 按射线成像结果分类 模拟成像系统 数字成像系统数字成像系统 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 1）模拟成像系统 成像结果并非数字信号，无法直接 使用计算机进行后续处理。 （1）胶片照相（Film-screen） 使用“胶片”作为成像器件的射线成 像系统 （2）工业电视（Image Identify TV-IITV ） 采用图像增强器+CCD视屏相作为成像 器件的射线成像系统。俗称：“工业电视 ”。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 2）数字成像系统 成像结果为数字图像，可使用计算 机进行后续图像处理。 （1）直接数字成像系统（DR） 使用“数字探测器”作为成像器件的 射线成像系统 数字探测器射线光子到数字图像的转 换过程是由独立单元完成的。 （2）间接数字成像系统（图像增强器、CR ） 射线光子到数字图像的转换过程是由 分立单元分步完成的。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 1.2 按检测系统与被检工件的运动状态分类 （1）静态（止）成像 静态成像是指对试件的同一部位进行曝光、成 像。在一定的时间内，输出单幅、静止的图像。 系统包括：胶片照相、DR、CR 注：数字成像的时间要远远低于胶片照相的时间。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE （2）动态(实时)成像 动态（实时）成像是指以一定幀频的采集速 率实现连续成像。 被检工件通过机械扫描装置与检测系统装置 做相对连续运动（旋转或平移），射线源连续发 射线，射线成像器件对不同位置的试件进行连续 曝光，连续的采集并显示不同检测位置的图像。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 注：实时成像 人眼在观察时不会感到图像的跳 动，图像是随着被检工件的运动而连续 变化的。 系统包括：DR、图像增强器技术 注：步进检测 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 1.3 射线数字成像分类（DR） 按照数字探测器的成像技术分为： 直接转换技术 间接转换技术 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 1） 直接转换 射线光子 数字信号 数字图像 射线光子透照物体后，在数字探测器中 直接把射线衰减信息转变为数字信号，经 计算机处理后以数字图像的形式显示。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 2） 间接转换 射线光子 可见光 数字信号 数字图像 射线光子透照物体后，在数字探测器中，首先 经过闪烁体屏（荧光屏）把射线光子转换为可见光 ，然后再由后续电路把可见光信息转变为数字信号 ，经计算机处理后以数字图像的形式显示。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 2、射线数字成像检测系统概述 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 2.1 系统组成 v 射线源 v 被检工件 v 数字探测器 v 机械传动 v 控制与处理 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 与胶片照相不同之处： 增加了硬件（机械支撑与传动）与软件 （数据采集、控制、图像处理）； 减少了胶片暗室处理环节。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 2.2 特点 图像质量可以和X射线照相底片质量相媲美 降低了射线剂量、提高了检测效率 具有很大的宽容度 一次投入成本高 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 2.3 射线数字成像检测原理 射线透照被检工件，衰减后的射线光子 被数字探测器接收，经过一系列的转换变 成数字信号，数字信号经放大和A/D转换， 通过计算机处理，以数字图像的形式输出 在显示器上。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 2.4 主要概念 (1)像素（像元） Pixel 数字图像都是由无数个点组成的，组成 图像的每一个点就称为像素。 它是构成图像的最小单位。 注：坏像素 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE （2）填充因子（系数） 指数字成像器件一个像素中敏感区域占总 像素面积的百分比。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE （3）灰度（Gray） 定义：图像中像素显示的亮度。相当于胶片 底片的黑度。 灰度等级：灰度的变化范围。单位：Bit 决定因素：模拟/数字（A/D）转换的位数。 如：8位A/D转换，即8Bit。灰度等级为 28=256。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE （4）动态范围（Dynamic Range） 定义：最大输出灰度值和暗场噪声(标准差）的 比值。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE （5）信噪比（Signal Noise Ratio） 定义：检测特征信号与噪声(标准差）的比值。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE （6）响应不一致性 探测器固有的特性，在均匀辐照均质 工件（或空屏）的条件下，由于数字探测 器对射线响应的不一致，致使输出图像亮 度呈非均匀性的条纹。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 2.5 数字探测器特性： （1）组成探测器的各个像素尺寸决定了成像系统的 空间分辨率，以及射线剂量； （2）数字探测器都会有坏像素(包括坏点或坏行) 对此必须其进行校正。 （3）探测器的不一致性的校正是获得高像质图像的 一个重要的技术环节。 （4）受环境的限制。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 2.6 数字探测器分类 按照一次成像形式分为： v 面阵探测器 （平板探测器） v 线阵探测器 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 2.6.1 平板探测器 目前市场上有三类： v 非晶硒 v 非晶硅 v CMOS 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 1） 非晶硒平板探测器 （1）结构 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE （2）工作原理 探测器有一厚的光电导层（典型的是用200 500m的非晶硒），光电导层两面的电极板间加 有高电压，光电导层吸收X-射线光子，激发出电 子/空穴对，并在所加电场下运动至相应电极。到 达像元电极的电荷给存储电容充电，产生相应电 荷的变化。电容中的累积电荷由TFT（Thin Film Transistor即薄膜场效应晶体管）进行控制，读 出，经放大、A/D转换等处理形成数字化图像输出 。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE （3）特点 优点：成像分辨率比较高 转换效率比较高 缺点：在图像边缘分辨率低； 要求510kV的高电压； 对环境温度敏感； 抗震性能差； 两次曝光的时间间隔较长。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 2） CMOS平板探测器 （1）结构 定义：CMOS Complementary Metal Oxide Silicon，互补金属氧化硅半导体 。 组成：闪烁体屏+CMOS记忆芯片 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE （2）工作原理 当射线穿过被照体后，入射到探测器荧光层 ，产生与入射射线相对应的荧光（可见光）。光 纤将这些可见光耦合到CMOS芯片上。再由CMOS芯 片将光信号转换成电信号，并将这些电信号储存 起来，从而捕获到所需要的图像信息。图像信息 经放大、读出，送到图像处理系统进行处理。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE （3）特点 寿命较长 适应温度范围大 像素尺寸可达80um 分辨率高 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 3） 非晶硅平板探测器 （1）结构 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE （2） 工作原理 射线透照探测器，射线光子由闪烁体屏转换为 可见光，再由非晶硅光敏阵列转换为电信号， 经放大、A/D转换形成数字信号输出。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE （3） 特点 v 高对比度灵敏度 v 高的空间分辨率 v 输出灰度范围：1214Bit v 较大的成像面积 v 图像采集帧频可调 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 2.6.2 线阵探测器 上世纪八十年代，出现线阵探测器，形成 了真正意义上的数字射线检测技术。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 1 ) 线阵探测器分类 基于CMOS技术和基于非晶硅技术两种 各自的组成、工作原理 特例：一次成像输出一行。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 2) 线扫描DR 通过被检工件与线阵列探测器之间作相对运动 ，将连续扫描获得的线信息重新组合成图像的面 信息，从而完成整个的检测过程。 特点：被检工件必须在X射线源与线阵列探测 器之间作相对匀速运动才能成像。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 3) 特点 v 优点：像元间距可小到0.08mm，对于亚 毫米级的闪烁体膜层，具有约6lp/mm的高 空间分辨率（理论）；散射小。静态成像 对比度可达到胶片照相B级。 v 缺点：线阵探测器的对机械传动要求高 ，成像速度慢，影响了检测效率；射线剂 量要求高。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 4) 应用 线阵探测器主要应用于医学层析成像（CT, Computed Tomography）、工业2D-CT成像、海 关集装箱检测以及包裹检测等方面。 线阵探测器成像系统也用在工业成像检测 中，目前常用于锅炉焊管的对接焊缝检测中。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 3、射线数字成像像质的评价 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 3.1 像质影响因素 （1）像素尺寸 （2）焦点大小 （3）信噪比 （4）透照参数 （电压、曝光量、几何参数） （5） 动态范围 （6）噪声 （7）坏像素 （8）数字探测器响应不一致性 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 3.2 像质评价指标 对比度灵敏度、分辨率 对比度灵敏度和对比度灵敏度和 空间分辨率是一空间分辨率是一 对相互制约的关对相互制约的关 系，如何均衡是系，如何均衡是 实现高信噪比、实现高信噪比、 高像质成像的关高像质成像的关 键。键。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE （1）对比度灵敏度 像质计灵敏度，利用像质计评定 。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE （2）分辨率 空间分辨率、密度分辨率 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE （2）分辨率 空间分辨率 系统所能分辨的两个相邻细节间的最小距离 。 单位：用lp/mm（线对/毫米）表示。 影响因素：成像器件固有特性、系统几何参 数、源焦点尺寸、转换屏厚度 测试：利用分辨率测试卡或双丝像质计通过 静止成像得到的。 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 不同空间分辨率成像比较 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 4、 JB/T4730.11 承压设备 无损检测 X射线数字成像检测 中国特种设备检测研究院 CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH INSTITUTE 4.1 相关标准现状 5.1.1 国外标准 实时成像标准