数字射线成像DR检测技术

射线数字成像（DR）检测技术四川瑞迪射线数字影像技术有限责任公司向前公司地址：四川成都市高新区天华路299号中心地址：四川省绵阳市高新区创业大道中段237号2012/16/8Telmail：

Telmail：一射线数字成像检测系统二射线数字成像像质评价三射线数字成像检测标准支撑主要内容一、射线数字成像检测系统(DR)Telmail：射线检测技术作为产品质量检测的重要手段，经过百年的历史，已由简单的胶片和荧屏射线照相发展到了数字成像检测。随着信息技术、计算机技术和光电技术等的发展，射线数字成像技术也得到了飞速的发展，新的射线数字成像方法不断涌现，给射线检测赋予了更广泛的内涵。

射线数字成像检测系统是先进的射线数字成像技术为核心，通常由数字探测器、射线源、检测工装、计算机系统四个部分组成。工程建设焊接射线数字成像检测系统1、长输管道焊接检测系统数字平板探测器检测工装管道爬行器（含管头）计算机系统通过中石油西南油气田工程应用评审工程建设焊接射线数字成像检测系统2、炼化管道焊接便携式检测系统(a)射线数字成像无线传输、采集，确保传输速度和图像不失真；(b)设计制作满足不同规格炼化管道焊缝检测的系列射线数字成像技术配套工装；(c)射线机、机械系统和电气系统小型化、便携化，通过驱动装置或电池统一供电，减少各种连接线；(d)平板探测器的工程现场适用性、耐候性防护环境适应温度（空气温度）：-10℃至40℃防护级别：IP65中国石油工程建设公司七建已获建设板块科技立项。工程建设焊接射线数字成像检测系统3.大型储罐焊接自动化检测系统(a)满足壁厚40mm以下钢质正装立式储罐罐壁对接环焊缝与纵焊缝的数字化成像及自动检测；(b)检测速度不小于1m/3min；(c)系统空间分辨率大于等于2.5LP/m；(d)机械系统环向定位精度小于等于±5mm，纵向定位精度小于等于±3mm；(e)射线检测整体工效提高2倍以上。寰球工程公司六建已获建设板块科技立项在系统构成上与传统的胶片检测比较：

增加了硬件：检测工装与计算机系统增加了软件：数据采集、运动控制、图像处理

与数据库等减少了胶片与洗液等耗材的使用在检测流程上与传统的胶片检测比较：不具有暗室处理环节，可立即得到检测结果，

并进行评定。Telmail：

空间分辨率较低，厚度灵敏度较高

辐射剂量要求低检测效率高具有很大的宽容度探测器无法弯曲，有一定厚度，在役检测受限易于储存、快速查询和统计Telmail：在技术特点上与传统的胶片检测比较：射线数字成像技术分类按检测系统与被检工件的运动状态分类静态（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。(右图为长输管线对接焊缝检测，采用静态成像方式)Telmail：动态成像动态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。(右图为钢管制造焊缝检测，采用动态成像)Telmail：11（间接成像）（直接成像）按照数字探测器的成像技术分为：间接转换技术：射线光子可见光电信号数字图像直接转换技术：射线光子

电信号数字图像以下为非晶硅平板探测器（间接成像）与非晶硒平板探测器（直接成像）示意图Telmail：X射线首先撞击其表面的闪烁体层，该闪烁层以所撞击的射线能量成正比的关系发出光电子，这些光电子被下面的非晶硅光电二级管阵列采集到，并且将它们转化成电压，再将这些电压转换为每个像素的数字值。由于存在将射线转换为可见光的过程，所以称之为间接成像。间接成像原理：直接将透过物体的射线光子转化为电压然后将电压转化为每个像素的数字值，而不存在将射线转换为可见光的过程，所以被成为直接图像。直接成像原理：线衰减系数(cm-1)能量(kV)101001000

104103102101100碘化铯-非晶硅A-Se非晶硒比较：直接成像技术（非晶硒）由于不存在转换为可见光的环节，不会发生弥散，空间分辨率取决于单位面积内薄膜晶体管阵列大小，通常情况下会高于间接成像技术（非晶硅），但由于X射线转换为点信号完全依赖于非晶硒层产生的电子空穴对，其量子探测效率DQE取决于非晶硒层产生电荷的能力，通常情况下低于间接成像技术，即相同辐射剂量下，图像对比度较低。此外，直接成像技术（非晶硒）成像速度较慢，无法满足实时成像要求。（右图为两者对射线吸收系数对比）按数字探测器一次成像形式分为：面阵列探测器（平板探测器）

线阵列探测器主要概念像素（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。Telmail：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。Telmail：动态范围（DynamicRange）

定义：最大输出灰度值和暗场噪声(标准差）的比值。

注：如果系统的灰度输出范围为12bit，设暗场噪声

为2，则其动态范围为：2000：1，而不是4096Telmail：信噪比（SignalNoiseRatio）

定义：检测特征信号与噪声(标准差）的比值。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。

Telmail：数字探测器特性像素尺寸决定了成像系统的分辨率，以及射线剂量；图像校正；

随机噪声偏置误差响应不一致瑕疵像元受环境的限制。Telmail：非晶硅平板探测器Telmail：组成结构驱动电路闪烁体晶体层非晶硅阵列读出电路像素Row1Row2Row3VbiasGateDriverReadoutASIC原理图RowLineDataLineBiasLinePhotodiodeTFTSwitchOnePixel127mpitch像素结构不同闪烁体对比行选择数据读出反向偏压行选择像素X射线特点高对比度灵敏度高的空间分辨率输出灰度范围：12～14Bit

较大的成像面积图像采集帧频可调

Telmail：线阵探测器起源于上世纪八十年代，其出现标志着的射线检测技术进入真正意义上数字化阶段。

Telmail：线阵探测器可分为：基于CMOS技术和基于非晶硅技术两种其特点是：一次只输出一行图像，需要连续扫描才能完成整个检测图像采集。COMS线阵探测器组成结构COMS线阵探测器成像原理由尖端闪烁体层将X射线转换为可见光，并经过光学纤维传导至CMOS传感器。COMS传感器核心结构上每单位像素点由一个感光电极、一个电信号转换单元、一个信号传输晶体管，以及一个信号放大器所组成。理论上CMOS感受到的光线经光电转换后使电极带上负电和正电，这两个互补效应所产生的电信号（电流或者电势差）被CMOS从一个一个像素当中顺次提取至外部的A/D（模/数）转换器上再被处理芯片记录解读成影像。Telmail：COMS线阵探测器工作方式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。COMS线阵探测器优缺点：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。静态成像对比度灵敏度高。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。Telmail：COMS线阵列探测器应用线阵探测器主要应用于医学层析成像（CT,ComputedTomography）、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。Telmail：Telmail：二、射线数字成像像质评价像质影响因素像素尺寸焦点大小信噪比透照参数（电压、曝光量、几何参数）动态范围噪声数字探测器响应不一致性像质评价指标---对比度灵敏度、空间分辨率对比度灵敏度和空间分辨率是一对相互制约的关系，如何均衡是实现高信噪比、高像质成像的关键。Telmail：像质评价方法---像质计灵敏度对比灵敏度：孔型像质计或单丝像质计系统分辨率：双丝像质计或分辨率测试卡图像分辨率：双丝像质计空间分辨率测试空间分辨率通常指系统空间分辨率与图像空间分辨率，其单位为：用lp/mm（线对/毫米）Telmail：系统分辨率：指在无被检工件的情况下，当透照几何放大倍数接近于1时，检测系统所能分辨的两个相邻细节间的最小距离。反映了检测系统本身的特性图像分辨率：检测系统所能分辨的被检工件图像中两个相邻细节间的最小距离。分辨率影响因素图像分辨率影响因素：成像器件固有特性（像元大小、转换屏厚度）、源焦点尺寸、系统几何参数、工件的厚度Telmail：系统分辨率影响因素：成像器件固有特性（像元大小、转换屏厚度）、源焦点尺寸Telmail：采用分辨率测试卡得到的测试图像采用双丝像质计得到的测试图像双丝像质计与单丝像质计区别1、丝由钨和铂制成

2、由13对丝按一定规律排列组成

3、反映检测系统成像的不清晰度Telmail：数字成像参数选择方法简述

F----焦距µ----线衰减系数T----透照厚度H0----无射线照射下的灰度值在实际透照过程中，参数选择应注意以下几点：1、图像校正图像校正包括偏置校正、增益校正与坏像素校正，其结果是每个像素的k保持一致，H0为0以使所有像素对射线强弱响应一致。因为k与管电压有关，H0与环境温度有关，所以图像校正应注意：设置校正参数时，应保证管电压不变；实际透照过程中使用的管电压应与校正时采用的管电压一致或者其附近；图像校正应在探测器热稳定后进行（通电约20min），现场使用的环境温度符合探测器要求；

通常情况下，叠加帧数不会超过64帧，对于透照厚度在15mm以下检测，采用8帧频叠加，即可满足要求。提高管电压会增加射线强度，一定程度上增加图像的信噪比，但是提高管电压并不能避免由于X射线机的不稳定造成的图像噪声与量子噪声，必须通过时间积累来减少其产生的影响，而且提高管电压会直接影响线衰减系数，降低图像灵敏度，所以不优先考虑该方法。

5、焊缝一次透照长度的选择在透照纵向焊缝时，胶片检测有AB级厚度差为1.03，B级厚度差为1.01的规定。采用平板探测器进行数字成像检测时，由于平板探测器具有较大的动态范围（即，厚度宽容度较大），灵敏度较高，所以透照长度可以适当延长；在透照环向焊缝时，胶片检测有AB级厚度差为1.1，B级厚度差为1.06的规定。但采用平板探测器进行数字成像检测时，由于平板探测器无法弯曲，在整个透照区域内，除厚度范围有所变化外，放大比也有明显变化，特别是源在外检测时，由于放大比的变化是非线性的，且横向、纵向变化不一致，造成边缘图像发生变型以及边缘图像几何不清晰度加大。通常情况下，我们按与中心区域放大比差为5%来控制，其结果是在整圈焊缝检测次数大于胶片检测，以273为例，通常胶片检测为6张，而数字成像检测至少为8张。数字图像处理

Tel:028-852750625Email：目的：提高可视化效果基本功能：叠加降噪、灰度变换和对比度

增强注意：滤波处理检测合同双方协商

三、射线数字化成像检测标准支撑

相关国家、行业标准将陆续颁布，四川瑞迪公司作为以下标准主要编制单位持续参与企业和行