淺談工業(yè)CT無損檢測設(shè)備平板探測器

工業(yè)CT與DR成像系統(tǒng)主要由x射線源、平板探測器(Flat Panel Detector，F(xiàn)PD)、工控計(jì)算機(jī)等組成。x射線源發(fā)出x射線光子，穿透工件后被平板探測器接收并轉(zhuǎn)換為電信號，再由A/D轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字化信息，將數(shù)字化信息傳輸?shù)接?jì)算中去，經(jīng)過相關(guān)的處理形成并顯示數(shù)字圖像。

在鑄造件檢測中，工業(yè)X射線探傷機(jī)無損檢測是使用最久的無損檢測手段，在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面運(yùn)用都非常廣泛。射線膠片檢測是吧射線膠片作為檢測記錄器進(jìn)行記錄，也是應(yīng)用最早，當(dāng)前使用范圍最廣泛的一種射線檢測技術(shù)。然而膠片照相沒法達(dá)到實(shí)時(shí)成像，并且膠片照相對膠片質(zhì)量的要求較高，這也導(dǎo)致了其成本較大。并且膠片存儲需要嚴(yán)格的溫度、濕度控制，對環(huán)境要求很高，操作起來很不方便，不利于方便管理。最近幾年來，計(jì)算機(jī)層析技術(shù)、CCD技術(shù)、線掃描成像技術(shù)、平板探測器技術(shù)發(fā)展速度較快。這些技術(shù)都具備實(shí)時(shí)成像、實(shí)時(shí)檢測以及實(shí)時(shí)評估的優(yōu)點(diǎn)，并且數(shù)字圖像也能夠在網(wǎng)絡(luò)上被更多的人所看到及采用。射線數(shù)字成像技術(shù)首先應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，早先發(fā)展速度較慢，最近幾年尤為迅速。在射線檢測領(lǐng)域中，射線數(shù)字照相技術(shù)也逐步得到了應(yīng)用，相關(guān)的研究也在不斷增加，一些標(biāo)準(zhǔn)也在制定中。

工業(yè)CT與DR檢測系統(tǒng)于近幾年逐漸應(yīng)用于工業(yè)檢測中，隨著技術(shù)的發(fā)展，探測器性能的不斷優(yōu)化，工業(yè)CT與DR成像系統(tǒng)的圖片質(zhì)量接近膠片成像，缺陷檢出率比膠片成像系統(tǒng)高出很多。

工業(yè)CT與DR檢測能夠給工業(yè)檢測評價(jià)以及疾病診斷提供可靠的依據(jù)和準(zhǔn)確的信息。工業(yè)CT與DR檢測技術(shù)研究中，怎樣獲得高質(zhì)量、失真較低的圖像一直是其重點(diǎn)和難點(diǎn)?，F(xiàn)在DR檢測技術(shù)還存在很多問題需要解決。比如空間分辨率較低、元相應(yīng)沒有實(shí)現(xiàn)一致等。進(jìn)行DR檢測時(shí)有下面幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù):

(1)矯正平板檢測器。平板檢測器結(jié)構(gòu)噪聲會給圖像質(zhì)量造成很大影響，想要獲得高信噪比的圖像，必須首先要對探測器進(jìn)行準(zhǔn)確的校正。

(2)數(shù)字圖像顯示和處理技術(shù)。由于DR圖像本身便是數(shù)字化的，能夠通過相關(guān)數(shù)字圖像處理技術(shù)來處理圖像，對其進(jìn)行復(fù)原或者增強(qiáng)。

從而不斷提高DR圖像的實(shí)際質(zhì)量，提高其檢測效率。這便要求處理圖像時(shí)，設(shè)法去除噪聲，盡最大可能得到不失真的原有圖像的相關(guān)信息就變得尤為重要。

DR檢測系統(tǒng)采用平板探測器作為圖像采集設(shè)備，具有成像快速便捷，比傳統(tǒng)膠片擁有更高的量子檢測效率(DQE)等優(yōu)點(diǎn)。平板探測器的數(shù)字成像動態(tài)范圍寬，散射損耗低，圖像采集快捷高速。

平板探測器根據(jù)能量轉(zhuǎn)換可以分成直接或者間接轉(zhuǎn)換兩種方式。直接轉(zhuǎn)換型的FPD使用的是光導(dǎo)體材料，在x射線曝光后轉(zhuǎn)化為電信號，通過薄膜半導(dǎo)體陣列(Thin Film Transistoraray，TFT)存儲，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字圖像。間接性轉(zhuǎn)換型FPD使用的是閃爍晶體。在x射線曝光后，能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)換成為可見光，然后用稿光電二極管陣列，將其轉(zhuǎn)換為電信號并逐行取出轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。

從平板探測器本身來看，其性能參數(shù)的評價(jià)主要從三個(gè)方面進(jìn)行:空間分辨率(Spatial Resolution，SR)、量子檢測效率(Detective QuantumEifciency，DQE)和調(diào)制傳遞函數(shù)(Modulation Trnasfer Funciton，MTF)。

(1)空間分辨率。圖像可分辨最小物體直徑是由空間分辨率決定的，期測量方法在高對比度特點(diǎn)以及噪聲較低的情況下，通過較大電流以及較低電壓來測量。

(2)奈奎斯特頻率。奈奎斯特頻率是通過像素尺寸來進(jìn)行計(jì)算的，其又叫截止頻率，代表的是像素點(diǎn)中心距離。

(3)調(diào)制傳遞函數(shù)。在射線進(jìn)入平板時(shí)，其會和平板發(fā)生作用，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換時(shí)，射線衰減相關(guān)信息會被調(diào)制到模擬電壓上面，通過計(jì)算機(jī)讀出形成圖像灰度值。在這個(gè)過程中，通過MTF來進(jìn)行對比度變化的表示。

MTF函數(shù)能夠?qū)⒊上裣到y(tǒng)的圖像細(xì)節(jié)區(qū)分能力反應(yīng)出來。MTF能夠決定通過探測器進(jìn)行物體探測時(shí)，對比度的損失，其和探測器物理結(jié)構(gòu)構(gòu)成有著直接關(guān)系，探測器不同其MTF也會存在很大不同。比如函數(shù)一幀空間頻率分布在0和截止頻率的圖像，這個(gè)圖像的MTF值在1到0之間變化。其中1表示的是在灰度范圍中對比度的有效轉(zhuǎn)換，0表示的則是這個(gè)對比度的轉(zhuǎn)換截止，也就是這個(gè)細(xì)節(jié)無法在圖像上看到。根據(jù)其定義，空間頻率為0的成像系統(tǒng)，其MTF為1，若是MTF數(shù)值出現(xiàn)下降，那么則代表空間頻率的增加，而像素尺寸又決定了極限空間頻率。MTF能夠?qū)⒖臻g分辨率和對比度的關(guān)系反映出來。MTF數(shù)值越高，反映出的圖像信息也會愈加真實(shí)。

DR平板探測器響應(yīng)特性的研究具有以下意義:

(1)重視檢測靈敏度的提高。通過數(shù)字圖像處理技術(shù)能夠處理DR圖像中的模糊、噪聲等一系列的問題，更加容易找到噪聲中存在的缺陷信息，不斷的提高其檢測靈敏度。

(2)降低劑量、提高檢測效率。若是能夠在噪聲和散射都較高的情況下，得到清晰的圖像，那么能夠降低拍色所需劑量，在工業(yè)中，劑量越低意味著安全性越高，并且也能夠讓DR射線技術(shù)最大檢測厚度有一定增加。

通過實(shí)驗(yàn)，我們可以提取DR成像原始數(shù)據(jù)，測定灰度均值，獲取試塊不同厚度下的能量和強(qiáng)度響應(yīng)曲線。

隨著階梯試塊厚度的增大，強(qiáng)度響應(yīng)和能量響應(yīng)曲線的斜率逐漸減小，由此可以得出，DR系統(tǒng)中線衰減系數(shù)隨著強(qiáng)度和能量的增大而減小。

在DR系統(tǒng)中中積分時(shí)間極短，膠片曝光曲線中曝光量的概念在DR中無實(shí)際意義。通過管電壓代替曝光量，積分時(shí)間為200ms，透照不同管電流得到灰度值為2300的圖像時(shí)，得到管電壓與厚度的關(guān)系曲線，通過觀察，管電壓與厚度的關(guān)系圖像非常直觀，隨著管電流的增大，管電壓與厚度特性曲線的斜率相應(yīng)減小。