第8章其他射线检测方法和技术文课件.ppt
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1、8.1 高能射线照像 8.2 射线实时成像检测技术 8.3 数字化射线成像技术 8.4 X射线层析照像X-CT 8.5中子射线照像 第8章 其他射线检测方法和技术 8.1 高能射线照像 能量在 1 MeV 以上的 X 射线被称为高能射线。工业射线照相通常使用两种电子加速器,即回旋加速器和直线加速器。1、回旋加速器 电子回旋加速器的焦点很小,照相几何不清晰度小,可以获得高灵敏度的照片,但设备复杂,造价高,体积大,射线强度低,影响了它的应用。8.1 高能射线照像?2、直线加速器?直线加速器焦点比电子回旋加速器稍大,但?其体积小,电子束流大,所产生的 X 线强度大,?更适合用于工业射线照相。3、高能
2、射线照像的 特点?射线穿透能力强,透照厚度大。?焦点小,焦距大,照相清晰度高。?散射线少,照相灵敏度高。?射线强度大,曝光时间短,可以连续运行,工作效率高。?照相厚度宽容度大。8.1 高能射线照像 4、高能射线照相的几个技术数据?几何不清晰度小,固有不清晰度大。?灵敏度1%。?高能射线照相中,前屏的厚度对增感和滤波作用均产生显著影响,而后屏的厚度对增感来说相对不重要。因此,高能射线照相时,可以不使用后屏。8.1 高能射线照像 5、高能射线的辐射防护 加速器产生的高能射线,不但能量高,而且强度也很大,必须做好安全防护工作。大,必须做好安全防护工作。?加速器的防护主要采用屏蔽保护,加速器屏蔽室必须
3、进行专门的安全防护设计,室外的剂量率必须低于国家卫生标准。?因为高能 X 射线对空气进行电离后产生的臭氧和氮氧化物对人体有害,故室内必须安装通风机进行换气。?对于直线加速器来说,除了高能对于直线加速器来说,除了高能 X 射线的误伤害防护之外,还应进行微波辐射防护,同时还要预防高电压、氟利昂气体等对人体的危害。8.1 高能射线照像 8.2 射线实时成像检测技术 射线实时成像检测技术,是指在曝光的同时就可观察到所产生射线实时成像检测技术,是指在曝光的同时就可观察到所产生的图像的检测技术。的图像的检测技术。1、射线实时成像检测技术发展:射线实时成像检测技术发展:?采用图像增强器代替简单的荧光屏,实现
4、图像亮度和对比度增强。采用图像增强器代替简单的荧光屏,实现图像亮度和对比度增强。?采用微焦点或小焦点射线源,以投影放大方式进行射线照相。采用微焦点或小焦点射线源,以投影放大方式进行射线照相。?引入数字图像处理技术,改进图像质量。图像增强器中实现下述的转换过程:射线?可见光可见光?电子?可见光 2、射线实时成像系统的图像特性?射线实时成像系统的图像构成要素包括像素和灰度。?射线实时成像检测系统图像质量主要指标有三项,即图像分辨率、图像不清晰度和对比灵敏度。这三项指标大致可对应于胶片照相的颗粒度、不清晰度和对比度,但由于实时成像与胶片照相的成像原理、方法和器材均有所不同,因此,两者的定义和实质内容
5、是有区别的。8.2 射线实时成像检测技术(1)图像分辨率。图像分辨率(又称空间分辨率)定义为显示器屏幕图像可识别线条分离的最小间距,单位是 Lp/mm(线对毫米)。射线实时成像检测系统的图像分辨率可采用线对测试卡测定,铂铂-钨双丝像质计也可用钨双丝像质计也可用来测定图像分辨率。来测定图像分辨率。(2)图像不清晰度。图像不清晰度定义为一个边界明锐的器件成像后,其影像边界模糊区域的宽度。影响图像影响图像不清晰度的因素主要是几何不清晰度和荧光屏的固有不不清晰度的因素主要是几何不清晰度和荧光屏的固有不 8.2 射线实时成像检测技术 清晰度。在射线实时成像检测技术中,几何不清晰度除清晰度。在射线实时成像
6、检测技术中,几何不清晰度除了相关于焦点尺寸,还相关于所选用的放大倍数。了相关于焦点尺寸,还相关于所选用的放大倍数。图像不清晰度可采用线对测试卡测定,也可用双丝像质计测量。射线实时成像检测系统的图像,容易实现较高的对射线实时成像检测系统的图像,容易实现较高的对比度,但却往往不能得到满意的清晰度。(3)对比灵敏度。对比灵敏度定义为从显示器图像中可识别的透照厚度百分比,即 T T。在射线实时成像检测系统显示器上所观察到的图像对比度 C 与主因对比度和荧光屏的亮度有关。度和荧光屏的亮度有关。对比灵敏度可用阶梯试块测定。8.2 射线实时成像检测技术 3、射线实时成像检测技术的工艺要点?最佳放大倍数 图像
7、放大后有利于细小缺陷的识别。但随着放大倍数的增大,几何不清晰度也增大,不利于缺陷识别。?扫描速度和定位精度 射线实时成像检测过程包含动态检验和静态检验。对动态检验,要控制好工件和射线源的移动速度,它直接相关于图像的噪声。采用的扫描速度与射线源的强度相关。对静态检验,机械驱动装置必须具有一定的定位精度(10 mm)。8.2 射线实时成像检测技术?图像处理。在射线实时成像检测技术采用的数字图像处理技术包括对比度增强(灰度增强)、图像平滑(多帧平均法降噪)、图像锐化(边界锐化)和伪彩色显示等。?系统性能校验。为保证检验结果可靠,必须对系统的性能进行定期校验。校验方法有静态校验和动态校验两种。静态校验
8、项目包括图像分辨率和对比灵敏度等,校验的周期和间隔应符合有关要求。用带缺陷的试样进行动态校验时,所用透照参数和试件移动速度应与实际检测相同,像质计的选择、数目、放置等应符合标准和工艺的规定。8.2 射线实时成像检测技术 4、图像增强器射线实时成像系统的优点和局限性 与常规射线照相相比,图像增强器射线实时成像系统有以下优点和局限性:?工件一送到检侧位置就可以立即获得透视图像,检测速度快,工作效率比射线照相高数十倍。?不使用胶片,不需处理胶片的化学药品,运行成本低,且不造成环境污染。?检测结果可转化为数字化图像用光盘等存储器存放,存储、调用、传送比底片方便。?图像质量,尤其是空间分辨率和清晰度低于
9、胶片射线照相。?图像增强器体积较大,检测系统应用的灵活性和适用性不如普通射线照相装置。?设备一次投资较大。?显示器视域有局限,图像的边沿容易出现扭曲失真。8.2 射线实时成像检测技术 8.3 数字化射线成像技术 1、计算机射线照相技术(计算机射线照相技术(CR)计算机射线照相(计算机射线照相(computed radiography),是指将),是指将 X 射线射线透过工件后的信息记录在成像板透过工件后的信息记录在成像板(image plate,IP)上,经扫)上,经扫描装置读取,再由计算机生出数描装置读取,再由计算机生出数字化图像的技术。整个系统由字化图像的技术。整个系统由 成成像板、激光扫
10、描读出器像板、激光扫描读出器、数字图、数字图像处理和储存系统组成。像处理和储存系统组成。CR 技术的优点和局限性:技术的优点和局限性:?原有的 X 射线设备不需要更换或改造,可以直接使用。?宽容度大,曝光条件易选择。对曝光不足或过度的胶片可通过影像处理进行补救。?可减小照相曝光量。CR 技术可对成像板获取的信息进行放大增益,从而可大幅度地减少 X 射线曝光量。?CR 技术产生的数字图像存储、传输、提取、观察方便。8.3 数字化射线成像技术?成像板与胶片一样,有不同的规格,能够分割和弯曲,成像板可重复使用几千次,其寿命决定于机械磨损程度。虽然单板的价格吊贵,但实际比胶片更便宜。?CR 成像的空间
11、分辨率可达到 5 线对毫米,稍低于胶片水平。?虽然比胶片照相速度快一些,但是不能直接获得图像,必须将 CR 屏放入读取器中才能得到图像。?CR 成像板与胶片一样,对使用条件有一定要求,不能在潮湿的环境中和极端的温度条件下使用。8.3 数字化射线成像技术 2、线阵列扫描成像技术(LDA)线阵列扫描数字成像系统工作原理如图。由 X 射线机发出的经准直为扇形的一束 X 射线,穿过被检测工件,被线扫描成像器(LDA探侧器)接收,将 X 射线直接转换成数字信号,然后传送到图像采集控制器和计算机中。每次扫描 LDA 探测器所生成的图像仅仅是很窄的一条线,8.3 数字化射线成像技术 线扫描成像器 准直器 图
12、像采集控制器 线扫描成像器的技术特性:(1)空间分辨率。空间分辨率主要由像素的尺寸和排列决定。像素间距越小,其空间分辨率就越高。(2)动态范围。动态范围是指成像器可以识别的由 X 射线转换成数字图像的灰度等级。在实际使用过程中,由于转换器件(光电二极管)的非线形特性,使得动态范围要低于理论值。(3)动态校准。校准在很大程度上影响着光电二极管阵列的工作性能,校准可以在模拟的部分进行,也可以在数字部分进行,或者是同时进行。基本校准包括补偿和放大。8.3 数字化射线成像技术(4)扫描速度。影响扫描速度的主要因素是系统信号的)扫描速度。影响扫描速度的主要因素是系统信号的处理速度和处理速度和 X 射线光
13、通量的大小,现在计算机及电子线射线光通量的大小,现在计算机及电子线路的处理速度都很高,即使扫描线较长的路的处理速度都很高,即使扫描线较长的 LDA,也能在,也能在很短的时间内处理完毕,因此系统的扫描速度取决于因此系统的扫描速度取决于 X 射线光通量的大小。只有当 X 射线在射线在 LDA 上的累积剂上的累积剂量达到一定数量时才能有较好质量的图像,否则信号会量达到一定数量时才能有较好质量的图像,否则信号会被系统固有噪声淹没,使得成像质量大大降低。被系统固有噪声淹没,使得成像质量大大降低。(5)与射线源相关的设计。针对不同射线源,在)与射线源相关的设计。针对不同射线源,在 LDA 的设计上会有显著
14、的差异。首先要解决的是优化闪烁体,的设计上会有显著的差异。首先要解决的是优化闪烁体,实现闪烁体与 X 射线的能量匹配。其次是 X 射线的屏蔽射线的屏蔽和准直,X 射线会增加电子线路的噪声,所以屏蔽和准射线会增加电子线路的噪声,所以屏蔽和准直很重要。直很重要。8.3 数字化射线成像技术 3、数字平板直接成像技术(DR)数字平板直接成像(Directer Digital Panel Radiography)技术有非晶硅(a-Si)和非晶硒(a-Se)和 CMOS(互补金属氧化物半导体)三种。8.3 数字化射线成像技术 4、关于数字化射线成像技术的进一步知识?其他获取数字图像的方法 除了上述 CR、
15、DR、LDA 等数字化射线成像技术外,还有其他方法可以获得射线检测数字化图像。比如对底片进行扫描,可将底片上的图像转换为数子图像;工业射线实时成像系统中通过数字式摄像机也能获得数字图像。但上述两种方法均不划入数字化射线成像技术范畴,因为这两种方法的数字图像是在模拟图像基础上加工而获得的:前者是对已完成的射线照相产品 底片进行一次再加工;后者仅是在最后阶段通过数字式摄像机才变成数字信号图像,而其成像过程的大部分信号传递变换从射线作用于输入转换屏以及图像增强器信号的输入输出均是模拟信号。以上两种方法获取数字图像均 8.3 数字化射线成像技术 存在缺点:底片数字扫描的缺点是扫描转换需要花费较存在缺点
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