X射线实时成像系统论文

X射线实时成像系统论文（精选7篇）

X射线实时成像系统论文 篇1

1 X射线实时成像系统

X射线实时成像检测技术作为一种新兴的无损检测技术, 已进入工业产品检测的实际应用领域。与其他检测技术一样, X射线实时成像检测技术需要一套设备 (硬件与软件) 作为支撑, 构成一个完整的检测系统, 简称X射线实时成像系统。X射线实时成像系统使用X射线机或加速器等作为射线源, X射线透过后被检测物体后衰减, 由射线接收/转换装置接收并转换成模拟信号或数字信号, 利用半导体传感技术、计算机图像处理技术和信息处理技术, 将检测图像直接显示在显示器屏幕上, 应用计算机程序进行评定, 然后将图像数据保存到储存介质上。X射线实时成像系统可用金属焊缝、金属或非金属器件的无损检测。

2 X射线实时成像系统的基本配置及影响因素

X射线实时成像系统主要由X射线机、X射线接收转换装置、数字图像处理单元、图像显示单元、图像储存单元及检测工装等组成。

2.1 X射线机

根据被检测工件的材质和厚度范围选择X射线机的能量范围, 并应留有一定的的能量储备。对于要求连续检测的作业方式, 宜选择直流恒压强制冷却X射线机。X射线管的焦点尺寸对检测图像质量有较大的影响, 小焦点能够提高系统分辨率, 因此, 应尽可能选用小焦点X射线管。

2.2 X射线接收转换装置

X射线接收转换装置的作用是将不可见的X光转换为可见光, 它可以是图像增强器或成像面板或者线性扫描器等射线敏感器件。X射线接收转换装置的分辨率应不小于3.0LP/mm。

2.3 图像处理单元

图像处理单元应具有图像数据采集和处理功能。图像数据采集方式可以是图像采集卡或其它数字图像合成装置。图像采集分辨率应不低于768×576像素, 且保证水平方向分辨率与垂直方向分辨率之比为4∶3;动态范围即灰度等级应不小于256级。

2.4 图像处理软件

图像处理软件应具有降噪、亮度对比度增强、边缘增强等基本功能。图像处理软件应能适应相应检测产品所规定的技术标准, 具有图像几何尺寸标定和测量以及缺陷定位功能;在检测图像中标定的缺陷位置与实际位置误差应≤2mm, 单个缺陷的测量精度为±0.5mm。

图像处理软件基本上需要两种, 一种是控制软件, 其功能是通过数据总线发送命令来控制成像系统, 这些命令包括工件动作指令、成像装置的校准、从采集卡得到图像、图像平面尺寸校定、图像实时采集、图像的同步处理和图像储存等。另一种是成像软件, 其功能是在计算机上显示图像, 按所检测工件的质量标准进行缺陷等级评定, 同时生成工件检测数据库文件, 输出评定报告, 再将检测图像和数据库文件同时保存到光盘等储存介质中去。

2.5 图像显示单元

图像显示采取黑白方式显示图像, 显示器点距不大于0.26mm, 显示器应为逐行扫描, 刷新频率不小于85Hz, 图像评定可选用17'19'显示器, 使观察者的视野感到更舒适。

2.6 图像储存单元

检测图像可储存在数字光盘等介质中, 储存的数字图像和有效信息不可修改和删除, 保留的数字图像还应包含有原始的采集数据。对于要求保存3'30年的重要检测技术资料, 应选择CD-R一次性光盘, (CD-R光盘的保存期可达50年) , 不能选择CD-RW可擦写光盘。

2.7 计算机的基本配置

对于独立的X射线实时成像系统至少应配置两台计算机, 一台用于图像采集和图像处理, 另一台用于图像的评定和打印报告等, 两台计算机用缆线连接。计算机硬件的基本配置要求奔腾Ⅲ600以上, 256M内存, 20G硬盘, 并配软驱、光驱、打印机和刻录机;软件环境要求在windows2000操作系统下运行。

2.8 检测工装或流水线

为实现工件的连续检测, 应有必要的检测工装设备或流水线, 且应具有较高的机械精度。

2.9 X射线实时成像检测系统的选择

实用的X射线实时成像检测系统实际上是以上X射线实时成像系统的基本配置及多个影响因素有选择性的组合, 不同的组合会有不同的造价和使用功能;使用单位可根据以上X射线实时成像系统的基本配置及影响因素, 再结合本单位的产品特点和产品的技术质量检验标准以及自身的经济条件来选择适合本单位使用的X射线实时成像系统。

3 X射线实时成像系统的分辨率

3.1 系统分辨率

可以用多项技术性能指标来评价X射线实时成像系统的质量特性, 例如系统分辨率、灵敏度、最高承受电压、系统的稳定性、系统的连续工作时间、图像的采集和图像处理速度、检测效率、图像一次性检测范围 (长度×宽度) 、图像的动态范围、系统抗干扰性、系统的工作寿命、系统的价格性能比等多项指标, 其中系统分辨率是重要的指标, 系统中的每一个子系统发生变化, 都会引起系统分辨率综合性能的变化, 所以, 抓住了系统分辨率这个综合指标, 就等于抓住了X射线实时成像系统的关键。

3.2 实时成像系统分辨率的测试方法

将分辨率测试卡紧贴在X射线接收转换装置 (例如图像增强) 器输入屏表面中心区域, 线对栅条与水平位置垂直 (或平行) , 按如下工艺条件进行透照, 并在显示屏上成像: (1) X射线管焦点至图像增强器输入屏表面的距离不小于700mm; (2) 管电压不大于40kv; (3) 管电流不大于2m A; (4) 图像对比度适中。在显示屏上观察测试卡的影像, 观察到栅条刚好分离的一组线对, 则该组线对所对应的分辨率即为系统分辨率, 系统分辨率的单位是“线对/毫米” (LP/mm) 。

系统分辨率也可以用系统清晰度 (单位是mm) 来表述, 它们之间的换算关系是“互为倒数的二分之一”。

3.3 系统分辨率的作用

系统的设备配置确定之后, 系统分辨率便是一个确定的参数。在实时成像检测工艺中, 通常是以系统分辨率作为已知参数来确定其他检测参数。

3.4 系统分辨率指标

根据X射线实时成像检测系统不同的配置, X射线实时成像检测系统可分为A、AB、B三个级别来管理, A级的系统分辨率指标可定为≥1.4LP/mm, 用于普通产品的X射线实时成像检测, 例如汽车铝合金轮毂、炼铁高炉炉衬耐火砖以及食品罐头的检验;AB级的系统分辨率指标可定为≥2.0LP/mm, 用于较重要和产品的检测, 例如锅炉压力容器压力管道对接焊缝的检测, 汽车零部件、电子元器件的检测;B级的系统分辨率定为≥3.0LP/mm, 用于重要产品的检测, 例如核工业产品、航空航天器材的检测。

4 X射线实时成像技术展望

我国经过十多年的努力, X射线实时成像检测技术作为一种新兴的无损检测技术已日臻成熟, 其检测图像质量可以与射线照相底片质量相媲美, 且由于使用光盘作为储存介质, 检测成本大大降低, 受到使用单位的欢迎。如今数码相机已进入寻常百姓家, 数字技术已进入各行各业。在迎接数字化时代到来的时候, 我们广大使用单位对我国无损检测研制单位寄以厚望, 希望X射线实时成像检测系统能够早日实现国产化, 把价格降下来, 使数字化的X射线实时成像检测技术能够进入更广泛的应用领域。

X射线实时成像系统论文 篇2

关键词：压力容器,无损检测,X射线实时成像系统

在如今科学技术迅速发展的时代, 人们对于无损检测技术的要求越来越高, 数据采集技术, 计算机技术以及图像处理技术构成的人机交互界面, 电机伺服系统等新技术慢慢被推广应用到无损检测方面。这些技术不但能够减少检测人员的工作量, 而且能有效地提高检测效率和检测质量。从另一个角度来说, 人机交互界面操作较为简单, 并且检测参数容易修改, 能够有效地进行集中管理。X射线实时成像技术作为一种新型的无损检测技术, 越来越受到检测人员的重视。

1 X射线实时成像原理

X射线实时成像的检测原理和X射线胶片照相检测原理一致, X射线透过压力容器焊缝时, 因为压力容器缺陷和母材对射线的吸收状况有所差异, 所以会呈现出不同的X光图像。实时成像就是通过图像增强器, 将X光图像转变成可见光图像, 经过摄像机接收后变成数字图像, 检测人员根据图像, 利用专用软件来评定缺陷性质和位置, 完成压力容器的无损检测。

2 X射线实时成像系统在检验过程中的主要问题

2.1 图像转换与获取

X摄像实时成像系统将X射线透视图像转化成数字化图像必须通过多次光电和电光转化, 此过程中光电和电光转化会产生噪音, 导致获取的图像信噪比低, 图像容易出现变形, 从而对检测结果的分析评价产生一定的影响。因此, 使用检测效率高, 灵敏度以及分辨率高, 噪声小, 动态范围和成像面积大等特点的平板探测器对高质量图像的获取具有很大意义。

2.2 图像处理

高质量图像能够使检测人员有效的辨别出被检工件存在的缺陷, 获得高质量图像不仅跟原始图像的质量有着密切关联, 而且跟图像的后期处理也有很大的关联, 因此, 是否拥有一款功能强大可靠的图像处理软件是X摄像实时成像系统好坏的重要因素之一。

2.2.1 预处理

利用X射线实时成像法获取的图像具有很多特点, 例如:灰度区间窄, 图像噪声较多, 缺陷边缘不清晰, 缺陷特征有时被覆盖, 因此, X射线实时成像获取的图像应进行预处理, 预处理主要是进行图像去噪以及图像增强。

第一:进行图像去噪处理。观察并分析噪声形成的过程并在实际图像中进行排除, 噪声主要是比较分散的白点或者黑点颗粒噪声, 对图像进行过滤和平滑, 从而排除噪声干扰, 使图像实际显示出来。滤波处理图像要求保持图像清晰, 并且不能破坏图像轮廓以及边缘重要信息。

第二:进行图像增强处理。如果图像的对比度以及亮度没有达到图像要求, 就需要对图像进行增强处理。进行图像增强处理的方法有很多, 既可以人工调节, 也可以软件自动调节, 最终获得清晰准确的高质量图像。

2.2.2 缺陷提取

X射线实时成像检测的关键在于精确地提取缺陷。缺陷的提取主要有两种方法:

第一:X射线数字图像背景波动较大, 需要先处理图像背景, 然后通过适当阈值分割法对缺陷进行提取;

第二:X射线数字图像对比度低, 需要先增强图像对比度, 再通过图像处理算法进行缺陷提取。

由于工件材料、构造、加工方法和环境的差异, 每种工件的数字图像都存在一定差异, 应采用合适的图像处理法对缺陷进行提取。

2.3 缺陷描述

不同的材料种类以及工作环境, 出现的缺陷种类不同。而不同缺陷所呈现不同图像特征, 体现在图像的位置, 形状, 端部尖锐度以及边界平直度等几个方面。所以, 必须缺陷图像进行认真的观察和分析, 辨别出缺陷种类, 并对缺陷的特征及参数进行整理和描述。

2.4 缺陷评判

目前X射线实时成像系统的应用过程中, 缺陷自动评判技术还不够完善, 容易出现误判漏判, 因此缺陷的评定方法主要还是通过人工方式进行。

3 X射线实时成像系统与传统胶片射线照相检测的比较

与传统胶片射线照相相比, X射线实时成像系统形成的图像质量高, 操作速度快, 灵敏度高, 但设备更复杂, 对检测人员要求也更严格, 因此检测费用更高。

4 结语

X射线实时成像系统目前还存在许多技术问题, 首次投资成本也是影响X射线实时成像系统发展主要原因。在科学技术迅速发展的时代, 数字化、智能化、图像化、实时化的X射线成像系统是X射线无损检测未来的主要运用方向, 发展和提升X射线实时成像系统的硬件技术和软件技术, 对这种检测方法的应用意义重大。

参考文献

[1]金崇林.压力容器无损检测技术运用综述[J].化学工程与装备, 2011, (03) :98-99.

[2]刘颖韬, 郭广平, 杨党纲, 等.脉冲热像法在航空复合材料构件无损检测中的应用[J].航空材料学报, 2012, (01) :72-77.

X射线实时成像系统论文 篇3

对复合材料结构承载能力影响最严重、安全威胁最大的是冲击损伤,冲击损伤是复合材料损伤的主要研究对象。对于冲击损伤而言,其常用的检测方法为超声波C扫描检测。在冲击损伤区内并不是每一层或每一处都已损坏,而C扫图片仅显示出冲击损伤区域包络形状与大小。本文从增强剂四溴乙烷的浓度、施加方式与时间等方面的选定,进行了冲击损伤的增强X射线实时成像检测研究,其结果是对超声波C扫描检测结果的进一步验证与补充,从而为复合材料结构设计和制造工艺改进,提供了一定的检测依据。

1 冲击损伤的超声波C扫检测

对于冲击损伤而言,其常用的检测方法为超声波C扫描检测。表一为冲击损伤测试件规格,图一为试件的冲击损伤超声波C扫检测结果。实际上,在冲击损伤区内并不是每一层或每一处都已损坏,C扫图片仅显示出冲击损伤区域包络形状与大小。

2 冲击损伤的增强X射线实时成像检测机理

根据X射线检测原理,只有缺陷在射线透照方向上具有一定的尺寸、其线衰减系数具有一定的差别,且散射比控制在一定范围内,缺陷才能产生一定的透照强度对比度。而分层是一种层间裂纹,在射线透照方向上缺陷的尺寸几乎为零,所以常规X射线检测法检测分层很困难。如图二所示,在损伤处未使用四溴乙烷(TBE)增强剂的情况下,不能检测出层间分层。为了检测出复合材料中的分层缺陷,可采用四溴乙烷(TBE)增强剂。由于增强剂对X射线的吸收远大于被测试件本身材料,能有效地增强被测试件损伤部位的图像质量和检测灵敏度,从而达到检测的目的。

3 冲击损伤形式与形状特征

只有正确理解冲击损伤的形式与形状特征,才能将增强材料全面施加到冲击点及其层间分层处,为层间分层的全部检出做好准备。层间分层的分布有下述特点:

(1)冲击损伤形式

冲击损伤形式与冲击能量水平密切相关,如图三所示[1]。高能量冲击,如弹丸冲击,可以对层压板造成穿透孔损伤,并带有一些边缘附近的局部分层(如图一a);中等能量冲击,虽然不产生穿透损伤,但在冲击范围内造成了层压板局部损伤和内部分层,以及背面纤维的断裂(如图一b)。高能量和中等能量水平的冲击可以造成层压板表面损伤,相对容易检测。低能量冲击在层压板表面产生难以目视检查的损伤,并在层压板内部形成圆锥形的分层区(如图一c)。低能量冲击损伤是纤维增强复合材料在实际结构应用中经常遇到的主要损伤形式。

(2)冲击损伤形状特征

层间分层的分布有下述特点:

(1)多数分层呈花生状(或哑铃状),相邻两层间分层区的主轴方向均沿两层中离冲击面较远一层的纤维方向;

(2)分层沿厚度方向呈喇叭状分布,冲击表面最小,背面最大;

(3)分层面积不是单调增加的,其不仅取决于离冲击表面的距离,也取决于相邻两铺层方位之间的夹角,即距离越远,分层面积越大,夹角越大,越易产生分层。

4 冲击损伤的增强X射线实时成像检测

清除测试件的湿气和表面污染,在损伤处浸渍,将试件浸渍于四溴乙烷(TBE)溶液中,时间分别为30分钟、1小时、10小时并进行检测。因分层部分开口于表面,增强剂溶液只能渗入了开口于表面的层间分层中,增加了该区域对X射线的吸收,在射线的透照下,局部产生了一定的透照强度对比度,因而,根据X射线检测原理,如图四所示,只能检测出部分层间分层。浸渍时间分别为30分钟、1小时、10小时的检测结果如图四a、图四b、图四c所示。因此,使增强剂溶液能充分浸入所有的层间分层中,是解决正确检测出层间分层的首要条件之一。为了达到检测层间分层的目的,考虑在冲击点钻孔,本文采用孔径为Φ1mm。

开口于被测件表面的层间分层可看作是毛细缝隙,四溴乙烷也正是在毛细作用力下自动地渗进分层中,液体在毛细缝隙中浸入的深度,可用下式来计算:

式(1)中:

h—液体浸入毛细缝隙的深度;

σ—液体的表面张力系数;

θ—液体对固体表面的接触角;

w—毛细缝隙的宽度;

ρ—液体的密度;

g—重力加速度

由式(1)可知,液体在毛细缝隙中浸入的深度与液体的密度成反比,液体的密度愈大,浸入深度愈小,其渗透能力愈低。粘度对液体的静态渗透能力没有影响,但对其运动性能有很大的影响,会影响液体的渗入时间。

作为增强剂的四溴乙烷,其分子式为C2H2Br4,分子量为345.65,在20℃、化学纯状态下,密度为2.96g/ml,密度很大,粘度很高,其渗透能力很差,渗入表面开口的微小层间分层中所需的时间较长。

因而,增强剂能否快速、充分地渗入全部的层间分层中,且其密度不能降低很多,以保证层间分层的检测,是冲击损伤的增强X射线检测技术的关键。应从下面几方面进行选择:

(1)施加方式

通过喷涂、流涂、刷涂、浸渍等施加方式的比较,浸渍方式的渗入时间最短且充分,应选择浸渍方式。

(2)增强剂浓度

表二为四溴乙烷的常温条件下不同浓度的密度变化,通过实际验证,在相同时间条件下,以丙酮为稀释剂,在50～99%的浓度范围内,观察检测图像没有明显变化,均能检测出全部的层间分层,因此,选取中间值75%为施加增强剂浓度。

(3)施加时间

图五为在损伤处钻孔,并将试件浸渍于浓度为75%的增强剂中,时间分别为30分钟、1小时、2小时的检测结果。与C扫结果相比较,并经过多次试验,浸渍时间为2小时可检测出全部分层。

时间:30分钟(a)、1小时(b)、2小时(c)检测设备:HI-Scan X射线实时成像设备

在图五c中可以看出,实际上,在损伤区内并不是每一层或每一处都已损坏。在增强X射线实时成像检测中,由于增强材料四溴乙烷(TBE)浸入到损伤区的每一个微小分层中,极大地提高了层间分层区对X射线的吸收,增强了该区域的图像质量和检测灵敏度,从而,检测出了层间分层,因而更具体地、形象地显示出损伤区损伤程度的变化,可作为损伤超声波C扫描检测结果的验证与补充,从而为复合材料结构设计和制造工艺改进,提供了一定的检测依据。

利用实时成像设备的测量软件,在射线图像上测量出尺寸并计算出层间分层大小。例如,将损伤区域近似看作椭圆形并计算其面积,长轴=30.4mm,短轴=20.5mm,面积=(长轴/2)×(短轴/2)×3.14=(30.5/2)×(20.5/2)×≈490.8mm2,层间分层检测图像如图六所示。

四溴乙烷(TBE)浓度:75%浸渍时间:2小时检测设备:HI-Scan X射线实时成像设备

5 结束语

增强X射线实时成像检测冲击损伤的关键是层间分层必须与表面相连。其次,必须选择合适的增强剂浓度、施加方式与时间,使增强剂完全浸入层间分层,才能保证冲击损伤的层间分层的全部检出。具体操作方式为:

(1)清除试件的湿气和表面污染;

(2)将四溴乙烷(TBE)溶于丙酮溶剂中,制成浓度≥50%溶液;

(3)在损伤处钻孔,使层间分层开口于表面,采用浸渍的施加方式,使TBE溶液渗入零件缺陷部位,施加时间取决于冲击能量、复合材料的疏松度和厚度;

(4)X射线实时成像法检测试件;

(5)清除四溴已烷(TBE)溶液。

参考文献

[1]杨乃宾,章怡宁.复合材料飞机结构设计[M],北京:航空工业出版社,2002.

[2]宋焕成.聚合物基复合材料[M].北京:国防工业出版社,2006.

X射线实时成像系统论文 篇4

探测器制造商使用已经规范化的测量方法对平板探测器进行测试得到了其相对优越的理想DQE数值并提供给了系统厂商, 成为系统厂商描述其系统的成像质量的重要指标, 显然这样的做法并不客观。因为, 在探测器每单位曝光条件下, DQE定量测量图像的质量, 但是其中并不包括临床上所使用成像系统的一些重要参数的影响。由于散射辐射的存在影响着临床图像的质量, 防散射滤线栅通常用于影响图像的衰减性能, 而焦点大小的限制则主要导致图像模糊。IEC62220-1系列标准已经转化成为中国医药行业标准, DQE方法是用来消除或者降低以上这些因素, 以使结果可以用来反映图像探测器的基本性能。因此DQE的测量方法主要描述的是探测器工程或者理论上的技术参数, 由于其有限的临床适用性, 还不能代表整个成像系统的基本性能。为了解决这个难题, 我们正努力扩展DQE相关概念的研究, 更多地考虑除探测器以外的相关参数。

1.测试工具及试验方法

a) 医用数字化X射线成像系统;

b) MTF测试体模、衰减铝、准直筒、X射线剂量仪;

c) DQE测试软件 (依据YY/T 0590.1-2005标准方法编写) ;

d) 测试布局如图1。

2.具体参数信息

像素矩阵:3320*3408, 像素尺寸:0.125mm, 图像格式:原始数据, 辐射质量RQA5, SID:1.5m

图像CF测试信息:

1) 70kv, 25mA, 100mS, 21mmAl, 2.163uGy;

2) 70kv, 40mA, 100mS, 21mmAl, 3.489uGy;

3) 70kv, 80mA, 100mS, 21mmAl, 7.035uGy;

4) 70kv, 125mA, 100mS, 21mmAl, 11.00uGy;

5) 70kv, 160mA, 100mS, 21mmAl, 14.09uGy;

6) 70kv, 200mA, 100mS, 21mmAl, 17.60uGy;

7) 70kv, 250mA, 100mS, 21mmAl, 21.87uGy;

MTF及NPS测试条件均为:70kv 125mA100mS。

3.测试结果

MTF&SDQE结果见表1。

测量结果显示:被测系统具有良好的线性, 像素值和曝光剂量成线性比例关系, R2为0.99991。DQE值比我们所预料的理想系统 (或平板探测器制造商声称的) 要低10%或±0.1。SDQE值在接近于0频率时的范围在10%左右。结果证明了散射、焦点模糊和栅格衰减对系统具有很大的影响, 同时这些因素对SDQE值测量的影响能降低实际的信噪比 (SNR) , 实际的信噪比是指成像系统在临床使用设定的实际利用的曝光值。

在X射线机和乳腺机系统中, 图像质量测量的主要目的是描述成像系统的基本性能。这些年来, 人们研究了很多技术用于图像质量的测量。这些检测技术可以定量准确且可重复性地评价成像探测器的信号和噪声的性能, 并且呈现在人们普遍公认的DQE尺度测量的技术上。然而, 过去一些测量方法主要集中于探测器本身的测量, 而忽视了影响图像质量的五个成像系统的关键参数:采集形状, 散射分数, 滤线栅, 放大器和焦点模糊。可见, SDQE更加有意义的评价系性能。

通过本次试验, SDQE与平板探测器的DQE存在着一定的距离。平板探测器的DQE值也是理想的100%SDQE值。这就说明, 我们在既提高射线成像系统的图像质量又降低患者的辐射剂量的技术研究上提供了具体的空间。最大的改善点可以通过使用扫描槽获取图像的方式降低散射, 这种方式也可能实现更多空气间隙的有效应用。空气间隙的使用需要提高射线源至影像接受面 (患者) 的距离, 增加探测器的尺寸, 降低焦点的大小同时增加球管热容量的能力。系统自身降低焦点尺寸的大小能够在高频率系统响应时提高SDQE的大小。这种改善方式也可以更好地设计滤线栅的结构, 从而减低X射线的主要衰减性能。

摘要：目的:量子探测效率 (DQE) 是描述数字X射线平板探测器的图像质量和剂量利用效率的综合指标。在以往的研究和实践中, 我们所做的努力是研发了一种实验性的统一方法来测定平板探测器的量子探测效率, 包括IEC62220-1系列标准。然而, 评价数字X射线成像系统的DQE才更有实际临床意义。本论文通过对系统DQE (SDQE) 的测试, 比较SDQE与其描述的平板探测器DQE的差异, 讨论了数值差异的原因以及提高SDQE的方法。

X射线实时成像系统论文 篇5

目前X射线数字成像技术飞速发展,出现了图像增强器技术、平板探测器技术、线扫描成像技术、计算机层析技术等,这些技术都具有可以实时成像的优点。其中平板探测器则是当今世界上第一个具有实时成像功能的非晶硅平板式探测器,它具有图像分辨率和灰度级都比较高的特点,可以满足多种无损检测的要求。本文在研究了 Paxscan2520特点的基础上,开发了基于Paxscan2520平板探测器的X射线实时成像系统。

1 PaxScan2520平板探测器的结构与工作原理

平板探测器集成了一个大面积非晶硅传感器阵列和闪烁晶体屏。其结构示意图如图1所示。闪烁体屏将X射线光子转换成可见光,再通过非晶体面阵将可见光转换成电子,然后由读出电路将其电信转换成数字信号,最后把数字信号发送到计算机。

2 基于PaxScan2520平板探测器的X射线实时成像系统

2.1 成像系统硬件组成

PaxScan2520平板探测器是一种新型X射线数字成像装置,可以代替图像增强器和电视照相机。简单的系统组成如图2所示。

该系统含射线源、PaxScan 2520图像系统、计算机等主要组成部分。

(1)PaxScan 2520图像系统(平板探测器、命令处理器、电源):接收照射工件之后的X射线信号,并将此信号转变为为数字信号,经预处理后,发送到计算机供用户使用。

(2)计算机:接收图像信号,并实现显示、处理、保存等功能,同时控制PaxScan 2520图像系统的工作状态。

2.2 基于VC++的成像系统软件设计

由于PaxScan 2520平板只提供以太网接口,所以PaxScan 2520的全部功能只能以socket为基础的接口通讯来获取。PaxScan 2520平板探测器的实时成像系统对实时的精度要求比较高,普通定时器是难以满足要求的。在此,可以利用VC++6.0作为开发工具,实现多媒体定时器来启动工作线程,根据平板探测器的帧率,实现数据采集并发送到主线程。具体说明如下:

(1)定义多媒体定时器参数

UINT wTimerRes; //定义时间间隔

UINT wAccuracy; //定义分辨率

UINT TimerID; //定义定时器句柄

(2)通过多媒体定时器设备函数timeGetDeviceCaps获得本PC机的最大分辨率。

wTimerRes=3; //为时间间隔变量赋值

TIMECAPS tc; //定义定时器分辨率结构

If(timeGetDeviceCaps(&tc,sizeof(TIMECAPS))= = TIMERR_NOERROR)

{

//分辨率的值不能超出系统的取值范围

wAccuracy=min(max(tc.wPeriodMin,TIMER_ACCURACY),tc.wPeriodMax);

//调用timeBeginPeriod函数设置定时器的分辨率

timeBeginPeriod(wAccuracy);

}

(3)初始化和启动定时器事件:使用timeSetEvent函数

TimerID=timeSetEvent(wTimerRes,wAccuracy,

(LPTIMECALLBACK)OneMilliSecondProc,

(DWORD)this,TIME_PERIODIC);

(4)声明一个定时器函数

virtual void TimerFunction(UINT uTimerID);

按设定的时间来执行,设定的值与平板帧率设定函数有关。

(5)删除完成任务定时器的后,以免定时器占用太多内存,造成系统过慢。首先删除定时器句柄(timeKillEvent函数),然后删除定时器的分辨率(timeEndPeriod函数)。具体应用如下:

timeKillEvent(Timer_ID);

timeEndPeriod(wAccuracy);

2.3 多线程实现数据的采集和图像的显示

目前大多数的计算机都是双处理器,可以实现多线程的并行运行并缩短了CPU时间,这为实时成像系统提供了良好的平台,这里可以运用多线程来进行并行处理,避免了某项任务长时间占用CPU时间。具体分析实现过程:

基于PaxScan1313平板探测器的实时成像系统的工作示意图如图3所示。

(1)数据采集线程:

配合多媒体定时器在后台运行,等待数据采集以及相应的PaxScan2520采集帧率。

(2)数据处理与分析线程:

完成将PaxScan2520采集回来的14bit灰度图像转化成8bit的灰度图像。

(3)主线程:

负责实时显示图像、保存图像和监控对探测器的操作。

3 实验结果分析

该系统通过实验验证,完全满足实时成像的要求。其实验的结果如图4所示。平板探测器Pax-Scan2520以30帧率显示,图4为遥控小车移动视频序列图的部分画面。

通过实验得出,利用VC++多媒体定时器和多线程技术提高了数据采集的实时性与精确性,可以满足X射线实时成像系统的要求。该系统已在国内数家X射线检测生产线上使用,得到了用户较高评价。

参考文献

[1]周正干,腾升华,江巍,等.X射线平板探测器数字成像及其图像校准[J].北京航空航天大学学报,2004,30(8):698-701.

[2]肖永顺,陈志强,张丽,等.基于数字平板探测器的高能X射线成像实验研究[J].北京航空航天大学学报,2003,29(6):660-663.

[3]李净,杨俊武,钱旭.用多媒体定时器精确控制采样频率[J].计算机应用,2000,20(12):67-68.

[4]宋植官.图像增强与复原方法在X射线图像处理中的应用[D].大连:大连理工大学,2007.

X射线实时成像系统论文 篇6

GE公司推出一种创新自动X射线曝光系统, 具有高效透视技术, 可以降低多达40%的辐射剂量, 而且提高图像质量。

自动X射线曝光系统 (AutoEx) 是使用实时图像信息来优化全数字图像链参数, 包括X射线光谱技术。应用AutoEx能够有效计算病人厚度, 光谱过滤。然后自动选择提供最低的辐射剂量与优化管理, 同时提供医生符合要求的图像质量。因此, 系统可根据给定的设置, 提供放射成像能力, 并对每个病人的辐射剂量进行自定义和个性化设计。

另一项Innova系统减少辐射剂量的是平板探测器, 它提供了一个高量子检测效率 (DQE) 。Innova系统准直仪综合光谱过滤器有助于减少剂量和减少工作人员受到的过滤辐射, 同时保持图像质量和清晰度。Innova系统系统的另一个好处是测定病人轮廓, 进一步减少探测器与病人的距离, 实现快速定位, 减少辐射照射的效率。该AutoEx功能可在Innova2100IQ, 3100IQ, 4100IQ, 2121IQ和3131IQ透视系统上实现。通过减少接触病人的剂量, 提高病人护理的质量。

X射线数字成像检测技术研究 篇7

自20世纪90年代以来, 我国射线无损检测技术和计算机技术有了快速的发展, 小 (微) 焦点、高频、直流、恒压、大穿透能力X射线的出现, 为扩大检测适用范围、提高图像质量提供了可靠保证;现在的计算机的硬件和软件技术水平为X射线实时成像的采集速度和图像处理方法提供了更坚实的技术基础;特别是X射线接收转换装置从九十年代单一的图像增强器发展到现在的图像增强器、线型阵列探测器、非晶硅间接转换平板探测器三者并驾齐驱的局面, 而非晶硅间接转换平板探测器具有更多的技术含量和技术优势。

2 与射线胶片照相检测技术的比较

X射线数字成像检测技术与射线胶片照相成像技术在成像原理上有相同之处, 都是根据射线穿透工件后衰减定律成像, 但是也有较多的不同之处。

3 X射线数字成像技术路线

新修订的GB/T 17925-200X《气瓶对接焊缝X射线数字成像检测》标准 (报批稿) 保持了原GB17925-1999的图像增强器成像技术路线, 增加了线型阵列探测器成像技术路线、非晶硅平板探测器成像技术路线。这是本次标准修订核心内容。

GB 17925-1999标准制订始于1994年, 经历5年时间于1999年才正式发布。回顾九十年代中期, 成像转换器主要是图像增强器, 其它成像转换器 (线型阵列探测器和非晶硅平板探测器) 尚未走出实验室。限以当时的环境, GB 17925-1999标准是仅仅以图像增强器为成像技术路线。

随着计算机技术和射线数字成像技术的快速发展, 九十年代末以来线扫描阵列探测器和非晶硅平板探测器的出现, 其成像速度和成像质量大大提高, 因此, 基于线扫描阵列探测器的X射线实时成像检测技术和基于非晶硅平板探测器的X射线实时成像检测技术应运而生。

目前, X射线数字成像检测技术路线按成像方式主要有三种: (1) 基于图像增强器的X射线实时成像无损检测技术, 其特征是图像采集速度≥25幅/秒; (2) 基于线扫描阵列探测器的X射线数字成像无损检测技术, 图像采集速度<25幅/秒; (3) 基于非晶硅平板探测器的X射线数字成像无损检测技术, 图像采集速度<25幅/秒。

按数字成像技术分, 图像采集速度≥25幅/秒, 称为“实时成像”, 图像采集速度<25幅/秒, 称为“准实时成像”, 图像采集速度<8幅/秒不称为实时成像。

标准稿规定了三条技术路线 (基于图像增强器的X射线实时成像检测技术路线、基于线扫描阵列探测器的X射线数字成像检测和基于非晶硅平板探测器的X射线数字成像检测技术路线) , 为不同的检测单位、不同的检测对象、不同的检测环境提供了更加广阔的选择空间。

标准报批稿鼓励有条件和有较高要求的气瓶制造单位采用基于线扫描阵列探测器的X射线实时成像检测;更是推荐有条件和有较高要求的气瓶制造单位采用基平板探测器的X射线实时成像检测技术路线, 因为它们有诸多优点是值得采用的;同时新修订的标准 (报批稿) 也仍然保留了基于图像增强器的X射线实时成像检测技术路线。

十多年前, 当X射线实时成像技术刚开始应用的时候, 能够供选用的成像技术中采用的CCD摄像机大约是40万像素, 致使系统分辨率较低, 对图像质量有较大的影响。现在成像技术中采用图像增强器的CCD可达到100万以上像素, (据报导, 2007年我国升空的嫦娥一号绕月卫星上装的是120万像素的CCD摄像机, 传回的月球图像非常清晰) 再配置12bit的图像采集卡, 图像增强器的图像功能大大提高, 系统分辨率和图像分辨率大大提高, 所以, 基于图像增强器的X射线实时成像检测技术路线仍然充满活力。

注:国外有报导可用γ射线, 但未见成功案例。

4 提高X射线实时成像系统性能指标

局限于当时的技术条件, GB 17925-1999标准规定的X射线实时成像系统的性能指标较低, 对图像质量和缺陷检出率有一定的影响;随着高新技术的发展, 为X射线实时成像技术提供了强大的技术支持, 提高系统分辨率指标的愿望得以实现。新修订的标准 (报批稿) 系统性能指标与原标准对比见表2。

4.1 关于系统分辨率指标

X射线实时成像检测系统由各子系统 (X射线机、X射线接收转换装置、计算机系统、检测工装、系统软件等) 组成, 系统分辨率是考核X射线实时成像系统的重要指标。系统分辨率具有是客观性, 与图像成像工艺无关, 或者说与图像的主观性质量指标 (灵敏度) 无关, 仅与各子系统的设备的配置和性能有关, 一旦各子系统的设备配置和性能得到确定, X射线实时成像系统分辨率也就相应得到确定, 随着设备使用时间延长, 系统分辨率也会相应下降, 所以要经常或定期测试系统的分辨率指标。

成像系统设备的配置应避免产生“木桶效应”, 即各子系统的性能尽可能的均衡配置。原GB 17925-1999标准规定的系统分辨率规定较低, 是由于受当时各子系统性能水平较低的限制, 如今, 随着科学技术整体水平的提高, 各子系统的性能指标也已大幅提高, 为大幅提高X射线实时成像系统性能指标提供了可靠的保证。

黑白显示器的分辨率对提高系统分辨率有很大的作用, 建议新使用的单位在考虑成像系统设备配置时尽可能采用高动态范围的黑白液晶显示器, 其效果要比普通彩色显示器好, 但价格要高较多。

从目前的技术水平来看, 报批稿规定的系统分辨率≥2.4LP/mm是完全能够达到的。

需要强调的是, 在以上三个成像技术路线中, 不论采取何种技术路线, 系统分辨率均不得低于2.4LP/mm。

4.2 关于系统动态范围指标

图像动态范围是指系统可采集最大灰度值与最小灰度值的范围。即A/D转换器的有效位数, 单位是图像灰度等级bit。

图像灰度级是指对黑白图像明暗程度的定量描述, 它由系统的模/数转换器 (A/D) 的位数决定。A/D转换器的位数越高, 灰度等级越高。例如, A/D转换器为12bit时, 采集的灰度级为4096。

GB 17925-1999标准规定的系统动态范围指标是8bit (256灰度级) , GB/T 17925-200X规定的系统动态范围已大幅提高到≥12bit (≥4096灰度级) 。

新修订的标准 (报批稿) 提高动态范围是基于以下考虑:在同样的X射线实时成像成像条件下, 动态范围大意味着系统可采集到的灰度变化范围小, 例如8bit的动态范围, 最小的灰度变化范围是1/256, 12bit的动态范围, 最小的灰度变化范围是1/4096, 也就是说动态范围越大可分辨的图像细节就越小, 图像就能检测出更加细小的缺陷, 有利于提高检测灵敏度, 这正是高动态范围所追求的价值观。

系统的动态范围与系统所用的模/数 (A/D) 转换器的位数有关。GB 17925-1999标准是基于8bit A/D转换器, 现在12bit的A/D转换器已经普及, 随着数字技术向高端方向的发展, X射线实时成像系统更可采用14bit或16bit的A/D转换技术。

述评:X射线实时成像系统性能指标的提高, 为提高图像质量指标提供了更高的工作平台, 为大幅提高图像质量指标提供了可靠的技术保证, 也为从事X射线成像的技术人员提供了施展才艺的更广阔空间。

4.3 关于图像的存储格式

新修订的标准 (报批稿) 规定图像的“存储格式宜采用标准TIFF格式。”

目前就从计算机技术而言, 图像存储格式有多种, 有些只能存储8bit的图像而不能存储16bit的图像;有些采用了图像压缩存储技术, 有些不能采用压缩存储技术。如果X射线实时成像检测技术不规定图像存储格式, 势必会影响图像信息的交换和交流, 或者信息的丢失。

TIFF格式的图像具有较多的优点:既可满足不同位数图像的存储, 也能实现无压缩、高保真的存储, 还可以完整记录图像获取时的检测工件信息、检测工艺信息、设备和检测人员信息, 同时还具有加密功能, 保证检测信息的安全, TIFF格式的图像可以使用ACDSee等通用的软件进行浏览, 大大方便了检测图像信息的交换和交流。

5 关于图像质量指标

X射线数字成像检测图像重要的质量指标是检测灵敏度, 它表征图像中能够检测出最小缺陷尺寸的能力。 (注意, 这里讲的是“能力”, 并非就是可检测的真实缺陷的最小尺寸。) 图像检测灵敏度用像质计灵敏度表征。

图像像质计灵敏度应达到JB/T 4730.2标准中表5、表6和表7中AB级的规定。

图像灵敏度受图像分辨率和图像动态范围的影响, 因此, 图像质量指标还应有图像分辨率指标和图像动态范围。

图像分辨率≥2.4LP/mm。图像放大倍数对图像分辨率有一定的影响, 当图像放大倍数 (M) 接近1时, 图像分辨率应不低于系统分辨率。从成像工艺技术来说, 存在一个最佳放大倍数问题, 并不是放大倍数越大越好, 为优化成像工艺技术, 图像放大倍数 (M) 接近1时为好, 也就是说图像分辨率指标接近系统分辨率指标。

图像有效动态范围控制在系统动态范围的±15%的范围内。

6 结语

虽然X射线实时成像检测技术一次性投资较高, 一旦投入正常使用, 它的检测速度快、检测成本低、图像质量与胶片照相底片质量相媲美的优点就会充分显现出来, 1~3年内即可收回全部投资, 经济效益非常可观。