無損檢測之Ｘ射線檢測實時成像技術分辨率

2.7 計算機的基本配置

對于獨立的X射線實時成像系統至少應配置兩臺計算機 ，一臺用于圖像采集和圖像處理，另一臺用于圖像的評定和打印報告等 ，兩臺計算機用纜線連接。計算機硬件的基本配置要求奔騰Ⅲ600以上，256M內存，20G硬盤，并配軟驅、光驅、打印機和刻錄機;軟件環境要求在windows2000操作系統下運行。

2.8 檢測工裝或流水線

為實現工件的連續檢測，應有必要的檢測工裝設備或流水線，且應具有較高的機械精度。

2.9 X射線實時成像檢測系統的選擇

實用的X射線實時成像檢測系統實際上是以上X射線實時成像系統的基本配置及多個影響因素有選擇性的組合，不同的組合會有不同的造價和使用功能;使用單位可根據以上X射線實時成像系統的基本配置及影響因素，再結合本單位的產品特點和產品的技術質量檢驗標準以及自身的經濟條件來選擇適合本單位使用的X射線實時成像系統。

3 X射線實時成像系統的分辨率

3.1 系統分辨率

可以用多項技術性能指標來評價X射線實時成像系統的質量特性，例如系統分辨率、靈敏度、最高承受電壓、系統的穩定性、系統的連續工作時間、圖像的采集和圖像處理速度、檢測效率、圖像一次性檢測范圍(長度×寬度)、圖像的動態范圍、系統抗干擾性、系統的工作壽命、系統的價格性能比等多項指標，其中系統分辨率是重要的指標，系統中的每一個子系統發生變化，都會引起系統分辨率綜合性能的變化，所以，抓住了系統分辨率這個綜合指標，就等于抓住了X射線實時成像系統的關鍵。系統分辨率指標是X射線實時成像整個系統性能的綜合反映，系統分辨率越高，表示系統的技術性能越好。系統分辨率是系統設備客觀性能的反映，僅與系統的構成及其性能有關，與檢測工藝方法無關，所以，系統分辨率也稱為固有分辨率。隨著系統設備的老化，系統分辨率也會衰退，因此，對系統分辨率應定期進行測試。系統分辨率可以用分辨率測試卡直接在系統中測試出來。

3.2 實時成像系統分辨率的測試方法

將分辨率測試卡緊貼在X射線接收轉換裝置(例如圖像增強)器輸入屏表面中心區域，線對柵條與水平位置垂直(或平行)，按如下工藝條件進行透照，并在顯示屏上成像：

(1) X射線管焦點至圖像增強器輸入屏表面的距離不小于700mm;

(2) 管電壓不大于40kv;

(3) 管電流不大于2mA;

(4) 圖像對比度適中。

在顯示屏上觀察測試卡的影像，觀察到柵條剛好分離的一組線對，則該組線對所對應的分辨率即為系統分辨率，系統分辨率的單位是"線對/毫米"(LP/mm)。

系統分辨率也可以用系統清晰度(單位是mm)來表述，它們之間的換算關系是"互為倒數的二分之一"。

3.3 系統分辨率的作用

系統的設備配置確定之后，系統分辨率便是一個確定的參數。在實時成像檢測工藝中，通常是以系統分辨率作為已知參數來確定其他檢測參數，例如 ，實時成像檢測的圖像通常是放大的圖像，確定圖像放大倍數就需用到系統分辨系(或系統不清晰度)：

Mopt表示實時成像檢測工藝中的最佳放大倍數，Ui為系統不清晰度，d為射線源的焦點尺寸，均為已知數，代入公式即可算出Mopt ，令Mopt =M，這樣很快就可以確定檢測放大倍數M。

3.4 系統分辨率指標

根據X射線實時成像檢測系統不同的配置，X射線實時成像檢測系統可分為A、AB、B三個級別來管理，A級的系統分辨率指標可定為≥1.4LP/mm ，用于普通產品的X射線實時成像檢測，例如汽車鋁合金輪轂、煉鐵高爐爐襯耐火磚以及食品罐頭的檢驗;AB級的系統分辨率指標可定為≥2.0LP/mm，用于較重要和產品的檢測，例如鍋爐壓力容器壓力管道對接焊縫的檢測，汽車零部件、電子元器件的檢測 ;B級的系統分辨率定為≥3.0LP/mm，用于重要產品的檢測，例如核工業產品、航空航天器材的檢測。

4 圖像調制傳遞函數

從信息論的觀點來看，圖像的像素是檢測圖像的信息載體，像素可以具有不同的灰度級別，像素的多少以及灰度分布的組合構成檢測的信息，檢測圖像的質量(或信息)可以通過系統本身的傳遞特性反映出來。根據傅立葉級數和圖像信息理論，提出調制傳遞函數作為系統質量或圖像質量(信息)的評價依據。

4.1 調制度(MTF)

調制度原本是無線電學中的概念，引用到射線檢測中來它就是對比度。被檢測物體成像對比度的再現能力用調制度來表征，其定義是：圖像中最大灰度與最小灰度之差和最大灰度與最小灰度之和的比值，用MTF表示：

式中：

MTF --- 調制度 (0≤MTF≤1)

I1 --- 最大灰度

I2 - -- 最小灰度

調制度與分辨率的關系可以用調制傳遞函數MTF曲線表示：

圖1 調制傳遞函數MTF曲線

調制傳遞函數可用MTF曲線來表示，橫座標是分辨率，縱座標是對比度。分辨率越小，MTF越大;分辨率越大，MTF越小。當分辨率大到一定程度時，MTF趨近于零(表示圖像分辨率的線條間距小到幾乎分辨不清)。這種程度到達得越遲表示圖像分辨率越高。在X射線實時成像檢測中通常將灰度設定為8bit(28)即256級，試驗表明，正常人的眼睛能夠分辨的最低調制度為5% ，通常以MTF為8%時對應的分辨率為圖像極限分辨率。

4.2 MTF函數的傳遞作用

調制傳遞函數的作用有三：其一，MTF曲線提供的信息是客觀的;其二，對比度和分辨率是能夠測量的;其三，MTF反映的信息是能夠傳遞的，即系統中各個階段的圖像質量有再現性，并且這種傳遞能夠用簡單摰訑方法來獲得。因此MTF函數是較客觀和全面評價圖像質量的一種方法。通常用MTF的函數來解釋系統的配置或圖像質量現象，用MTF函數為圖像處理提供理論基礎。

4.3 提高X射線實時成像系統分辨率的基本方法

為提高系統分辨率，系統設備的配置應盡可能選用高MTF的子系統，且各子系統MTF應盡可能互相匹配，如果有一個子系統MTF較低，則會影響整個系統的分辨率(可謂是"木桶效應");盡可能減少子系統的數量，盡可能選用集成器件。

5 X射線實時成像技術展望

我國經過十多年的努力，X射線實時成像檢測技術作為一種新興的無損檢測技術已日臻成熟，其檢測圖像質量可以與射線照相底片質量相媲美，且由于使用光盤作為儲存介質，檢測成本大大降低，受到使用單位的歡迎，有不少未使用的單位也躍躍欲試;但是X射線實時成像系統的設備一次性投資較大，特別是一些關鍵部件如工業用的圖像增強器、高清晰度的CCD攝像機、LDA線陣掃描探測器、CMOS傳感器基本上還不能國產化，因此整個系統的設備價格降不下來，成為制約X射線實時成像技術發展的撈烤睌。實時成像技術與數碼相機技術有許多相同之處，如今數碼相機已進入尋常百姓家，數字技術已進入各行各業。在迎接數字化時代到來的時候，我們廣大使用單位對我國無損檢測研制單位寄以厚望，希望X射線實時成像檢測系統能夠早日實現國產化，把價格降下來，使數字化的X射線實時成像檢測技術能夠進入更廣泛的應用領域。