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wxf8503实名认证 发表于 2016-7-25 15:48:05 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
 
本帖最后由 wxf8503 于 2016-7-26 14:19 编辑

CR(Computed Radiography

计算机数字化X射线成像

编者按:计算机数字化X射线检测技术作为一种新的无损检测方法已进入工业产品的无损检测领域。 本文概述了计算机数字化X射线检测技术的基本原理与成像技术及应用前景,为推广应用计算机数字化X射线检测技术,应加强科研与标准化制订、数字化射线检测的技术培训及人员资格考核的工作。
传统的X线成像是经X线投照,将影像信息记录在胶片上,在显定影处理后,影像才能于底片上显示。而CR是将X线投照的影像信息记录在影像板(image plate,IP)上,经读取装置读取,由计算机计算出一个数字化图像,复经数字/模拟转换器转换,于荧屏上显示出灰阶图像。CR与DR同属数字化成像。“CR系统”发展了无损检测领域代表性方法之一的“工业用X射线胶片法”,被称为数码图像检测系统的新标准方法。全面继承了“工业用X射线胶片方法”(IX胶片方法)所具有的通过X射线得到鲜明图像的特点,而且作为数码化图像系统,也是一种划时代的能够顺应各种现代要求的系统方式。
l  基本的操作过程的比较
“IX胶片方法”和“CR系统”,从拍摄到检查、保管,其基本的作业过程不同点,如下所示:
  
  
IX胶片方法”
CR系统”
拍摄操作
把胶片放入暗袋中,用射线机进行X射线照射
基本相同,但取代胶片的是采用可反复使用的图像感光板
显像(可视化)
在暗室环境中,通过洗片药水进行化学处理(湿式)
在明亮的环境下,通过专用的“IP读出装置进行光学处理”(干式)
检查操作
使用高亮度观片灯,对胶片进行评价
通过高精细CRT进行检查,由于是数码化,可实现更易看清的图像处理
保管和数据利用
把胶片作为实物保管,如要转存于电脑,必须变换为数码参数
图像被记录于大容量的DVD-RAM,已被数码化,可有效利用于其他

1.   CR系统
是取代IX胶片,采用可反复使用的感光板,来进行数码化射线检查的系统。作为“IX胶片方法”的发展系统、继承保持能反映真实的、具有良好可视性的鲜明图像。另外,一次性图像化的最大范围可到35*43cm,是可以进行“全体像”检查、确认的数码化射线检查系统。
特点
(1)具有4位数(10.000倍)以上的宽广动态范围,是宽纬度的系统。
(2)同C5类胶片相比较,具有10倍以上的高灵敏度,可实现X射线照射时间的缩短。
( 3)IP可重复使用,轻薄型且柔软可弯曲,是具有良好可操作性的射线检查器件。
( 4)通过EDR自动灵敏度调整机构的稳定读出,对任何检查对象,一次操作就可得到良好的图像。
( 5)由于是数码化图像,可以用各种图像处理方法调整成容易检查辨别的图像,也可通过电脑充分利用各种数据。
( 6)实现了X射线检查的工作环境的改善,不需要暗室,可进行明室处理。
( 7)可以输出高质量的胶片,并且是没有处理液、水、废液的完全干式系统。

2.   系统的特点
(1)  广阔的动态范围,宽纬度
作为图像感光板(IP)的很大的特性,具有广阔的动态范围(图1),在整个4位数(以上)的宽广范围内,拥有良好直线性的射线灵敏度,如果能把图像信号收入此宽广范围内就可以进行图像化,同胶片相比较,不太有必要拘泥于拍摄条件。                                                                       

            图1   IP的发光特性

有效利用的要点:                                 
l  壁厚差较大的部件的拍摄(用1张图像就可基本完成)
l  可实现拍摄条件的放宽,减少拍摄失败


(2)  高灵敏度“CR系统”所具有的另外一个很大的特性是“高灵敏度”。虽然灵敏度水平根据拍摄条件和检查对象不能一概而论,但一般来说,可达到C5类 胶片的10倍以上。另外,IP对γ等高能量射线也具有灵敏性,但灵敏度的优先性减小。图2为“IX胶片”同“CR系统”的灵敏度比较。
* “拍摄电压”是放射线透过检查对象所必需的能量的最低限,因此基本上同使用胶片的电压相同。
*  “电流”“照射时间”可以比图2所示的更低。微小的放射线量也可实现图像化,但射线量过小会影响到像的质量。     
    图2  C5类胶片同CR系统灵敏度比较

有效利用的要点
l  由于缩短了拍摄时间,可以增加大批检查的处理量。
l  特别有利于检查拍摄单位时间较长的检查对象。


(3)  IP可以反复使用
可以用感光板进行图像的记录、擦除,并可重复使用。

图3 通过IP形成图像的原理



3.    图像感光板
(1)   结构具有良好的平面性和柔软性,以350um厚的聚乙烯化合物(PET)材料为基底,在上面涂抹能发生“辉尽发光”的特殊荧光体物质。在进行拍摄的时候,透过检查对象的射线作为与放射线量成比例的电子能,以全面分布的形式被此“荧光体层”暂时记忆并储存。在IP表面(白色面),有防止“荧光体”受污染及遭伤击的透明“保护层”,在其背面有一层黑色遮光的“背面保护层”,整体厚度约为600—700um。同其它电子射线检测传感器相比,更薄更轻更紧凑,而且有良好的柔软性。

图4  IP结构图


(2)   荧光体的发光(辉尽发光的构成)
CR作为一种把储存的射线像(潜在像)可视化的方法,利用了PhotostimulatedLuminescence(辉尽发光,PSL)现象,所谓PSL现象,即荧光体受射线刺激发光,随着刺激的结束,发光急剧衰减(图5-②),在此过程中,受发光波长中的长波光的照射,再一次使发光增强的现象(图5-③)。此现象随时间的增长而减弱,射线照射后到读出为止的时间变长的话,所得到的发光减少,但通常1—2天时间的话,图像并不受很大影响。
                        
             图5  辉尽发光的特性图

(3)荧光体的成分及性质
作为显示辉尽现象的荧光体,CR采用的是带铕活性钡荧光卤化物(BaFBrI:Eu2+)。这种荧光体发出光波为400mm的蓝光,而最为有效地使辉尽发光发生的激发波长是640mm的红光。
这个波长的差,在读取时,对于分离“发光信号”是一个重要的特性,“BaFBrI:Eu2+”由于其发光光谱和激发光谱的分开距离相当大,所以用一般的光学过滤器就可把激发光和发光充分分离开。

4.    图像信息的读出(IP图像读出装置)
(1)   IP图像读出装置
使用此装置从专用暗盒内自动取出拍摄好的IP,在装置的读出部分以荧光的形式放出IP中的射线信息,读出后转换成电气信号。具体如下,移动IP的同时,在直角方向用转动多面体反射镜(多边反射镜)使激光扫描IP表面,这样得到的PSL通过集光导管导入光电子增倍管,变换成电子信号,电子信号被进一步放大,通过模拟/数码变换,成为10bit(1024等级)的数码信号。参数数据在读出时随同输入试验编号等信息一起送往图像显示,文件装置,读出完毕的IP在装置内被自动清除残留的信息,退回到原来的暗盒内,以备下次拍摄使用。

(2)  EDR自动灵敏度调整机构
     作为IP的传感器件,其特性如前所述,X射线感光范围4位数(以上),且整个感光范围的反应为直线。但是,如果把此4位数的宽广感光范围原封不动的转化为图像数据的话,会形成浓度分解度较差的图像。因此“CR”首先把4位数的领域变换成参数识读,用此参数作为矩形直方图,然后在解析了图像的特性后找出“有效图像领域”再转化成10bit的图像数据。象这样从全体感光范围内找出“有效图像领域”的功能被称作EDR。
(3)  输出图像的自动图像处理
     用EDR功能制作“10bit 的图像数据”,为了在读出阶段能输出良好的图像,预先设定每一拍摄菜单的“读出模式”和“图像形成参数”,因此,在读出前,通过选择拍摄菜单和采用前记的EDR功能,使图像处理在被认为无论何种拍摄情况下都能适合的状态下进行并被显示。关于“图像形成参数”,在第5点中进行讲述。另外拍摄菜单的名称,读出模式,以及参数设定值的变更、追加,也可通过简单的操作随意进行。

5.   图像显示文件装置
(1)    功能:
在像素1600(横)*1200(纵)的“高辉度,高精细21型黑白CRT”上,图像和编汇信息被显示成高质量的图像,通过无交织方式的清晰画面进行检查判定,感觉上用看X射线胶片一样。
CRT画面可以分割成1/2,1/4大小,在各自的画面中,其独立的浓度变化,反差变化,空间频率强调、扩大、缩小、尺寸计算、转动等图像处理,可通过简单的鼠标操作实时进行。比如,在各画面中表示同一零部件不同拍摄角度的图像、同一图像用不同的图像处理条件表示,研究缺陷的位置,及种类的多方面比较等。在易看清的状态下被处理的编汇图像,可以以“JPEG”或者“BMP”文件形式的输往网络中的其它驱动,从而达到图像数据有效充分利用的目的。
图像整理归档,通过本装置附属的DVD-RAM驱动,记录在大容量的“DVD-RAM”上。这种图像被可逆压缩为1/2的微型信息(1/4画面图像1张约占2MB空间)收录于文件中。
(2)  图像处理的概要
CR图像基本上由以下7个“图像形成参数”制作而成。
图6所示为“层次等级处理”的现实,这部分的参数由4个参数组成:
    回转量:反差(图6-①)
    等级类型(图6-②)
    回转中心(图6-③)      
    等级换档:浓度(图6-④)
此外,与强调度有关的“频率处理”有3个参数:
频率等级顺序(RN)、频率类型(RT)、频率强调度(RE)。
可以简单的用下列公式进行处理。RT 为图像浓度领域的“强调类型”图表目录,有10种类型。
                        

图6 层次等级处理


CR的频率处理公式:

Sout = Sort+ RE(RT) * (Sorg – Sus)
Sus = ∑Sorg/ (RN的覆盖尺寸)2
Sout:频率处理图像       Sorg:原图像


结束语:美国早在十年前就制订了相关CR标准,其中美国ASNT学会也已专门开展了数字化射线检测技术的人员培训与资格鉴定工作,中国大陆地区目前主要由上海麒济国际培训与资格鉴定中心定期开展此项培训与人员资格鉴定工作。
本文作者:詹建辉  南昌航空大学无损检测专业学士  中国机械工程学会射线高级,美国无损检测学会射线高级,中国特种设备协会射线中级,与江苏特检院共同参与CR国家标准的制订。
本文转自金试检测认证平台 http://www.qa-ndt.com



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