X射線管屏數字成像的研究與分析

王占富+宋智文

摘 要：文章從管屏數字成像原理、設備主要構成、設備參數選擇和實際測試等方面介紹了管屏數字成像。并通過實際參數實驗將X射線管屏數字成像設備的成像質量調整到了最佳狀態。

關鍵詞：X射線；數字成像；設備

1 管屏X射線數字成像設備主要工作原理

X射線數字成像是以數字化的面陣探測器作為X射線的信號檢測器，該種探測器的外層是對X射線光子具有高吸收率的晶體屏，它吸收X射線并轉換成可見光；轉換的可見光信號再由非晶硅光電二極管轉換成電荷；形成的電荷經過不斷積累最后由薄膜晶體管TFT集成電路讀出，并完成模擬信號到數字信號的轉換。

外層的光子轉換屏越厚，轉換的可見光就越多，但同時系統能夠記錄的最小細節尺寸會隨之增大；光電二極管的間距被叫做數字圖像的像素間距，間距越大，電荷轉換效率越高，但它又限制著系統能夠辨別的最小細節尺寸，過大的像素間距會導致一些細小特征無法成像或辨認。

2 管屏X射線數字成像設備構成

2.1 X射線機

采用高頻率、高穩定的微處理器控制的恒壓320kV X射線機系統。配COMET金屬陶瓷MXR-320kV/23 X射線管，其雙焦點 1.0/0.4mm，焦點功1800W/800W，最高工作電壓320kV，管電壓50～320kV連續可調，自動恒功率操作。其特點：工作頻率40KHZ，抗干擾，紋波小，高穩定性連續工作時間長等優點。

2.2 圖像系統

采用美國珀金埃爾默XRD 0822AP平板X射線探測器，具有88 d B的動態范圍以及高達每秒100幀的幀頻（fps）、具有多種讀出方式。探測器適用從60kev-15MeV的寬泛的射線能級并可選配多種射線防護及閃爍體。圖像亮度和對比度連續可調并能夠充分滿足圖像觀測要求。

二套光柵分別安裝在X射線管和平板探測器上，其中X射線管前的光柵是氣動控制光閘，為的是進管時保護平板探測器不受射線直接照射；而平板前的光柵是電動控制光閘，且水平方向的上、下和垂直方向的左、右均可實現分別單獨控制，為的是更好的屏蔽部分圖像系統的輸入屏，使局成像清晰準確，從而提高成像的質量。

2.3 工控機

工控機用于采集檢測的圖像信息，進行圖像處理并對檢測圖像進行技術評定，例如一條環形焊縫動態圖像的連續觀察或靜態圖像的多次截取以及圖像對比度的調整等，加上產品令號、編號、時間、操作人員等多項信息的同屏顯示等等。總之，通過軟件的處理，可實時觀測到時檢測圖像內部的各項信息。檢測結果可儲存并刻錄在光盤之上以便長期保存和日后的查閱。

3 系統技術參數分析

在X射線成像檢測中，空間分辨率、對比度是兩個非常重要的指標，前者描述了X射線轉換媒質的性能，后者被用來衡量獲取的圖像質量。

3.1 空間分辨率

空間分辨率表征了系統能夠記錄的最小細節尺寸，通常用LP/mm（每毫米線對數）表示，可以用專門制作的線對卡在X射線下曝光成像來測試系統的空間分辨率。

3.2 圖像對比度

圖像的對比度決定了在射線透照方向上可識別的圖像細節的尺寸，是評價圖像質量的重要指標。在X射線檢測系統中，圖像的對比度通常是指圖像與背景的灰度之差。

對比度不僅僅與探測器有關，還關系到成像系統的各個環節，影響的主要參數除了射線在工件中的衰減系數外，散射也是影響對比度的主要原因。非晶硅面陣探測器的轉換屏都設置成又柱狀閃爍晶體排列而成，使射線在閃爍體內只能沿直線傳播，可以有效降低散射線對對比度的影響。

4 實際測試

在實際使用中，我們選擇已知有缺陷的樣管進行了大量實驗，通過調整X射線電壓、電流、曝光量、焦距等參數，將X射線管屏數字成像設備的成像質量調整到了最佳狀態。

管子尺寸：51*7；電壓：226kV；電流：3.55mA；焦點：0.4；像質計在膠片測 13號像質計；像質計可識別5根；積分次數：50次；采集幀速99ms；可清晰發現一個氣孔缺陷。（圖1）

積分次數和采集幀速也是決定射線經由探測器調制后強度大小的一個因素，積分次數和采集幀速越大，強度越大，且呈線性關系。另外增加探測器的積分時間，會大大降低噪聲，也是常用的一種降噪的有效處理手段，降噪實際就是使圖像更平滑，降噪技術即是各種平滑技術。采取的手段就是對圖像采用某種方式求平均，但是由于噪聲和信號通常呈現相似特征，所以平滑降噪的同時會是圖像模糊，甚至會導致降噪毫無意義。但積分次數增大的同時會延長成像時間，對工作速度有一定影響。經過我們的多次測試與對比。將積分次數定位30以上，采集幀速根據管材壁厚決定。管子壁厚越厚，采集幀速越高。

管子尺寸：51*7；電壓：178kV；電流：4.45mA；焦點：0.4；像質計在膠片測；12號像質計；像質計可識別5根；積分次數：50次；采集幀速99ms；可清晰發現內凹。（圖2）

5 結束語

該設備采用了國際最先進的非晶硅平板探測器數字成像技術，成像質量清晰，檢測靈敏度高，滿足NB/T47013、ASME等相關標準及法規要求。主要用于：組裝成屏（管子直徑：Φ20～Φ76mm）成排（包括換管、插管）焊口、半元件管子焊口、短直管焊口（工業電視無法實施檢測）。

參考文獻

[1]張俊生，王明泉，郭永亮，等.影響X射線數字成像系統分辨率的因素分析[J].CT理論與應用研究，2011，02：227-234.

[2]張祥春，蔡良續，張鷺.X射線數字透射成像圖像質量影響因素分析[J].無損檢測，2011，09：72-75.