rtiii級(jí)復(fù)試2010（梁麗紅講稿）

1、Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,射線數(shù)字檢測原理及應(yīng)用,中國特種設(shè)備檢測研究院梁麗紅北京市朝陽區(qū)和平街西苑2號(hào)樓,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,射線數(shù)字檢測概述 數(shù)字探測器 評(píng)價(jià)指標(biāo) 射線數(shù)字檢測應(yīng)用,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong

2、@163.com,關(guān)于膠片照相1、工藝成熟，檢測人員應(yīng)用熟練，便捷、習(xí)慣，適合各種復(fù)雜工件；2、缺點(diǎn)：效率低，時(shí)間長、環(huán)境污染、查詢統(tǒng)計(jì)難；3、研究人員一直以來致力于克服膠片照相的缺點(diǎn)的研究工作；4、計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)字探測器的發(fā)展，使得射線檢測技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。,,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,一、射線數(shù)字檢測概述,Tel: 010-59068310 Ema

3、il: liang-li-hong@163.com,1.1 組成 射線源 被檢對(duì)象 數(shù)字成像器件（探測器） 機(jī)械傳動(dòng) 控制與處理,一、射線數(shù)字檢測概述,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,與膠片照相不同之處： 增加了硬件（機(jī)械支撐與傳動(dòng)）與軟件（數(shù)據(jù)采集、控制、圖像處理）； 減少了膠片暗室處理環(huán)節(jié)。,,Tel: 010-59068310 Email:

4、liang-li-hong@163.com,1.2 特點(diǎn) 圖像質(zhì)量可以和X射線照相底片質(zhì)量相媲美 降低了射線劑量、提高了檢測效率(時(shí)間) 具有很大的寬容度 一次投入成本高 探測器不可以彎曲 具有兩種成像方式,,1.3 成像原理 射線透照物體后，由數(shù)字探測器接收，把射線光子轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由軟件采集，并在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示。工業(yè)電視,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163

5、.com,射線數(shù)字成像方式（采集幀頻有關(guān)）：（1）靜態(tài)成像（靜止） 基于數(shù)字成像技術(shù)的靜態(tài)成像是指以一定采集幀頻，對(duì)試件的同一部位進(jìn)行曝光、成像。在指定的時(shí)間內(nèi)，輸出單幅、靜止的圖像。 類似于膠片照相，但數(shù)字成像技術(shù)在得到同樣像質(zhì)圖像的時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于膠片照相的時(shí)間。,,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,（2）動(dòng)態(tài)成像（實(shí)時(shí)） 基于數(shù)字成像技術(shù)的動(dòng)態(tài)成

6、像是指以一定幀頻的采集速率實(shí)現(xiàn)快速成像。 被檢試件通過機(jī)械掃描裝置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或平移，射線源連續(xù)發(fā)射線，探測器對(duì)不同位置的試件進(jìn)行連續(xù)曝光，實(shí)時(shí)的采集并顯示不同檢測位置的圖像。,,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,二、 數(shù)字探測器2.1 發(fā)展歷史 1975年，薄膜摻雜成功； 1985年開始有光電二極管與熒光材料耦合的研究報(bào)道，并開始應(yīng)用于線陣探測器

7、的CT成像。,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,2.1 發(fā)展歷史 二十世紀(jì)八十年代末和九十年代初，真正的二維探測器才有報(bào)道； 上世紀(jì)九十年代末，開始有關(guān)于平板探測器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的報(bào)道。,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,2.1 發(fā)展歷史 隨著技術(shù)的不斷

8、成熟，本世紀(jì)開始了在工業(yè)檢測領(lǐng)域應(yīng)用的研究。,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,數(shù)字探測器對(duì)檢測信號(hào)的轉(zhuǎn)換分為兩種：（1）直接轉(zhuǎn)換射線光子 電信號(hào) 數(shù)字圖像 射線光子透照物體后，直接由后續(xù)電路把射線衰減信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后以數(shù)字圖像的形式顯示。,,,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hon

9、g@163.com,（2）間接轉(zhuǎn)換射線光子 可見光 電信號(hào) 數(shù)字圖像 射線光子透照物體后，首先經(jīng)過閃爍體屏（熒光屏）把射線光子轉(zhuǎn)換為可見光，然后再由后續(xù)電路把可見光信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后以數(shù)字圖像的形式顯示。,,,,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,2.2 數(shù)字探測器分類及工作原理 目前市場上有三類平板探測器： 非

10、晶硒 非晶硅 CMOS,（2）工作原理 這類平板探測器有一厚的光電導(dǎo)層（典型的是用200～500μm的非晶硒），光電導(dǎo)層兩面的電極板間加有高電壓，光電導(dǎo)層吸收X-射線光子，激發(fā)出電子/空穴對(duì)，并在所加電場下運(yùn)動(dòng)至相應(yīng)電極。到達(dá)像元電極的電荷給存儲(chǔ)電容充電，產(chǎn)生相應(yīng)電荷的變化。電容中的累積電荷由TFT（Thin Film Transistor即薄膜場效應(yīng)晶體管）進(jìn)行控制，讀出，經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換等處理形成數(shù)字化圖像輸出。,（3

11、）特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：此類探測器克服了轉(zhuǎn)換屏的彌散，成像分辨率比較高，光電導(dǎo)膜層較厚，使轉(zhuǎn)換效率比較高。像元尺寸是影響分辨率的主要因素。 缺點(diǎn)：在圖像邊緣分辨率低；一般要求5～10kV的高電壓；對(duì)環(huán)境溫度敏感；抗震性能差；兩次曝光的時(shí)間間隔較長。,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,2.2.2 CMOS平板探測器（1）結(jié)構(gòu)定義：CM

12、OS—Complementary Metal Oxide Silicon，互補(bǔ)金屬氧化硅半導(dǎo)體。組成：閃爍體屏+CMOS記憶芯片,（2）工作原理 當(dāng)射線穿過被照體后，入射到探測器熒光層，產(chǎn)生與入射射線相對(duì)應(yīng)的熒光（可見光）。光纖將這些可見光耦合到CMOS芯片上。再由CMOS芯片將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并將這些電信號(hào)儲(chǔ)存起來，從而捕獲到所需要的圖像信息。圖像信息經(jīng)放大、讀出，送到圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。,（3）特點(diǎn)

13、 ? 壽命長 ? 適應(yīng)溫度范圍大 ? 像素尺寸可達(dá)80um ? 靈敏度高 ? 成像速度慢,,,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,（2） 工作原理 射線透照探測器，射線光子由閃爍體屏（常用的是Gd2O2S或CsI）轉(zhuǎn)換為可見光，再由非晶硅光敏陣列轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換輸出。,射線經(jīng)非晶硅探

14、測器的成像過程,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,（3） 特點(diǎn) 高對(duì)比度靈敏度 較高的空間分辨率　輸出灰度范圍：12～14Bit 較大的成像面積　圖像采集幀頻：0～7.5fps，10fps、30fps 探測器不可以彎曲，在役檢測受到限制,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,2.2.3 線陣探測

15、器 基于CMOS技術(shù)和基于非晶硅技術(shù)兩種 各自的組成、工作原理都與上述的平板探測器一致。 不同之處在于：線陣探測器作為平板探測器的一個(gè)特例，它只有一行像素，一次成像輸出一行。,,,（1）CMOS技術(shù),非晶硅技術(shù),Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,線掃描DR工作原理 由于線陣列探測器接收到的X射線是一條線，為了獲得完整的DR圖像，就

16、必須使被檢工件與線陣列探測器之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將連續(xù)掃描獲得的線信息重新組合成圖像的面信息，從而完成整個(gè)的檢測過程。因此，基于線陣列探測器數(shù)字成像系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是被檢工件必須在X射線源與線陣列探測器之間作相對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)才能成像。,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：像元間距可小到0.08mm，對(duì)于亞毫米級(jí)的閃爍體膜層，具有約6lp/mm的高空間分辨率（理論）；散射小

17、。靜態(tài)成像對(duì)比度可達(dá)到膠片照相B級(jí)。 缺點(diǎn)：線陣探測器的對(duì)機(jī)械傳動(dòng)要求高，成像速度慢，影響了檢測效率；射線劑量要求高。,2.3 數(shù)字成像器件共同特性：（1）組成探測器的各個(gè)像素尺寸決定了成像系統(tǒng)的空間分辨率，以及射線劑量；（2）數(shù)字探測器都會(huì)有壞像素(包括壞點(diǎn)或壞行) 對(duì)此必須其進(jìn)行校正。（3）探測器的不一致性的校正是獲得高像質(zhì)圖像的一個(gè)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。（4）受環(huán)境的限制。,Tel: 010-59068310 Emai

18、l: liang-li-hong@163.com,2.4 主要的技術(shù)參數(shù)(1)像素（像元Pixel） 數(shù)字圖像都是由無數(shù)個(gè)點(diǎn)（敏感元器件）組成的，組成圖像的每一個(gè)點(diǎn)就稱為像素。 它是構(gòu)成圖像的最小的單位。,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,（2）灰度（Gray）定義：圖像顯示的亮度。相當(dāng)于膠片底片的黑度。單位：Bit灰度等級(jí)：灰度的變化范圍

19、。決定因素：模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換的位數(shù)。如：8位A/D轉(zhuǎn)換，即8Bit。灰度等級(jí)為28=256。,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,（3）動(dòng)態(tài)范圍（Dynamic Range） 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍被定義成最大輸出灰度和暗電流噪聲的比值。 如果系統(tǒng)的灰度輸出范圍為12bit，假設(shè)暗電流噪聲為2，則其動(dòng)態(tài)范圍為：1：2000,Tel: 010-59068310

20、 Email: liang-li-hong@163.com,三、 評(píng)價(jià)指標(biāo) 膠片照相,,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,三、 評(píng)價(jià)指標(biāo) 在線性系統(tǒng)中，任何一個(gè)成像系統(tǒng)的特性可利用它的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF來描述。MTF綜合反映了成像的對(duì)比度和空間分辨率情況，可用作單純圖像所包含信息量的評(píng)價(jià)指標(biāo)。,,Tel: 010-59068310 Ema

21、il: liang-li-hong@163.com,三、 評(píng)價(jià)指標(biāo) 對(duì)比度靈敏度、分辨率、信噪比,,對(duì)比度靈敏度和空間分辨率是一對(duì)相互制約的關(guān)系，如何均衡是實(shí)現(xiàn)高信噪比、高像質(zhì)成像的關(guān)鍵。,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,3.1 對(duì)比度靈敏度 像質(zhì)計(jì)靈敏度，利用像質(zhì)計(jì)評(píng)定。,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-ho

22、ng@163.com,3.2 分辨率空間分辨率、密度分辨率提出分辨率指標(biāo)原因：,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,3.2 分辨率空間分辨率系統(tǒng)所能分辨的兩個(gè)相鄰細(xì)節(jié)間的最小距離。 單位：用lp/mm（線對(duì)/毫米）表示。影響因素：成像器件固有特性、系統(tǒng)幾何參數(shù)、 源焦點(diǎn)尺寸、轉(zhuǎn)換屏厚度測試：,不同空間分辨率成像比較,Tel: 010

23、-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,3.2 分辨率密度分辨率 系統(tǒng)所能分辨的物體密度變化的能力。 單位：%， CT成像的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo),Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,4.1 現(xiàn)狀 國外掌握著數(shù)字探測器的核心技術(shù)，不但生產(chǎn)數(shù)字探測器，還生產(chǎn)整套數(shù)字檢測系統(tǒng)。,1、發(fā)展歷史：

24、1975年，隨著,薄膜摻雜成功，為基于,半導(dǎo)體產(chǎn)品的開發(fā)開辟了道路。1985年開始有,四、 應(yīng)用,4.1 現(xiàn)狀,國內(nèi)科研院所、公司主要在系統(tǒng)集成和軟件及圖像處理方面進(jìn)行研究，通過引進(jìn)國際先進(jìn)的數(shù)字成像探測器，進(jìn)行整套系統(tǒng)的集成研發(fā)，降低設(shè)備成本。,4.2 應(yīng)用現(xiàn)狀,射線數(shù)字成像檢測技術(shù)在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域都將有廣泛的應(yīng)用。例如在氣瓶、鍋爐、壓力容器、壓力管道、油氣長輸管道對(duì)接焊縫的無損檢測；汽車輪轂、汽車/飛機(jī)輪胎等領(lǐng)域的無損檢測；機(jī)械零

25、件、航空航天部件的無損檢測等。,4.3 應(yīng)用特點(diǎn),數(shù)字檢測系統(tǒng)在開始檢測時(shí)需要一定的預(yù)熱時(shí)間 （20～30分鐘）組成探測器的各個(gè)像素尺寸決定了成像系統(tǒng)的分辨率，以及射線劑量（選擇）,4.3 應(yīng)用特點(diǎn),數(shù)字探測器都會(huì)有壞像素(包括壞點(diǎn)或壞行),和不一致性，嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量，對(duì)此必須其進(jìn)行校正。基準(zhǔn)圖像：暗場圖像、亮場圖像,4.3 應(yīng)用特點(diǎn),基準(zhǔn)圖像的建立的條件（1）系統(tǒng)首先要預(yù)熱；（2）確定工作模式和成像輸入條件；（3）

26、抑制噪聲；（4）隨時(shí)進(jìn)行暗場圖像的校正；（5）當(dāng)工作模式、成像系統(tǒng)物理參數(shù)、檢測試件 等改變時(shí)，需要重做相應(yīng)的基準(zhǔn)圖像。,Tel: 010-59068310 Email: liang-li-hong@163.com,4.4 研究成果4.4.1 多功能射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng) 該系統(tǒng)是一臺(tái)集數(shù)字成像（動(dòng)態(tài)成像、靜態(tài)成像）、CT成像為一體的先進(jìn)工業(yè)射線集成檢測系統(tǒng)。,1） 系統(tǒng)硬件 系統(tǒng)硬件主要包括檢

27、測臺(tái)和操作臺(tái)。 檢測臺(tái)包括：射線源、平板探測器、線陣探測器、圖像增強(qiáng)器、精密鑄鐵基座、四自由度掃描臺(tái)、射線源支架、探測器支架、消散窗。 三種探測器是系統(tǒng)成像的核心部件，可切換進(jìn)行工作。用于將進(jìn)入其有效成像窗口的X-射線轉(zhuǎn)換成電子圖像，并完成數(shù)字采集。整個(gè)掃描系統(tǒng)基于先進(jìn)的6K控制器進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢工件的高精度、快速定位和掃描運(yùn)動(dòng)。,,Tel: 010-59068310 Email: li

28、ang-li-hong@163.com,操作臺(tái)包括：一套雙CPU高檔PC機(jī)；一套普通PC機(jī)；射線機(jī)控制單元；平板探測器命令處理器和圖像增強(qiáng)器控制終端；系統(tǒng)輔助裝置控制單元；檢測室監(jiān)視單元。 整個(gè)檢測過程均通過操作臺(tái)完成。,,2） 系統(tǒng)軟件 整個(gè)系統(tǒng)在專門開發(fā)的大型套裝應(yīng)用軟件控制下進(jìn)行工作。該軟件基于Windows XP平臺(tái)，以VC++語言編寫，基于三個(gè)探測器的三個(gè)子軟件。 軟件包括硬件控制模塊、動(dòng)態(tài)成像、靜態(tài)成像、

29、CT成像模塊以及圖像處理模塊。以上四大模塊均由工作站統(tǒng)一調(diào)度管理。,3）系統(tǒng)功能 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)成像用于工件整體質(zhì)量快速檢測；靜態(tài)成像對(duì)動(dòng)態(tài)成像檢出的異常部位做高質(zhì)量透照檢測；CT基于錐束射線的圓軌跡掃描和圖像重建，對(duì)靜態(tài)成像檢出缺陷做三維可視化層析，完成對(duì)工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)、材質(zhì)缺陷定量分析與診斷。 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了工件整體質(zhì)量快速檢測。,4） 系統(tǒng)特點(diǎn) 系統(tǒng)作為開發(fā)平臺(tái)，可針對(duì)檢測對(duì)象定制、開發(fā)適合的檢測系統(tǒng)； 系統(tǒng)作為

30、研究平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各類新型材料的檢測試驗(yàn)研究，基于不同探測器技術(shù)的成像系統(tǒng)性能測試研究； 系統(tǒng)作為試驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字成像的最優(yōu)化工藝條件的定制，數(shù)字成像標(biāo)準(zhǔn)的建立。 利用本平臺(tái)可為用戶提供一系列的檢測方案和技術(shù)支持。,4.4 研究成果 4.4.2 管道焊縫快速射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng) 依管徑、透照方式 制造、 生產(chǎn)線,4.4 研究成果 4.4.3 管道對(duì)接焊縫射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)

31、安裝、在役,,實(shí) 驗(yàn),管道對(duì)接焊縫自動(dòng)檢測,圖像采集,管道對(duì)接焊縫自動(dòng)檢測,工程應(yīng)用,管道對(duì)接焊縫自動(dòng)檢測,4.4 研究成果 4.4.4 實(shí)時(shí)成像像質(zhì)優(yōu)化技術(shù) 噪聲、提高對(duì)比度,原始圖像,優(yōu)化后圖像,4.4.4 研制了焊縫缺陷計(jì)算機(jī)成像(CR)檢測系統(tǒng),射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)選擇原則,滿足檢測線的質(zhì)量控制（指標(biāo)、MTF）檢測對(duì)象、場地自身經(jīng)濟(jì)情況考慮性價(jià)比售后服務(wù)…,6.3 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),6.3.1 國外標(biāo)準(zhǔn)

32、 實(shí)時(shí)成像、CR標(biāo)準(zhǔn)體系 DDA標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布 DR標(biāo)準(zhǔn),6.3 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),6.3.2 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn) GB 17925-1999《氣瓶對(duì)接焊縫X射線實(shí)時(shí)成像檢測》修訂中 GB/T 19293-2003《對(duì)接焊縫X射線實(shí)時(shí)成像檢測法》,6.3 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),6.3.2 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)名稱：X射線數(shù)字成像檢測　 標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)：JB/T4730.11,,工作組：中國特種設(shè)備檢測研究院聯(lián)合相關(guān)

33、單位（如：儀器制造單位、技術(shù)研究單位、使用單位、檢測單位、主管部門等）進(jìn)行制定。,,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了承壓設(shè)備金屬材料受壓元件的熔化焊對(duì)接接頭的X射線數(shù)字成像技術(shù)，規(guī)定了承壓設(shè)備對(duì)接焊接接頭X射線數(shù)字成像無損檢測的成像系統(tǒng)、檢測環(huán)境、成像技術(shù)、圖像評(píng)定、檢測方法、焊縫缺陷等級(jí)評(píng)定及檢測報(bào)告及圖像保存等。,,（2）標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)本標(biāo)準(zhǔn)首次就射線數(shù)字成像檢測的名詞、術(shù)語進(jìn)行了規(guī)范的定義，特別是對(duì)有別于膠片照相的相關(guān)術(shù)語也進(jìn)行了定義。本標(biāo)準(zhǔn)與膠片照相對(duì)