无损检测新技术-数字X射线检测技术简介

无损检测新技术-数字X射线检测技术简介

夏纪真

无损检测资讯网

广州市番禺区南村镇恒生花园14梯701 邮编：511442

摘要：本文简单介绍了数字X射线检测技术的种类、基本原理与应用

关键词：无损检测数字X射线检测

1 综述

数字X射线检测（Digital Radiography，简称DR）可以分为：以图像增强器为基础的X 射线实时成像（Real-time Radiography Testing Image，缩写RRTI）、采用成像板（IP板）的模拟数字照相成像（Computed Radiography，简称CR）、采用电子成像技术的直接数字化X射线成像（DirectDigit Radiography，简称DR）以及将X射线照相胶片经扫描转为数字图像（FDR）。

2 以图像增强器为基础的X射线实时成像（RRTI）

以图像增强器为基础的X射线实时成像系统采用图像增强器代替射线照相的胶片或者旧式工业电视的简单荧光屏来实现图像转换，可以实现实时检测。系统主要由用于产生X 射线的X射线机系统（包括高压发生器、微焦点或小焦点的恒电位X射线机、电动光栏、循环水冷却器等，以投影放大方式进行射线透照）、图像增强器系统（X射线接收转换装置，将隐含的透过金属材料的X射线检测信号转换为可见的模拟图像）、进行信号处理及重构数字化图像的图像处理工作站（包括计算机、图像采集板卡、图像处理软件及系统软件与控制软件等，同时集成了整机控制，包括射线控制面板在内的所有控制面板和操作面板，射线透视的结果在显示器屏幕上显示，检测图像可以按照一定的格式储存在计算机硬盘、移动硬盘、U盘内或刻录到光盘上而长期保存）、检测机械工装、PLC电气控制系统、现场监视系统等六大部分组成。

典型的工业X射线实时成像检测系统结构原理示意图

图像增强器是X射线实时成像检测系统中除X射线源

外最关键的元件。图象增强器由外壳、射线窗口、输入屏

（包括输入转换屏和光电层，目前常用碘化铯晶体或三硫

化二锑、碲化锌镉、硒化镉、氧化铅、硫化镉、硅等对X

射线敏感的光电材料制作）、聚焦电极和输出屏组成。输入

转换屏吸收入射的射线，将其能量转换为可见光发射，光

图像增强器结构示意图

电层将可见光发射能量转换为电子发射，通过加有

25~30KV高压的聚焦电极加速电子并将其聚集到输出屏，

再由输出屏将电子能量转换为光发射，大大提高了输出光强，得到大大增强的图像亮度、动态范围以及分辨力。亦即在图像增强器内实现的转换过程是：射线→可见光→电子→可见光。

图像增强器输出屏后面是光学聚焦镜头等组成的光路系统，再由CCD（Charge Coupled Device的缩写，电荷耦合器件）或CMOS（Complementary Metal Oxide Silicon的缩写，互

补金属氧化硅）摄取可见光模拟图像，经过模拟/数字转换（A/D转换）成电子信号后进入图像处理工作站，引入图像处理技术进行各种图像增强处理，改善图像质量，最后送入监视器显示。经过图像增强器以及图像处理后，在显示器上所得到的图像的图像灰度、亮度、对比度、清晰度都得到了极大的提高。

3采用成像板（IP板）的模拟数字照相成像（CR）

CR方式属于非直接读出方式，其物理基础是X射线的电离作用及光激励发光，其主要效用是以可反复使用高达数千次的成像板（简称IP板）取代传统的X射线胶片。IP板有刚性的也有柔性的，可以与普通胶片一样分成各种不同大小规格以满足实际应用需要。CR的装置包括影像采集部分（IP板）、影像扫描部分（读出器）及影像后处理和记录部分（计算机、打印机和其他存储介质）。

CR的成像过程如下：透过物体的X射线投射到IP板上，IP板感光后在荧光物质中把X 射线的能量以潜影的方式储存下来，完成影像信息的记录，再将这种带有潜影的IP板置入专用的读出器中用激光束进行精细扫描读取，荧光物质被激励，释放其储存的能量，发出的荧光被集光器收集送到光电倍增管，由光电倍增管将其放大并转换成电信号，经A/D转换器转换成数字图像，再经由计算机处理得到一个数字化图像，在监视器屏幕上显示出灰阶图像，也可以被储存。CR的成像要经过影像信息的记录、读取、处理和显示等步骤。

IP板成像质量已接近于X线胶片（Agfa D7）的清晰度（对比度可达到12位或4096灰度，空间分辨率可达到5线对/毫米即100μm，扫描像素达到10Pixel/mm），IP板的动态特性线性度比胶片好，X射线转换率高，需要的曝光量负荷大大减少（可少至传统胶片法的1/5~1/20，需要的曝光时间短），具有非常宽的动态范围，对于不同的曝光条件有很高的宽容度，在选择曝光量时将有更多的自由度，从而可以使一次拍照成功率大大提高（重拍次数大大减少），在一般情况下只需要一次曝光就可以得到全部可视的判断信息。CR技术不需要胶片、化学药品、暗室、相关设备及胶片存储，可在普通室内明间进行操作处理（干式），处理速度快。IP板可装入标准的X射线胶片盒中与铅或其他适当的增感屏一起使用，曝光后，可手工将其从胶片盒取出，插入阅读器进行成像处理，在重新用于曝光之前需要使用专门的擦除器（消光器）处理（IP板经过强光照射即可抹消潜影）。传统X射线能摄照的部位也都可以用CR成像，现有的传统X射线透照设备（周向、定向射线机）以及爬行器都可以继续使用，其作业过程基本与常规的胶片照相相同，不需要对操作者进行特殊的培训，使用方便，适用于各种检查，特别是适合于传统射线机和野外恶劣环境施工。缺点是操作较复杂，不能实时，与DR成像系统相比工作效率较低且图像质量略逊于DR。对CR图像的观察与分析也与传统X射线照片相同。所不同的只是CR图像是由一定数目的象素所组成，可以在屏幕上观看或进行不同的后处理。CR系统的优点是便携、读出设备与成像板分离（可以在多个拍摄点情况下，集中在一个阅读器读取）。当然， IP板的使用条件要求和胶片一样也是非常苛刻的，不能使用在潮湿的环境中和极端的温度条件下。

IP板是基于某些辉尽性

荧光发射物质（可受光刺激

的感光聚合物涂层）具有保

留潜在图像信息的能力，当

对它进行X射线曝光时，这

些荧光物质内部晶体中的电

子被投射到成像板上的射线

所激励并被俘获到一个较高

能带（半稳定的高能状态），形成潜影，再将该IP板置入CR读出设备内，利用激光束以2510x2510的像素矩阵（分辨率可高达100微米）对匀速移动的IP板整体进行精确而均匀