第3章射线照相的影像质量

第3章 射线照相的影像质量

3．1 影像形成的简单分析

图3—1画出了射线照相影像形成的过程。从图3

—1可以看到，在射线透照下，物体内部的情况将投影

在胶片平面，形成射线照相影像的图像。这幅图像的形

成，以从射线直线传播的性质讨论。作为初步分析，可

以假设射线源是——个几何点，射线从这点发出，沿直

线在空间传播，并沿直线穿透被透照物体。上述影像形

成的过程使影像具有下面一些特点。1．影像重叠

影像的每个点都是物体的一系列点对射线衰减产生

的总结果，或者说是物体一系列点的影像的重叠。例如，

图中的影像A 是射线穿过1A 、2A 、3A ……等无数个点

到达胶片后形成的，所以A 点影像反映了1A 、2A 、3A ……等无数个点对射线衰减的情况。这样，当从不同方向进行射线检测时，对同一物体得到的影像可以不同。影像的重叠性使得物体中不同位置的缺陷，在射线检测的影像上可能表现成一个缺陷，这给射线检测影像的判断带来困难。2．影像放大

影像放大是指在胶片上形成的影像的尺寸大于形成影像的物体的尺寸。图3—2清楚地显示出，物体中一宽度为W 的区域，在胶片上形成的影像的宽度为

W ，明显地这是一个放大的影像，从投影关系不难理解这一点。影像放大的程度与射线源至被透照物体的距离有关、与影像所表示的物体和检测器的距离有关。在一般的情况下，影像都存在一定程度的放大。应注意的是，在实际射线照相检验时，如果X 射线机的焦点大于缺陷的尺寸，则影像可能不产生放大。3．影像畸变

如果得到的影像的形状与物体在投影方向截面的形状不相似，则称影像发生了畸变。产生这种情况的原因是，物体截面上不同的部分在胶片上形成影像时产生的放大不同，这样就导致影像的形状与物体的形状不相似。只要物体的投影截面与记录影像的截面不平行，就将发生影像畸变。 在实际射线照相中，缺陷影像畸变是经常发生的，这是由于缺陷总是具有一定的体积，

具有一定的空间分布，形状常常是不规则的，这些情况使得透照时将存在多个投影截面，不同的投影截面形成的影像的放大总是存在一些不同，就造成了影像畸变。理解射线照相影像的这些特点，对正确地评定底片上的缺陷具有重要意义。

3．2 影像质量

3.2.1 影像质量的基本因素

射线照相检验影像质量的基本因素，可以从金属边界射线照相的影像导出。

如图3-3所示，当透照一锐利的垂直的金属物体边界时，理想的情况应得到图3—3b所示的黑度分布曲线，即当从一个厚度过渡到另一个厚度时，对应的黑度应从一个黑度以阶跃的形式过渡到另一个黑度。但测量指出，实际的黑度分布并不是这种阶跃形式，而是如图3-3c所示，—在两个黑度之间存在一个缓慢变化的区域，使黑度逐渐地从一个黑度过渡到另一个黑度，缓慢变化区的黑度分布不是直线，而是一存在坡脚和肩部的曲线。这个缓慢变化区的宽度即是射线照相的不清晰度，一般记为U，它造成了射线照片上影像边界的扩展。进一步的研究发现，过渡区的的细致情况如图3-3d所示，即实际的黑度存在不规则的大大小小的不断变化，并不是单调均匀的变化。黑度不规则变化的统计平均值(统计标准差)称为影

σ。对应金属边界的黑度差称为该影像的对比度，记为∆D。

像的颗粒度，记为

D

σ即是影像质量的基本因素，即射线照片上影像的质量由对比度、不清晰度、∆D、U和

D

颗粒度决定。

对比度是影像与背景的黑度差，不清晰度是影像边界扩展的宽度，颗粒度是影像黑度的不均匀性程度。影像的对比度决定了在射线透照方向上可识别的细节尺寸，影像的不清晰度决定了在垂直于射线透照方向上可识别的细节尺寸，影像的颗粒度决定了影像可显示的细节最小尺寸。

3．2．2 影像的射线照相对比度

在射线照相中影像的对比度定义为射线照片上两个区域的黑度差，常记为∆D 。即如果两个区域的黑度分别为'D 、D ，则它们的对比度为D D D -=∆' (3-1)

射线照片上影像的对比度常指影像的黑度与背景的黑度之差。

从物体厚度的一个小的增加量AT 产生的黑度变化，即可得到射线照相对比度的公式。如图3-4所示，设在厚度 之上局部叠加了一小的厚度T ∆，而D 为对应厚度T 部分的黑度；'D 为对应厚度T T ∆+部分的黑度。

显然，D ∆是由厚度小增量T ∆引起的两区域的黑度差。在第2章曾经给出，对胶片特性曲线的直线部分存在关系：

k H G D +=lg

k H G D +='''lg

式中，'

H 、H 为曝光量，它等于射线强度与曝光时间之积 t

I H It

H ''== 由于T 与T T ∆+之差很小，因此D 与'D 之差也很小，所以可认为对应于D 与'

D ，的梯度

近似相等，因此对T ∆引起的黑度差有 )lg (lg 'H H G D -=∆

这样有

)lg()(lg 'It t I G D -=∆

)lg('

I

I G D =∆ (3-2) 首先考虑简单的情况，即窄束、单色射线情况，从射线衰减规律有

T e I I μ-=0

)(0'T T e I I ∆+-=μ

两式相除，得到

T e I

I ∆-=μ'

所以

T e T I

I ∆-=∆-=μμ434.0lg lg '

将此式代入式（3-2），得到

T G D ∆-=∆μ434.0 （3-3）

这就是一个小的厚度增量（也就是小的厚度差）T ∆，在窄束、单色射线情况下产生的对比度的公式。应指出的是，小厚度差T ∆在垂直于射线透照方向应具有较大尺寸时才满足这个关系。 实际探伤时一般都是宽束射线情况，这是必须考虑散射线，即这时应采用宽束连续谱射线的衰减规律讨论式（3-2）。S D I I I +=

'''S D I I I +=

记I I I -=∆'，由于T ∆很小，近似认为'

S s I I =。因为存在I ∆《I ，利用近似公式 x e x +=1（x ＜1 则有

I

I I I e

I I '1=∆+=∆ 这样，从式（3-2）可以得到 )/(434.0lg()/I I e G D I I ∆==∆∆

由于

n

T I I +∆-=∆1μ 最后得到

n

T G D +∆-=∆1434.0μ （3-4） 对实际工件中的缺陷，严格地说，不能简单地应用式(3-4)计算，这时应考虑缺陷对射线的衰减特性。如果记缺陷的线衰减系数为'

μ，则式(3-4)应改写成n

T G D +∆--=∆1)(434.0'μμ (3-5)