第四讲 X射线成像技术
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►
X射线的本质是电磁波，他们在空气中的传
播速度都等于光速。
► X射线具有光的波动性、粒子性。
►X射线产生的原理（伦琴试验）
电磁波在物理上的划分类型
电磁波的种类 无线电波
红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
频率/Hz 104～3×1012
1012～3.9×1014 3.9×1014～7.5×1014 7.5×1014～3×1014 3×1015～3×1020 3×10-18～3×10-22
V = 1.0206V´ - 3.3908 R 2 = 0.9744
190
210
230
250
270
290
145
165
185
205
225
245
265
285
Predicted cubage/cm 3
Calculated cubage/cm 3
核桃内部果肉检测识别
作业
► 1、X射线与物质的相互作用有哪几类？ ► 2、X射线检测食品异物的原理是什么？ ► 2、X射线装置主要由哪几部分组成？
肉及制品中异物识别
火腿中钢球异物识别
柑橘内部缺陷识别
苹果体积测算
h(i, j ) {
300 300 j 0 i 0 '
98.89 e0.0112 f ( i , j ) ; f ( i , j )255; 0; f ( i , j )255
300 300 j 0 i 0
。
►瑞利散射
入射光子撞击物质原子的束缚较牢固的电 子； 电子能牢固地保持在原来位置上；
束缚电子吸收入射光子能量跃迁到高能级， 随即又放出能量等于入射光子的散射光子。 瑞利散射相对于入射线来说是一种频率、 波长不变但传播方向改变了的次级电磁波。
►康普顿—吴有训效应
1922～1923年康普顿研究了X射线被较轻物质 (石墨、石蜡等)散射后光的成分，发现散射谱线 中除了有波长与原波长相同的成分外，还有波长 较长的成分。
► 散射：瑞利散射和康普顿散射。
► 吸收是一种能量的转换过程。 ► 吸收：光电效应、俄歇效应与电子对效应。
X射线与物质的散射作用
► 散射实质：物质中电子与X光子的相互作用。 ► 两种散射现象：弹性相干散射和非相干散射。
► 弹性相干散射：瑞利散射、核的弹性散射和
德布罗克散射。
► 非相干散射：康普顿－吴有训效应
►电子对效应
高能射线入射到材料中，这些能量较高的 射线光量子有可能穿透原子核附近； 进入原子核附近的库仑场时，光子可以全 部被吸收，同时发射出一对正负电子，这 种过程成为电子对效应。
电子对效应产生的条件是：
hv 1.02MeV
主要内容
►X射线成像基本理论
►X射线成像原理 ►X射线成像设备组成
X射线与物质的吸收作用
►光电效应
入射X光子的能量足够大时，可以将原子 内层电子击出使其成为光电子。 外层电子向内层跃迁，辐射出一定波长的 特征X射线。 释放的自由电子称为光电子。 失去电子的原子即被电离，这种作用过程 叫做光电效应。
►俄歇效应
光电效应发生时，如果原子K层电子被击 出； L层电子向K层跃迁，辐射出一定波长的特 征X射线； 其能量差不是以产生K系X射线光量子的形 式释放； 能量被邻近电子所吸收，使这个电子受激 发而逸出原子成为自由电子。
X射线光源参数表
技术指标 输入 高压产生 X管端电压 X管电流 X射线出射角 工作方式 外形尺寸 性能参数 220V 50Hz 30 Hz倍压整流 50～80 kV 0.1~1 mA 60º 连续 21×13×13 mm
►X射线探测器
主要内容
►X射线成像基本理论
►X射线成像原理 ►X射线成像设备组成
V 1 h(i, j ) h(i, j )
290
Actual cubage/cm 3
270 250 230 210 190 170 150 150 170
Actual cubage/cm 3
V = 0.9305V´ + 12.858 r 2 = 0.9124
285 265 245 225 205 185 165 145 125 125
第四讲 X射线成像检测技术
主要内容
►X射线成像基本理论
►X射线成像原理 ►X射线成像设备组成 ►X射线成像在食品工业中的应用
主要内容
►X射线成像基本理论
►X射线成像原理 ►X射线成像设备组成 ►X射线成像在食品工业中的应用
X射线的产生
► 1895年德国科学家伦琴(W．C．Rontgen)
发现了X射线（1901年获得诺贝尔物理奖）。
►X射线成像基本理论
►X射线成像原理 ►X射线成像设备组成
►X射线成像在食品工业中的应用
► X射线检测装置由X射线发生装置、X射线探
测器单元、图像处理单元、图像处理软件、 传送机械装置和射线防护装置等几大主要部 分组成。
►X射线发生装置
X射线发生装置包括高压发生器、X射线管、 X射线发生控制器几部分组成。 X射线管的基本结构是一个高真空度的二 极管，由阴极、阳极和保持高度真空的玻 璃外壳构成 。
►X射线成像在食品工业中的应用
食品异物检出各种污染比例
图像采集背景的校正
► 影响图像采集背景的主源自文库因素就是随机噪声，
来源主要有射线源量子起伏噪声和探测器自 身电子电路噪声。
g ( x, y) f ( x, y) n( x, y)
1 N 2 f (i) N i 1 SNR log10 ( ) N 1 n 2 (i ) N i 1
康普顿与吴有训
X光子撞击物质中与原子间束缚力较小的
电子；
电子被X光子撞离原子成为反冲电子；
反冲电子带走一部分能量，使得光子能量
减少，从而使随后的散射波波长发生改变 。
康普顿效应通常入射光子能量在0.1～10
MeV范围内。
康普顿效应第一次从实验上证实了爱因斯
坦提出的关于光子具有动量的假设。
►X射线成像在食品工业中的应用
X射线穿透物质的衰减规律
►射线与原子发生相互作用而产生吸收和
散射的衰减称为物质引起的衰减。
►线衰减系数
►质量衰减系数 ►单能射线的衰减规律 ►多能射线的衰减规律
► 线衰减系数
dI 1 I dx
► 质量衰减系数
m /
► 单能射线的衰减规律
单能射线是指由相同 能量光子组成的射线 或仅仅具有单一波长 的射线。
在真空中的波长/m 3×108～10-4
3×10-4～7.7×10-7 7.7×10-7～4×10－8 4×10－8～6×10-9 10-8～10-12 10-10～10-14
电磁波波长分布
C=υλ
X射线与物质的相互作用
► 射线穿透物质时，与物质发生相互作用而导
致强度减弱。
► 散射过程则仅使射线的传播方向改变。
I I0 e
mT
►多能射线的衰减规律
射线检验中获得的是连续谱X射线。
多能射线由不同能量的光子组成，采用平
均衰减系数来计算。
I I0 e
mT
►X射线数字化实时成像
X射线数字化实时成
像是X射线透过被检物 后被图像增强器或者线 阵探测器所接收，再转 换成可视图像
主要内容
X射线的本质是电磁波，他们在空气中的传
播速度都等于光速。
► X射线具有光的波动性、粒子性。
►X射线产生的原理（伦琴试验）
电磁波在物理上的划分类型
电磁波的种类 无线电波
红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
频率/Hz 104～3×1012
1012～3.9×1014 3.9×1014～7.5×1014 7.5×1014～3×1014 3×1015～3×1020 3×10-18～3×10-22
V = 1.0206V´ - 3.3908 R 2 = 0.9744
190
210
230
250
270
290
145
165
185
205
225
245
265
285
Predicted cubage/cm 3
Calculated cubage/cm 3
核桃内部果肉检测识别
作业
► 1、X射线与物质的相互作用有哪几类？ ► 2、X射线检测食品异物的原理是什么？ ► 2、X射线装置主要由哪几部分组成？
肉及制品中异物识别
火腿中钢球异物识别
柑橘内部缺陷识别
苹果体积测算
h(i, j ) {
300 300 j 0 i 0 '
98.89 e0.0112 f ( i , j ) ; f ( i , j )255; 0; f ( i , j )255
300 300 j 0 i 0
。
►瑞利散射
入射光子撞击物质原子的束缚较牢固的电 子； 电子能牢固地保持在原来位置上；
束缚电子吸收入射光子能量跃迁到高能级， 随即又放出能量等于入射光子的散射光子。 瑞利散射相对于入射线来说是一种频率、 波长不变但传播方向改变了的次级电磁波。
►康普顿—吴有训效应
1922～1923年康普顿研究了X射线被较轻物质 (石墨、石蜡等)散射后光的成分，发现散射谱线 中除了有波长与原波长相同的成分外，还有波长 较长的成分。
► 散射：瑞利散射和康普顿散射。
► 吸收是一种能量的转换过程。 ► 吸收：光电效应、俄歇效应与电子对效应。
X射线与物质的散射作用
► 散射实质：物质中电子与X光子的相互作用。 ► 两种散射现象：弹性相干散射和非相干散射。
► 弹性相干散射：瑞利散射、核的弹性散射和
德布罗克散射。
► 非相干散射：康普顿－吴有训效应
►电子对效应
高能射线入射到材料中，这些能量较高的 射线光量子有可能穿透原子核附近； 进入原子核附近的库仑场时，光子可以全 部被吸收，同时发射出一对正负电子，这 种过程成为电子对效应。
电子对效应产生的条件是：
hv 1.02MeV
主要内容
►X射线成像基本理论
►X射线成像原理 ►X射线成像设备组成
X射线与物质的吸收作用
►光电效应
入射X光子的能量足够大时，可以将原子 内层电子击出使其成为光电子。 外层电子向内层跃迁，辐射出一定波长的 特征X射线。 释放的自由电子称为光电子。 失去电子的原子即被电离，这种作用过程 叫做光电效应。
►俄歇效应
光电效应发生时，如果原子K层电子被击 出； L层电子向K层跃迁，辐射出一定波长的特 征X射线； 其能量差不是以产生K系X射线光量子的形 式释放； 能量被邻近电子所吸收，使这个电子受激 发而逸出原子成为自由电子。
X射线光源参数表
技术指标 输入 高压产生 X管端电压 X管电流 X射线出射角 工作方式 外形尺寸 性能参数 220V 50Hz 30 Hz倍压整流 50～80 kV 0.1~1 mA 60º 连续 21×13×13 mm
►X射线探测器
主要内容
►X射线成像基本理论
►X射线成像原理 ►X射线成像设备组成
V 1 h(i, j ) h(i, j )
290
Actual cubage/cm 3
270 250 230 210 190 170 150 150 170
Actual cubage/cm 3
V = 0.9305V´ + 12.858 r 2 = 0.9124
285 265 245 225 205 185 165 145 125 125
第四讲 X射线成像检测技术
主要内容
►X射线成像基本理论
►X射线成像原理 ►X射线成像设备组成 ►X射线成像在食品工业中的应用
主要内容
►X射线成像基本理论
►X射线成像原理 ►X射线成像设备组成 ►X射线成像在食品工业中的应用
X射线的产生
► 1895年德国科学家伦琴(W．C．Rontgen)
发现了X射线（1901年获得诺贝尔物理奖）。
►X射线成像基本理论
►X射线成像原理 ►X射线成像设备组成
►X射线成像在食品工业中的应用
► X射线检测装置由X射线发生装置、X射线探
测器单元、图像处理单元、图像处理软件、 传送机械装置和射线防护装置等几大主要部 分组成。
►X射线发生装置
X射线发生装置包括高压发生器、X射线管、 X射线发生控制器几部分组成。 X射线管的基本结构是一个高真空度的二 极管，由阴极、阳极和保持高度真空的玻 璃外壳构成 。
►X射线成像在食品工业中的应用
食品异物检出各种污染比例
图像采集背景的校正
► 影响图像采集背景的主源自文库因素就是随机噪声，
来源主要有射线源量子起伏噪声和探测器自 身电子电路噪声。
g ( x, y) f ( x, y) n( x, y)
1 N 2 f (i) N i 1 SNR log10 ( ) N 1 n 2 (i ) N i 1
康普顿与吴有训
X光子撞击物质中与原子间束缚力较小的
电子；
电子被X光子撞离原子成为反冲电子；
反冲电子带走一部分能量，使得光子能量
减少，从而使随后的散射波波长发生改变 。
康普顿效应通常入射光子能量在0.1～10
MeV范围内。
康普顿效应第一次从实验上证实了爱因斯
坦提出的关于光子具有动量的假设。
►X射线成像在食品工业中的应用
X射线穿透物质的衰减规律
►射线与原子发生相互作用而产生吸收和
散射的衰减称为物质引起的衰减。
►线衰减系数
►质量衰减系数 ►单能射线的衰减规律 ►多能射线的衰减规律
► 线衰减系数
dI 1 I dx
► 质量衰减系数
m /
► 单能射线的衰减规律
单能射线是指由相同 能量光子组成的射线 或仅仅具有单一波长 的射线。
在真空中的波长/m 3×108～10-4
3×10-4～7.7×10-7 7.7×10-7～4×10－8 4×10－8～6×10-9 10-8～10-12 10-10～10-14
电磁波波长分布
C=υλ
X射线与物质的相互作用
► 射线穿透物质时，与物质发生相互作用而导
致强度减弱。
► 散射过程则仅使射线的传播方向改变。
I I0 e
mT
►多能射线的衰减规律
射线检验中获得的是连续谱X射线。
多能射线由不同能量的光子组成，采用平
均衰减系数来计算。
I I0 e
mT
►X射线数字化实时成像
X射线数字化实时成
像是X射线透过被检物 后被图像增强器或者线 阵探测器所接收，再转 换成可视图像
主要内容