淺談工業CT無損檢測設備平板探測器

工業CT與DR成像系統主要由x射線源、平板探測器(Flat Panel Detector，FPD)、工控計算機等組成。x射線源發出x射線光子，穿透工件後被平板探測器接收並轉換為電信號，再由A/D轉換電路將其轉換成數碼化信息，將數碼化信息傳輸到計算中去，經過相關的處理形成並顯示數字圖像。

在鑄造件檢測中，工業X射線探傷機無損檢測是使用最久的無損檢測手段，在工業生產的各個方面運用都非常廣泛。射線膠片檢測是吧射線膠片作為檢測記錄器進行記錄，也是應用最早，當前使用範圍最廣泛的一種射線檢測技術。然而膠片照相沒法達到實時成像，並且膠片照相對膠片質量的要求較高，這也導致了其成本較大。並且膠片存儲需要嚴格的溫度、濕度控制，對環境要求很高，操作起來很不方便，不利於方便管理。最近幾年來，計算機層析技術、CCD技術、線掃描成像技術、平板探測器技術發展速度較快。這些技術都具備實時成像、實時檢測以及實時評估的優點，並且數字圖像也能夠在網絡上被更多的人所看到及採用。射線數字成像技術首先應用到醫學領域中，早先發展速度較慢，最近幾年尤為迅速。在射線檢測領域中，射線數字照相技術也逐步得到了應用，相關的研究也在不斷增加，一些標準也在制定中。

工業CT與DR檢測系統於近幾年逐漸應用於工業檢測中，隨着技術的發展，探測器性能的不斷優化，工業CT與DR成像系統的圖片質量接近膠片成像，缺陷檢出率比膠片成像系統高出很多。

工業CT與DR檢測能夠給工業檢測評價以及疾病診斷提供可靠的依據和準確的信息。工業CT與DR檢測技術研究中，怎樣獲得高質量、失真較低的圖像一直是其重點和難點。現在DR檢測技術還存在很多問題需要解決。比如空間解像度較低、元相應沒有實現一致等。進行DR檢測時有下面幾點關鍵技術:

(1)矯正平板檢測器。平板檢測器結構噪聲會給圖像質量造成很大影響，想要獲得高信噪比的圖像，必須首先要對探測器進行準確的校正。

(2)數字圖像顯示和處理技術。由於DR圖像本身便是數碼化的，能夠通過相關數字圖像處理技術來處理圖像，對其進行復原或者增強。

從而不斷提高DR圖像的實際質量，提高其檢測效率。這便要求處理圖像時，設法去除噪聲，盡最大可能得到不失真的原有圖像的相關信息就變得尤為重要。

DR檢測系統採用平板探測器作為圖像採集設備，具有成像快速便捷，比傳統膠片擁有更高的量子檢測效率(DQE)等優點。平板探測器的數字成像動態範圍寬，散射損耗低，圖像採集快捷高速。

平板探測器根據能量轉換可以分成直接或者間接轉換兩種方式。直接轉換型的FPD使用的是光導體材料，在x射線曝光後轉化為電信號，通過薄膜半導體陣列(Thin Film Transistoraray，TFT)存儲，再經過A/D轉換獲得數字圖像。間接性轉換型FPD使用的是閃爍晶體。在x射線曝光後，能夠將其轉換成為可見光，然後用稿光電二極管陣列，將其轉換為電信號並逐行取出轉換為數字圖像。

從平板探測器本身來看，其性能參數的評價主要從三個方面進行:空間解像度(Spatial Resolution，SR)、量子檢測效率(Detective QuantumEifciency，DQE)和調製傳遞函數(Modulation Trnasfer Funciton，MTF)。

(1)空間解像度。圖像可分辨最小物體直徑是由空間解像度決定的，期測量方法在高對比度特點以及噪聲較低的情況下，通過較大電流以及較低電壓來測量。

(2)奈奎斯特頻率。奈奎斯特頻率是通過像素尺寸來進行計算的，其又叫截止頻率，代表的是像素點中心距離。

(3)調製傳遞函數。在射線進入平板時，其會和平板發生作用，並進行光電轉換。在轉換時，射線衰減相關信息會被調製到模擬電壓上面，通過計算機讀出形成圖像灰度值。在這個過程中，通過MTF來進行對比度變化的表示。

MTF函數能夠將成像系統的圖像細節區分能力反應出來。MTF能夠決定通過探測器進行物體探測時，對比度的損失，其和探測器物理結構構成有着直接關係，探測器不同其MTF也會存在很大不同。比如函數一幀空間頻率分佈在0和截止頻率的圖像，這個圖像的MTF值在1到0之間變化。其中1表示的是在灰度範圍中對比度的有效轉換，0表示的則是這個對比度的轉換截止，也就是這個細節無法在圖像上看到。根據其定義，空間頻率為0的成像系統，其MTF為1，若是MTF數值出現下降，那麼則代表空間頻率的增加，而像素尺寸又決定了極限空間頻率。MTF能夠將空間解像度和對比度的關係反映出來。MTF數值越高，反映出的圖像信息也會愈加真實。

DR平板探測器響應特性的研究具有以下意義:

(1)重視檢測靈敏度的提高。通過數字圖像處理技術能夠處理DR圖像中的模糊、噪聲等一系列的問題，更加容易找到噪聲中存在的缺陷信息，不斷的提高其檢測靈敏度。

(2)降低劑量、提高檢測效率。若是能夠在噪聲和散射都較高的情況下，得到清晰的圖像，那麼能夠降低拍色所需劑量，在工業中，劑量越低意味着安全性越高，並且也能夠讓DR射線技術最大檢測厚度有一定增加。

通過實驗，我們可以提取DR成像原始數據，測定灰度均值，獲取試塊不同厚度下的能量和強度響應曲線。

隨着階梯試塊厚度的增大，強度響應和能量響應曲線的斜率逐漸減小，由此可以得出，DR系統中線衰減係數隨着強度和能量的增大而減小。

在DR系統中中積分時間極短，膠片曝光曲線中曝光量的概念在DR中無實際意義。通過管電壓代替曝光量，積分時間為200ms，透照不同管電流得到灰度值為2300的圖像時，得到管電壓與厚度的關係曲線，通過觀察，管電壓與厚度的關係圖像非常直觀，隨着管電流的增大，管電壓與厚度特性曲線的斜率相應減小。