X 射线数字成像检测技术图像 灵敏度 影响因素

X 射线数字成像检测技术图像 灵敏度 影响因素

杨绍辉，郝兵，吕益良，丁卫良，许珊珊

洛阳中信成像智能科技有限公司，河南 洛阳 471000

摘要: 探讨了X射线数字成像检测技术优点、射线衰减规律、图像灵敏度，以及图像灵敏度的影响因素分析，为X射线数字成像检测技术系统选型和在实际检测应用中的参数选择提供建议。

关键词:X射线数字成像检测技术; 射线衰减规律; 图像灵敏度;

X射线数字成像检测技术指使用X射线敏感设备直接检测穿透检测工件的X射线，然后通过光学技术、电子技术和数字图像处理技术将图像传输在显示设备上，不使用传统X射线胶片。随着计算机技术的发展，功能强大的图像处理软件和X射线数字成像探测器不断涌现，X射线数字成像检测技术已经广泛应用于工业产品的无损检测。作为一项很有发展前途的无损检测技术，无材料消耗、高效性、储存方便、低成本和数字图像可交换性等特点，逐渐成为开发和研究的方向。广泛应用于航天、航空、军工、压力容器、汽车、长输管线、电子电力等行业，为国民经济建设作出了重大贡献。

1 X射线数字成像检测技术的主要优点有：

1.1数字图像处理技术可以对获得的数字图像进行各种有效的处理，使得图像质量达到检测评价要求。

1.2数字图像的动态范围较大，在获得X射线数字成像检测图像后，可以对数字图像做各种灰度变换处理。

1.3在X射线数字成像系统中，X射线能量利用率高，可以有效的减少检测时射线的照射剂量，只要检测图像的信噪比达到要求，可以使用比较低的照射剂量，在图像显示的过程中可以通过灰度调节将损失的对比度调整过来。

1.4获得图像的时间短，可达 10 帧/秒。

1.5随着计算机网络的发展，数字图像的通信已经非常容易实现.在检测时，将不同的X射线数字成像设备连在一起，可以方便地在无损检测机构的各个部门之间或者在不同单位之间相互传送，以便检测人员再评价时中使用，大量的数字图像可以由计算机海量存储器来保存。

2 X射线衰减规律

X射线射入物体时，其光子将与物质发生复杂的相互作用，造成入射到物体的射线能量，一部分被吸收、一部分被散射，使从物体透射的一次射线强度低于入射射线强度，即射线强度发生衰减。

2.1单色窄束射线的基本衰减规律

在均匀介质中，很小的厚度范围内，强度的衰减量正比于入射射线强度和穿透物体厚度：

ΔI=-µIΔT （2-1）

对此式子积分，通常所写关系

I=I₀e^-µT（2-2）

2.2 X射线数字成像技术中的X射线源，其X射线是宽束连续谱射线，宽束连续谱射线衰减规律：

I=I_D+I_S=（1+n）I₀e^-µT（2-3）

3 图像灵敏度

在X射线数字检测技术中，被检测物体对射线的衰减是产生图像灵敏度的直接原因，图像灵敏度表示为：

ΔI/I=µΔT/（1+n） （2-4）

式中ΔI为试件中存在的厚度为ΔT的缺陷而引起的一次透射射线强度差；I为为无缺陷透射线的总强度；µ为试件材料的衰减系数；

ΔT为缺陷在射线透照方向上的尺寸；n为散射比。

由式2-4可知，影响X射线数字检测图像灵敏度的因素有衰减系数，厚度差和散射比。而且对于细小缺陷的检测，透照的几何条件也会对图像灵敏度产生影响。

4 图像灵敏度影响因素分析

4.1 检测几何条件对图像灵敏度的影响

4.1.1射线源焦点及放大倍数影响

在 X 射线数字检测技术中，随着焦点增大或者放大倍数的增加，缺陷图像灰度横向变宽，边界变模糊，焦点过大，缺陷图像本影消失，图像只由半影构成，图像灵敏度明显降低，在实际 X 射线数字检测过程中，射线源的焦点不易过大，同时，放大倍数要尽量选取在最佳放大倍数附近。

4.1.2焦距影响

X射线能量随着焦距增大而降低，焦距太大使得图像灵敏度降低，不利于数字图像的观察，实际检测中选取 600mm--900mm 的焦距，合适的焦距有助于提高图像灵敏度。

4.2 试件衰减系数对图像灵敏度的影响

X射线产生过程中，管电压决定了射线光子能量及其分布，它直接关系到X射线透照物体的衰减特性，决定了X射线对物质的穿透能力。管电流决定了单位时间打靶的电子数，直接关系到形成光子数的多少。试件衰减系数µ与材质和射线能量有关，在试件材质给定的情况下，只与射线能量有关，而影响射线能量的主要因素有管电压和管电流。使用数字平板探测器系统，保持射线数字成像检测系统的其他参数不变，分别只改变X射线管电压和管电流，对于某一厚度的模拟试块，实验得出：

4.2.1随着管电压从小到大的增加，可识别的单线型像质计可识别逐渐增多，在达到一定管电压后，可识别的单丝像质计保持不变，如果管电压再增大，可识别的单丝像质计会减少。分析形成这种现象的原因，在管电压较低的时候，X 射线能量低，射线无法穿透物体，导致得到的数字图像灰度较低，图像灵敏度低。当管电压较高的时候，所得到的数字图像整体较亮，无法使探测器获得细节特征的衰减信息，也使得图像灵敏度降低，增加了检出细小缺陷的难度。所以，在 X射线数字成像检测中，应在保证射线能够穿透试件的前提下，选择较小的管电压。

4.2.2管电流较小时，射线机产生的光子数就少，探测器无法获得有效的成像信息，所以成像质量差，图像灵敏度较低。当其他参数不变，提高管电流时，图像灵敏度有明显的增大。所以，在X射线数字成像检测中，尽量使用较大的管电流，增加光子数，提高图像灵敏度，提高图像质量。

4.3 散射线对图像灵敏度的影响

X射线的透照范围是个扇形的区域，所以在中心轴外有相当数量的散射损失。这些散射线直接被数字成像设备传输和放大，使得图像灵敏度和图像清晰度降低。在X射线机处，用窄视野铅屏隔离散射线，或在成像器件没有图像的部分用铅板屏蔽，可以有效的减少散射线对成像质量的干扰。

4.4 缺陷引起的厚度差对图像灵敏度的影响

检测工件中缺陷的尺寸决定了厚度差，缺陷的尺寸越大，所得到的X射线数字成像检测的缺陷图像灵敏度越大。在一些情况下，厚度差与实际检测时的透照方向有关，由于缺陷形状的不规则，所以在不同透照方向上所造成的厚度差会不同。所以，在实际检测时，尽量选择适当的透照方向和控制透照的角度，来得到比较大的厚度差，从而提高了缺陷图像灵敏度。

5 结束语

在X射线数字检测的过程中，图像灵敏度是这些影响因素共同作用的结果。如果只是单独的调节某一因素到最佳状态，也可能导致总体的图像灵敏度下降。因此，在实际X 射线数字检测过程中，要根据不同的检测系统，不同的检测对象选择合适的检测参数，从而得到较好的图像灵敏度，较高的成像质量。

参考文献：

1：《国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教材》编审委员会 射线检测 北京：机械工业出版社，2004.3

2:郑世才. 射线实时成像检测技术与射线成像检测技术的等价性讨论[J]. 无损检测， 2003，25（10）：500-503.

3：强天鹏. 射线检测[M]. 北京：中国劳动社会保障出版社，2007

4：JB/T 7902-2015 无损检测 线性像质计通用规范

5：NB/T47013-2015 承压设备无损检测 第11部分：X射线数字成像检测

6: NB/T47013-2015 承压设备无损检测 第2部分：射线检测