实时成像技术

实时成像性能指标与设备的选择
射线实时成像是一种应用穿透性射线来产生图像的无损检测方法,他所产生的图像在射线透照的同时即可被观察到。在动态系统中,实时成像可使射线照相检测与工作过程同时进行,射线源与被检物和图像平面的配置与传统的射线照相相似。

实时成像的过程也是和胶片成像的最大区分就是用射线敏感器件(数字化探测器)代替胶片成像,获得人眼直接观测的可见光图像或转换为电信号后在电视或计算机屏幕上观测。所谓“实时”是相对胶片成像而言的,并不一定是通常意义上的“实时”的概念,如有时成像时间可能达到几秒甚至更长。X射线数字成像检测以其实时性带来的高效率,无消耗材料引起的低成本,数字图像可交换性和存储方便等特点,特别是随着计算机技术的发展、图像处理技术的发展、射线成像技术的发展,使射线数字成像检测技术逐渐成为人们研究和使用的方向,并得到了应用。

1.X射线实时成像的主要部件及其特点:
X射线实时成像系统包括射线源分系统、探测器(含数据传输)分系统、扫描装置分系统、扫描控制分系统(含辐射安全防护与监视系统)、图像重建检查分系统,以及其它附件组成。

1.1  X射线源的种类
 X射线源常用X 射线机和直线加速器,统称电子辐射发生器。X射线机的峰值射线能量和强度都是可调的,实际应用的峰值射线能量范围从数十到450 keV;直线加速器的峰值射线能量一般不可调,实际应用的峰值射线能量范围在1~16 MeV ,更高的能量虽可以达到,但主要仅用于试验。电子辐射发生器的共同优点是切断电源以后就不再产生射线,这种内在的安全性对于工业现场使用是非常有益的。电子辐射发生器的焦点尺寸为几微米到几毫米。在高能电子束转换为X 射线的过程中,仅有小部分能量转换为X 射线,大部分能量都转换成了热,焦点尺寸越小,阳极靶上局部功率密度越大,局部温度也越高。实际应用的功率是以阳极靶可以长期工作所能耐受的功率密度确定的。因此,小焦点乃至微焦点射线源的使用功率或最大电压都要比大焦点的射线源低。

1.2 探测器类别:

1.2.1 面阵探测器
面阵探测器主要有高分辨半导体芯片、平板探测器和图像增强器三种类型。半导体芯片又分为CCD和CMOS。CCD 对X 射线不敏感,表面还要覆盖一层闪烁体将X 射线转换成CCD敏感的可见光。平板探测器和图像增强器本质上也需要内部的闪烁体先将X射线转换成这些器件敏感波段的可见光。

半导体芯片具有最小的像素尺寸和最大的探测单元数,像素尺寸可小到10 μm左右,探测单元数量取决于硅单晶的最大尺寸,直径一般>50mm。因为探测单元很小,信号幅度也很小,为了增大测量信号可以将若干探测单元合并。
平板探测器通常用表面覆盖数百微米的闪烁晶体(CsI) 的非晶态硅或非晶态硒做成。像素尺寸127或200μm,平板尺寸最大约45cm(18in)。读出速度大约3~7.5帧/ s。优点是使用比较简单,没有图像扭曲。图像质量接近于胶片照相,基本上可以作为图像增强器的升级换代产品。主要缺点是表面覆盖的闪烁晶体不能太厚,对高能X 射线探测效率低;难以解决散射和窜扰问题,使动态范围减小。

图像增强器是一种传统的面探测器,是一种真空器件。名义上的像素尺寸<100μm,直径为152~457mm(6~18 in)。读出速度可达15~30帧/s,是读出速度最快的面探测器。由于图像增强过程中的统计涨落产生的固有噪声,图像质量比较差,一般射线照相灵敏度仅7%~8%,在应用计算机进行数据叠加的情况下,射线照相灵敏度可以提高到2 %以上。另外的缺点就是易碎和有图像扭曲。

1.2.2 线阵探测器
X射线线阵列成像器是将一种用特殊材料制造的新型射线探测器排列成一个阵列,利用CMOS技术直接与一块大规模集成电路耦合连接在一起,同步完成射线接受、光电转化、数字化的全过程。这种射线/数字的直接转换方法,大幅度减小了信号长距离传输和转化过程中由于信噪比降低带来的各种干扰信号,系统在动态检测时噪声很低。

北京固鸿科技有限公司在高能X射线探测器技术方面,拥有完全独立自主的产品开发与生产制造能力。公司生产的探测器模块在探测器平台上呈弧形排列,保证射线源点产生的各角度一次射线垂直射入探测器模块内,提高探测效率,减小射线串扰。A/D转换动态范围为24 bits,系统动态范围宽,信噪比高,在同类产品中处于领先地位。

2. X射线实时成像系统主要性能指标:

1)穿透能力
穿透能力也是选择射线能量的重要参数,由被成像工件的尺寸和材料决定使用的X射线能量。按照常规,试样厚度是所选择的X射线能量的10个半值层。
固鸿科技X射线照相、实时成像产品穿透等效钢厚度参考数据如下:

2)透照灵敏度
发现工件中沿透照方向上的最小缺陷尺寸的能力,能发现的缺陷尺寸越小,则灵敏度越高。透照灵敏度用百分比表示,使用像质计进行测量。像质计是用来检查和定量评价射线底片影象质量的工具,又称图象质量指示器、像质指示器、透度计。它的作用是用来评判射线检测的灵敏度。
北京固鸿科技的透照灵敏度可达到:静态灵敏度:1.0%~2.0%;动态灵敏度:2.5%~3.5%

3)空间分辨率
又称几何分辨率,是指从图像中能够分辨相互紧密靠近物体的能力,定量的表示能分辨两个细节特征的最小间距。表示方法:用单位长度上的线对数(lp/mm)来表示,常用线对卡或丝状和孔状测试卡进行测定。1个线对(1lp/mm)的概念是:在1毫米的宽度上,可以区分
一黑一白两条线。固鸿科技X射线实时成像的空间分辨率可达到1.5 lp/mm~6lp/mm。
随着数字化技术的不断发展和完善,X射线实时成像检测技术在射线检测领域中的比重也将日益增长,并将以其特有的检测效率、经济效益、远程传输、方便适用等优势,实现了自动化流水作业,减轻了操作人员的劳动强度,其技术已日趋成熟、完善,在生产制造中得到了广泛的应用。