x射線數(shù)字成像技術(shù),又稱為DR技術(shù),數(shù)字射線成像技術(shù)等,下文將介紹一下X射線數(shù)字成像技術(shù)的基本概念和優(yōu)缺點(diǎn)。
圖像灰度之分辨率的定義
(1)圖像灰度與對比度
與膠片照相技術(shù)的黑度概念相對應(yīng),X射線數(shù)字成像技術(shù)引進(jìn)灰度的概念。圖像中黑白的程度用灰度來描述,將圖像中黑白的變化范圍定義為256個(gè)灰度等級。顯示器上圖像較亮部位與相鄰較暗部位的灰度差稱為圖像對比度。
(2)圖像分辯與圖像不清晰度
圖像分辨率是指顯示器上可識(shí)別的線條能夠分離的最小間距,單位是每毫米線對(LP/mm)。一個(gè)線對由一根線條和一個(gè)間距組成,且間距的寬度等于線條的寬度,以一毫米寬度范圍內(nèi)的線對數(shù)表示。
圖像不清晰度:在X射線數(shù)字成像過程中,一個(gè)明銳邊界的影像因受到某些因素的影響而變得模糊,模糊的范圍擴(kuò)展成一個(gè)區(qū)域,該區(qū)域的寬度即為圖像不清晰度,單位是毫米。
顯而易見,圖像分辯率和圖像不清晰度實(shí)際上是一個(gè)問題的兩個(gè)表述,反映的都是圖像邊界的清晰程度,它們可以用同一種圖像測試卡在顯示屏上客觀地測試出來。根據(jù)定義,圖像不清晰度的量值等于圖像分辨率線對數(shù)的倒數(shù)的二分之一。
按照視頻技術(shù)的定義,分辨率可分為時(shí)間分辨率和空間分辨率。時(shí)間分辨率多用于儀器時(shí)基線性的分辨。由于幾何位置或材料密度差異引起的視頻分辨率則稱為空間分辨率。因?yàn)閄射線數(shù)字成像技術(shù)不涉及時(shí)間分辨率的問題,所以X射線數(shù)字成像技術(shù)中所講的分辨率就是空間分辨率。
成像技術(shù)指標(biāo)
從試驗(yàn)情況來看,當(dāng)鋼焊縫的透照厚度為10~20mm時(shí),為使像質(zhì)計(jì)靈敏度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求,圖像有效評定區(qū)內(nèi)的灰度應(yīng)控制在130~230,對比度控制在60~120,圖像不清晰度應(yīng)不大于0.25mm。按照目前的技術(shù)水平,這三個(gè)指標(biāo)是能夠達(dá)到的。
成像技術(shù)之圖像放大
X射線數(shù)字成像技術(shù)與膠片照相技術(shù)的區(qū)別在于:實(shí)時(shí)成像所得到的圖像是放大的,而膠片照相技術(shù)在同一條件下所得到的底片影像基本上是不放大的。在實(shí)時(shí)成像中:
(1)圖像放大的必然性
由于探傷工件不可能緊貼在圖像增強(qiáng)器的輸入屏的表面上,從幾何投影原理可知,所得圖像必然是放大的,放大倍數(shù)M=L/L1=(L1+L2)/L1=1+(L2/L1)。
(2)圖像放大的必要性
由于實(shí)時(shí)成像法與膠片照相法的載體不同,為了提高圖像質(zhì)量,特別是為了提高圖像的清晰度,圖像有必要放大,這是因?yàn)椋?/div>
圖像實(shí)際不清晰度U與圖像綜合不清晰度U0有關(guān),圖像不清晰度受設(shè)備系統(tǒng)不清晰度(又稱設(shè)備固有不清晰度)Us和幾何不清晰度Ug以及移動(dòng)不清晰度Ur三大因素的綜合影響,但它們之間不是簡單的算術(shù)和的關(guān)系,根據(jù)英國標(biāo)準(zhǔn)介紹,圖像綜合不清晰度與三者之間是立方與立方和的關(guān)系,即:U03=Us3+Ug3+Ur3,當(dāng)采集靜止圖像時(shí),Ur=0,則U03=Us3+Ug3。設(shè)備系統(tǒng)不清晰度Us是設(shè)備本身固有的,可通過圖像測試卡在系統(tǒng)中直接測出。幾何不清晰度與成像時(shí)的幾何參數(shù)有關(guān),根據(jù)射線投影成像原理和圖2所示,實(shí)時(shí)成像中幾何不清晰度Ug與放大倍數(shù)M的關(guān)系是:Ug=(d•L2)/L1=d(M-1),d為X射線機(jī)的焦點(diǎn)尺寸,mm。若已知焦點(diǎn)尺寸d和放大倍數(shù)M,便可算出幾何不清晰度Ug,從而算出圖像綜合不清晰度U0。
圖像放大后,圖像中一些原來不易分辨的細(xì)小影像也被放大而變得容易分辨,有利于細(xì)小缺陷的識(shí)別,圖像不清晰的程度得到改善,圖像質(zhì)量得到明顯的提高。圖像不清晰度改善的程度可以用“圖像的綜合分辨率被放大了M倍或圖像的綜合不清晰度被縮小了M倍”來表述:U=U0/M。
然而,圖像放大也有一個(gè)適度問題,放大倍數(shù)過大,反而會(huì)降低靈敏度,這是因?yàn)殡S著放大倍數(shù)的增大,幾何不清晰度也隨之增大,會(huì)使影像的邊界變得模糊。另外,放大倍數(shù)過大也會(huì)使圖像實(shí)際檢測長度減小,也是不經(jīng)濟(jì)的,因此就有一個(gè)最佳放大倍數(shù)和最小缺陷檢出尺寸的問題。根據(jù)美國ASMEE1000-88標(biāo)準(zhǔn),圖像檢測的最佳放大倍數(shù)Mopt為:Mopt=1+(Us/d)3/2,圖像可檢測出的最小缺陷尺寸dmin為:dmin=Us/M2/3。
成像工藝之工藝試驗(yàn)與工藝評定
X射線數(shù)字成像在正式使用前應(yīng)進(jìn)行工藝試驗(yàn)和工藝評定,以確定工藝的有效性和穩(wěn)定性。由于X射線數(shù)字成像是一項(xiàng)新技術(shù),實(shí)時(shí)成像工藝與膠片照相工藝有許多不同,只有經(jīng)過多次的工藝試驗(yàn)才能尋找到較佳工藝參數(shù),尤其是對于初次接觸X射線實(shí)時(shí)成像方法的人員來說,多做工藝試驗(yàn)是十分必要的。通過工藝試驗(yàn),以確定各工藝因素之間的相互關(guān)系。這里講的工藝因素主要有:X射線機(jī)管電壓、管電流、成像距離(L1、L2)、放大倍數(shù)、散射線屏蔽、低能射線過濾等。由于需要試驗(yàn)的工藝因素較多,正交試驗(yàn)法是一種較有效的試驗(yàn)方法。工藝評定是X射線數(shù)字成像時(shí)投入使用之前的重要環(huán)節(jié),工藝評定是以圖像質(zhì)量指標(biāo)來評定工藝試驗(yàn)所確定的工藝參數(shù)的有效性。工藝評定應(yīng)有記錄和評定報(bào)告,以備查核。當(dāng)工藝條件改變之后,應(yīng)重新進(jìn)行工藝評定。
對比試驗(yàn)
工藝評定合格之后,要進(jìn)行X射線數(shù)字成像與膠片照相法的焊縫缺陷檢出能力的對比試驗(yàn)。對比試驗(yàn)的方法是制作一定數(shù)量并含有各種常見焊接缺陷的試件,用兩種方法各自對標(biāo)樣進(jìn)行探傷比較。對比試驗(yàn)的作用是培訓(xùn)操作人員和評定人員,圖像評定人員對照檢測圖像和照相底片,逐漸熟悉掌握圖像中焊縫缺陷的特征和評定方法,取得經(jīng)驗(yàn)后才能獨(dú)立地進(jìn)行圖像評定工作。
透照方式
X射線數(shù)字成像的透照方式與膠片照相方法基本相同,同樣有縱縫外透法、內(nèi)透法,環(huán)縫外透法、內(nèi)透法,雙壁單影法和雙壁雙影法。例如,透照筒體焊縫時(shí),可將圖像增強(qiáng)器(或X射線機(jī))固定在筒體外,X射線管頭(或圖像增強(qiáng)器)固定在懸臂上,筒體放在電動(dòng)小車上,懸臂伸進(jìn)筒體內(nèi),筒體隨小車按規(guī)定的等分轉(zhuǎn)動(dòng)或按等距離移動(dòng),即可對環(huán)縫或縱縫進(jìn)行連續(xù)檢測。雙壁透照時(shí),由于工件不可緊靠近圖像增強(qiáng)器,所以,以后側(cè)焊縫還是前側(cè)焊縫為檢測焊縫就顯得不那么重要,這一點(diǎn)是與膠片照相方法是不同的。
散射線的屏蔽
無用射線和散射線對圖像質(zhì)量有負(fù)影響作用,應(yīng)加于屏蔽。屏蔽的方法與膠片照相法基本相同。
圖像的觀察
為了適應(yīng)評定人員的評片習(xí)慣,圖像可以正像或負(fù)像方式顯示,兩種顯示方式是等效的,彩色顯示對于分析微小缺陷有明顯的分辨作用。