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工业X射线照相技术的应用

1引言

目前,工业X射线照相平要依靠胶片方式,但在可预见的未来,随着X射线数字化采集、计算机海量存储和宽带互联网的发展,未来的工业X射线检测 (RT)将具备卜述特点:图像数字化、计算机存储、网络传送、远程评定。山于抛弃了传统的胶片和冲洗设备,以前检测经常遇到的一些问题将迎JJ而解。小再 存在划伤、黑度超标。山于采集系统宽容度的提高和I冬}像处理技术的应用,曝光小足或过量都可通过计算机进行处理修正,将极少需要补拍。对于具有延迟性缺 陷的图像,还可以通过对图像进行数学计算,使变化的部分得以突出显示,将小再需要庞大的底片库,底片的保管问题可以很容易地得到解决。山于宽带网络传输的 方便快捷,完全能实现远程集中评片,更有效地杜绝人为因素的影响,防止舞弊行为的发生。此外,消除了工业重金属污染,有利于环境保护。要在工业上推广上述 技术,还需要做很大的努力,有很多关键技术需要解决,其成果需得到专家、广大用户的一致认可,还涉及到需要修改现行标准中小适合的部分等。木文将就有关X 射线照相技术在工业上的应用及发展加以论述。

2 X射线图像数字化—无胶片化

在工业上实现X射线诊断的关键所在是X射线图像的数字化问题。目前医学领域有以卜几种方式可供工业应用借鉴。

2.1 X光胶片数字化扫描仪

该仪器是对己有的传统X射线胶片进行扫描使之数字化的方法。利用光电转换原理,使用氦氛激光器或半导体激光器,通过多而体旋转式反光镜对己有X 射线胶片进行扫描。同时,快速多路自动跟踪接收器将接收到的光信号转变为电信号,再经过模/数转换器转换,将图像资料转变成数字信号,以便存储和再利用。 山于这种方法要求先有照相胶片而后再进行_次扫描转换.速度相对慢、费用高日‘扫描仪结构复杂,这种技术没有实质上的进步,只是增加了一个复杂的中间环 节,实现了胶片数字化,小适宜做大工作量的数字化转换。

2.2计算机X射线摄影术(CR)[1]

与传统X射线摄影小同,它是将透过物体的X射线影像信H}记录在存储荧光板上。利用存储荧光板取代传统X射线胶片接受照射,存储荧光板感光后在 荧光物质中形成潜影,将带有潜影的存储荧光板置入读出器中,用激光束进行精细扫描。CR装置包括:影像采集部分,即存储荧光板;影像扫描部分,即读出器; 影像后处理和记录部分,即计算机、打印机和其他存储介质。存储荧光板与普通胶片一样分各种小同的大小规格。

读出器分为多槽自动排列读出处理式和单槽读出处理式,前者可在相同时间内处理更多存储荧光板。CR除了具备所有数字化影像的共同优点外,其最大 优势在于可充分利用原有的传统X射线设备,使用方便,适用于各种检查,特别是野外移动作业。缺点是操作较复杂,效率较低。CR与普通X射线照片的小同在 于:图像信号经光电转换最终得到数字化图像,可在荧光屏上观看或进行小同的后处理,这是目前最具技术保障和发展前途的技术。作业过程基木与现在胶片照相相 同,适于X射线机和野外恶劣环境卜的工作。

2.3数字化X射线摄影术(D R ) [2]

广义的DR包括所有数字化的X射线照相,而狭义的DR则是指直接采用电子成像板技术。电子成像板山大量微小的带有TFT薄膜晶体管)的探测器排 列而成。山于电子转换模式小同,又分为间接DR板和直接DR板。前者使用碘化艳闪烁屏,将X射线先转变成可见光,通过光电转换方式再被探测器接收;后者则 使用非晶硒直接释放电子被探测器接收。从物理意义上讲直接DR板的量子转换效率应比间接DR板更高,但在目前,接DR板的稳定性好。与CR相比,DR的图 像分辨率和工作效率更高,X射线量更低。随着成像速度的提高,DR正在山静态向动态方向发展,数字化透视将成为可能。但DR装置目前还很昂贵,原有的X射 线机必须经过大的改造和升级。采用该技术可以实现自动化检测,现场检测出结果,但就像相控阵超声波一样,需要施工车辆和设备必须到达现场,在恶劣的野外环 境中,这往往是最难解决的问题,因此限制了DR技术在野外的大量应用。

2.4线阵探测器数字化X射线机

我闲航大部中兴医疗公司利用航大物理中高灵敏度的线阵探测器,采用线扫描技术直接接收X射线光子,生产出低剂量直接数字化X射线机。该机为动态 “线扫描”,目前扫描时间为4s,在实验室己成功达到2s。这种机器的低X射线剂量,宽动态范围和低价格,使其具有良好的发展前景。如在管道焊缝检测方 而,该技术可以通过类似相控阵AUT(自动超声波)的导轨、现场扫描,线性阵列沿管道焊缝外部均匀运动一周,即可将结果读入计算机进行处理与显示[2]

3数字增强技术在工业X光图像中的应用

图像后处理技术是数字化X射线影像提高图像质量的精髓。经计算机计算处理,通过边缘增强或平滑技术,改善影像细节、降低图像噪声、灰阶对比度调 整、影像放大、数字减影、伪彩色处理等,将未经处理的影像中所看小到的特征信息显现出来,使图像更为清晰,有利于缺陷诊断目前,工业上X射线摄影需要的曝 光剂量相对较大,日‘X射线摄影一旦完成,当质量达小到要求时往往需要重拍,带来很多废片,污染与浪费很大;而包括CR , DR在内的数字化X射线摄影技术,摄影条件的宽容度范围很宽,线性好,可提供的数据量大,分辨率高,数据获取速度快,既使X射线曝光量有出入也可避免重复 拍照,可免除X射线辐射小足或过度造成的影像小清晰.且影像处理过程约需1 min,比原始X射线拍片要快得多。

数字X射线照片能从当前的X射线照片减去先前的X射线照片,产生即时减影图像,以得到并增强变化区域。经研究,即时减影图像对延迟性缺陷提高判 断精确度具有显著改善。通过应用于医学领域的数字化图像处理的结果,对于一个普通观察者来说,用即时减影改善后,其诊断灵敏度从84%提高到97 %,在判读时间上平均减少19.3%。这对工业数字化X射线照相检测也具有现实的指导意义。

通过后处理提高了图像质量,尤其是对于照相难度大的部位,如管道沟卜照相等。原来这些部位照相困难,一旦出现曝光或洗片条件误差就会造成黑度错误或划伤,就要重新拍照。而经过计算机图像处理,上述问题都迎JJ而解,降低了废片率,减少了重拍。

4数字化的计算机存储、传送—降低存储成本

数字化X射线图像可存储在硬盘、磁带机等存储器中或刻录在cv或DVD盘片内,为电子存档与通讯系统的应用创造了条件,为远程评定莫定了坚实的 基础。在一块硬盘或一片光盘上可存储大量的图像,每一幅图像的存储成木很低,随着数字存储技术的小断发展,存储成木还可进一步降低。在需要硬拷贝的地方, 还可以使用激光打印机打印输出。

数字化X射线照相的应用提高了无损检测的管理水平和效率,可方便、迅速和可靠归档,如民时间存储,30年图像质量都小会变坏,可任意调用小会丢 失信息,从根木上改变了传统的对胶片的手工管理方式,防止丢片和片损情况发生。数字化存储小但节约了大量胶片,还节约了大量用于底片的存储空间和管理人 员,也可使资料的存储时间得以延长.从而降低底片的存档成本。

5 X射线低剂量化—更环保、更经济

X射线图像的质量取决于其信噪比,而这又与X射线的有效利用率直接相关。量子检测效率是评定X射线图像性能的关键指标,它有机地结合了降}像的 对比度、噪声、空间分辨率和X射线的剂量等因素。山于数字化成像板感光介质的感光曲线与普通X光胶片小同,在对比度和宽容度上有较大的动态范围,特别是 DR检测器的高灵敏度,使数字化成像的量子检测效率可以从传统胶片的20% ~30%提高到60%~70%,从而使X射线剂量显著降低,CR摄影条件为传统X线摄影的1/2~2/3; DR与CR相比更为明显,可以降低2/3以上的剂量。山于数字X射线照相需要的曝光时间仅为一般胶片的1/2~2/3,可使操作人员接受的照射剂量卜降一 个数量级,日‘降低了X射线机的负荷,相对延民了机器的使用寿命,故障率降低,维修费用也相应降低。

同时,因小需要洗片过程,没有了显影、定影液等化学药品的消耗,小仅有利于环保,而I I.节省了环保投资[3]

6远程判读及评价—科学公正

随着宽带互联网的快速发展,海量资料的远距离传送(既使是闲际传送)己非遥小可及,数字格式的X光图像通过宽带网络的传输,使检测公司可以集中技术水平最 高的底片评定人员对Ixl像进行评定,结果更公正、合理,甚至还可以考虑建立山专家组成远程评定中心,遇到疑难问题还能够用会诊的办法解决。同时,也可以 传送或者网络共享底片图像数据给其他人员,如:待培训人员、专家顾问、监理等人员以及飞行检查、政府质量监督、业平等部门,都可以及时看到焊缝图像,做到 了资料共享,极大地提高了影像信息的利用率和评审的公正性。

7提高图像分辨率的重要途径

工业数字X射线图像可以通过以下几种方式提高图像分辨率:

(1)系统固有分辨率对图像分辨率有决定性作用,因此配置高性能的系统设备对提高图像分辨率具有重要意义。

(2)运用成像技术可显著提高图像分辨率。成像技术包括:选择适合的射线能量;选用小焦点或微焦点的X射线源;选择最佳图像放大倍数;屏蔽无用 射线和散射线;选用密度数高的材料过滤软X射线,减少低能射线的散射作用;用铅质窗口限制平射线束的而积,减少散射线的作用;对工件被检测区域以外的表而 实行有效的屏蔽,尽量减少散射线的影响和干扰信号的影响。

(3)在图像采集过程中,小可避免地伴随有随机的噪声信号,干扰图像质量,运用计算机图像处理技术对采集的图像进行连续异加,能够有效地降低噪声信号,另外运用图像处理技术增强图像灰度,锐化图像边界,平滑对比强度,对提高图像分辨率有明显的效果。

(4)赋于图像像素更大的灰度等级,可提高图像分辨率。通常在编制图像灰度软件时,对黑白图像的每个像素的灰度设定为8bit 256灰度等级,如果对每个像素赋于更大的灰度等级,例如lObit 1024灰度等级或12bit 4096灰度等级,I图像的层次将会变得更加丰富,图像的细节表现力将会更加细腻,图像会变得更加清晰。当然,这种图像质量的改善是以增大图像的储存空间 为前提。

随着计算机技术日新月异的发展,如今大容量的计算机己价廉物美,用户完全有能力承受,加上图像压缩技术的采用,增大图像储存空间己小再是困难的事[4]

8需要解决的问题

数字化带来巨大好处的同时,也有一些履待解决的问题:

(1)如何保证图像的真实性,防止恶意修改。通用图像存储格式很容易被一些通用的图像处理软件如PHOTOSHOP修改。解决的办法是设计特殊 格式的图像,但涉及问题很多,技术也十分复杂。比较容易实现的办法是使用通用图像格式,在制度上进行完善,完善的管理机制可以从客观上和制度上杜绝此事的 发生,如采用集中多人评片更能反映真实情况。同时,进行小可更改的数据备份,把每大的图像数据传送给监理备案等机制都是可以探讨的。

(2)标准认可的问题。山于小可能将现在所有的胶片探伤方式全部改成数字化探伤,而现行标准中的部分条款夕}小适宜数字化检测,要达到现行胶片 标准,对数字化检测来说过于简单。可以在现行标准基础上制订一个针对数字化检测的补充条款,如对黑度、清晰度、灵敏度、对比度和灰雾度等要求进一步提高, 这些对于数字化检测来说是很容易达到更严格的合格水平。

(3)设备问题。上述几种数字化检测方法中,CR技术是比较容易实现的,最难能可贵之处在于:CR小需要淘汰现有的传统X射线机,定向射线机、爬行器都可继续使用,这也是有别于其他数字化检测的卓越之处。

(4)人员培训。数字化检测系统是否成功,最关键的工作是人员培Jil。传统的射线检测人员大多没用过计算机,如让他们操作计算机利用数字化检测工作,改变多年来形成的工作习惯是比较困难的。

9结论

工业x射线图像的数字化进程是大势所趋。它的应用将射线检测的技术水平提高到一个新的层次,小但能节约大量胶片、药水、洗片机和存储等费用,还能比较好地进行质量控制。一旦数字化检测被全而引进到无损检测行业中,必将引起一次重大的变革。( No.8 )

摘自:中国计量测控网


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