圖像增強器式線陣列X射線在線檢測實時成像系統

圖像增強器式線陣列X射線在線檢測實時成像系統

    針對現有線陣列x射線數字成像技術的設計原理和存在的不足,利用圖像增強器和圖像傳感器的最新技術成果,研制成功新型線掃描成像系統。該系統在檢測速度為6 m/min的條件下,最高分辨率可達10.0 lp/mm, iqi靈敏度1.25~1.60%,圖像質量滿足jb/t 4730—2005標準ab級要求。系統可廣泛應用于鍋爐壓力容器和壓力管道焊縫及鑄造零件的內部缺陷檢測。
1成像器件對探測器性能的影響
    現有的線陣列x射線探測器都是由熒光閃爍材料、線性圖像傳感器、信號調理和圖像采集電路以及圖像處理軟件四大部分構成,各部分的特性對探測器的總體性能都有非常大的影響[1]。
1.1熒光閃爍材料
    有數十種熒光閃爍材料可用于線陣列x射線探測器,常用的有碘化銫、鎢酸鎘和硫氧化釓等。不同材料的光譜特性和發光亮度各不相同。由于閃爍體材料的發光亮度較低,需要加大圖像傳感器的像素尺寸和采用較大的系統增益來提高靈敏度,前者會降低系統分辨率,后者使得圖像信噪比降低。
1.2圖像傳感器
圖像傳感器的長度決定了線陣列x射線探測器的成像區域大小。受集成電路晶片尺寸的限制,制造長達數百毫米的探測器需要使用多段圖像傳感器進行拼接。由于每段的性能不同,所以需用軟件來校正。目前主要采用線性cmos和光電二極管圖像傳感器,圖像傳感器的行掃描頻率決定了探測器的檢測速度,閃爍體材料的發光特性和圖像傳感器的光譜特性要相對應。
1.3電子電路
    包括圖像傳感器輸出信號調理電路和模數轉換電路。其中a/d轉換器的位數(bit)對探測器的動態范圍有較大影響,由于受熒光材料的放光特性和圖像傳感器的動態范圍限制,太高的位數并不會增加探測器的總體動態范圍。
1.4圖像采集與處理軟件
    按照設置的采樣參數和行頻,從探測器獲取圖像數據。其中,數據校正是一個最核心的功能,它可以消除射線場、閃爍體材料、圖像傳感器和電子電路各部分的不均勻性差異。
從現有的線陣列x射線探測器制造原理可以發現:由于圖像傳感器直接接收的是閃爍體材料發出的低亮度熒光,需要采用較大的像素尺寸來提高感光的靈敏性,使得系統分辨率降低;當像素尺寸較小時,則需要較長時間的曝光,從而使得檢測速度變慢。也就是說,系統分辨率與檢測速度之間形成了一對矛盾,因而極大地限制了線陣列x射線探測器的應用范圍。
2圖像增強器采用的新技術
    圖像增強器是在熒光板成像基礎上發展起來的一種將x射線轉換為高亮度可見光的裝置。由于熒光板在射線照射后發出的熒光強度低,所以利用光電增強的方法可在輸出屏上得到明亮的可見光圖像。早期的圖像增強器分辨率較低、對比度不高、信噪比低且使用壽命較短。當前圖像增強器在輸入窗、輸出窗的熒光材料和結構等方面作了較大改進,正向高性能方向發展[2]。
2.1采用超細針狀結構碘化銫熒光屏的輸入窗
    輸入熒光屏一般采用碘化銫晶體,早期的碘化銫晶體密度疏松、組織不規則,晶體密度低,大多數x射線直接穿過而不能被晶體吸收產生光電效應,使得熒光屏吸收系數降低。分辨率最高只能達到4~5 lp/mm,且圖像噪聲大。近年來,高密度、超細針狀結構的碘化銫晶體的應用大幅度提升了圖像增強器的分辨率和信噪比,圖1即為這種晶體的顯微結構,針狀體的直徑約為2μm。