浅谈工业CT无损检测设备平板探测器

工业CT与DR成像系统主要由x射线源、平板探测器(Flat Panel Detector，FPD)、工控计算机等组成。x射线源发出x射线光子，穿透工件后被平板探测器接收并转换为电信号，再由A/D转换电路将其转换成数字化信息，将数字化信息传输到计算中去，经过相关的处理形成并显示数字图像。

在铸造件检测中，工业X射线探伤机无损检测是使用最久的无损检测手段，在工业生产的各个方面运用都非常广泛。射线胶片检测是吧射线胶片作为检测记录器进行记录，也是应用最早，当前使用范围最广泛的一种射线检测技术。然而胶片照相没法达到实时成像，并且胶片照相对胶片质量的要求较高，这也导致了其成本较大。并且胶片存储需要严格的温度、湿度控制，对环境要求很高，操作起来很不方便，不利于方便管理。最近几年来，计算机层析技术、CCD技术、线扫描成像技术、平板探测器技术发展速度较快。这些技术都具备实时成像、实时检测以及实时评估的优点，并且数字图像也能够在网络上被更多的人所看到及采用。射线数字成像技术首先应用到医学领域中，早先发展速度较慢，最近几年尤为迅速。在射线检测领域中，射线数字照相技术也逐步得到了应用，相关的研究也在不断增加，一些标准也在制定中。

工业CT与DR检测系统于近几年逐渐应用于工业检测中，随着技术的发展，探测器性能的不断优化，工业CT与DR成像系统的图片质量接近胶片成像，缺陷检出率比胶片成像系统高出很多。

工业CT与DR检测能够给工业检测评价以及疾病诊断提供可靠的依据和准确的信息。工业CT与DR检测技术研究中，怎样获得高质量、失真较低的图像一直是其重点和难点。现在DR检测技术还存在很多问题需要解决。比如空间分辨率较低、元相应没有实现一致等。进行DR检测时有下面几点关键技术:

(1)矫正平板检测器。平板检测器结构噪声会给图像质量造成很大影响，想要获得高信噪比的图像，必须首先要对探测器进行准确的校正。

(2)数字图像显示和处理技术。由于DR图像本身便是数字化的，能够通过相关数字图像处理技术来处理图像，对其进行复原或者增强。

从而不断提高DR图像的实际质量，提高其检测效率。这便要求处理图像时，设法去除噪声，尽最大可能得到不失真的原有图像的相关信息就变得尤为重要。

DR检测系统采用平板探测器作为图像采集设备，具有成像快速便捷，比传统胶片拥有更高的量子检测效率(DQE)等优点。平板探测器的数字成像动态范围宽，散射损耗低，图像采集快捷高速。

平板探测器根据能量转换可以分成直接或者间接转换两种方式。直接转换型的FPD使用的是光导体材料，在x射线曝光后转化为电信号，通过薄膜半导体阵列(Thin Film Transistoraray，TFT)存储，再经过A/D转换获得数字图像。间接性转换型FPD使用的是闪烁晶体。在x射线曝光后，能够将其转换成为可见光，然后用稿光电二极管阵列，将其转换为电信号并逐行取出转换为数字图像。

从平板探测器本身来看，其性能参数的评价主要从三个方面进行:空间分辨率(Spatial Resolution，SR)、量子检测效率(Detective QuantumEifciency，DQE)和调制传递函数(Modulation Trnasfer Funciton，MTF)。

(1)空间分辨率。图像可分辨最小物体直径是由空间分辨率决定的，期测量方法在高对比度特点以及噪声较低的情况下，通过较大电流以及较低电压来测量。

(2)奈奎斯特频率。奈奎斯特频率是通过像素尺寸来进行计算的，其又叫截止频率，代表的是像素点中心距离。

(3)调制传递函数。在射线进入平板时，其会和平板发生作用，并进行光电转换。在转换时，射线衰减相关信息会被调制到模拟电压上面，通过计算机读出形成图像灰度值。在这个过程中，通过MTF来进行对比度变化的表示。

MTF函数能够将成像系统的图像细节区分能力反应出来。MTF能够决定通过探测器进行物体探测时，对比度的损失，其和探测器物理结构构成有着直接关系，探测器不同其MTF也会存在很大不同。比如函数一帧空间频率分布在0和截止频率的图像，这个图像的MTF值在1到0之间变化。其中1表示的是在灰度范围中对比度的有效转换，0表示的则是这个对比度的转换截止，也就是这个细节无法在图像上看到。根据其定义，空间频率为0的成像系统，其MTF为1，若是MTF数值出现下降，那么则代表空间频率的增加，而像素尺寸又决定了极限空间频率。MTF能够将空间分辨率和对比度的关系反映出来。MTF数值越高，反映出的图像信息也会愈加真实。

DR平板探测器响应特性的研究具有以下意义:

(1)重视检测灵敏度的提高。通过数字图像处理技术能够处理DR图像中的模糊、噪声等一系列的问题，更加容易找到噪声中存在的缺陷信息，不断的提高其检测灵敏度。

(2)降低剂量、提高检测效率。若是能够在噪声和散射都较高的情况下，得到清晰的图像，那么能够降低拍色所需剂量，在工业中，剂量越低意味着安全性越高，并且也能够让DR射线技术最大检测厚度有一定增加。

通过实验，我们可以提取DR成像原始数据，测定灰度均值，获取试块不同厚度下的能量和强度响应曲线。

随着阶梯试块厚度的增大，强度响应和能量响应曲线的斜率逐渐减小，由此可以得出，DR系统中线衰减系数随着强度和能量的增大而减小。

在DR系统中中积分时间极短，胶片曝光曲线中曝光量的概念在DR中无实际意义。通过管电压代替曝光量，积分时间为200ms，透照不同管电流得到灰度值为2300的图像时，得到管电压与厚度的关系曲线，通过观察，管电压与厚度的关系图像非常直观，随着管电流的增大，管电压与厚度特性曲线的斜率相应减小。