现有的工业射线照相成像技术
在工业射线照相技术中,制作射线照片的常用程序是在待检测物体一侧放置穿透性(电离)辐射源(X 射线或伽马射线),而在另一侧放置辐射探测器(胶片),如图 1-1 所示。 必须选择适当的辐射能级,以便有足够的辐射穿过物体并到达探测器。
探测器通常是一张相片胶片,放在正面非常薄的胶片袋或暗盒中,X 射线能够轻松穿透。 胶片显影需要使用化学品,这也是该过程被称为经典或“湿式”冲洗的原因。
如今,各种不需要化学品来生成图像的辐射敏感胶片和探测器(即“干式”冲洗)得到了越来越多的应用。 此类技术使用计算机工具,因此被称为数字或计算机辅助射线照相 (CR) 或直接数字射线照相 (DR)。
一项问世数十年的 DR 相关技术借助(曾经是无计算机时代)放射探测器与显示屏(可视显示器:VDU)的接合直接进行成像。 这实际上就是早期的 DR。随着计算机技术的逐渐应用,此类透射传输扫描技术(即透视检测)及其图像存储和图像增强也在持续改进。 如今,计算机辅助的传统透视检测与纯粹的计算机辅助 DR 之间没有明显的不同。 在某种程度上,DR 最终将取代传统的透视检测。
总而言之,穿透组件的辐射强度的图像可以记录于:
传统的 X 射线胶片,采用化学法、“湿式”法或以下之一的“干式”法进行显影:
- 带有记忆磷光粉的胶片和数字射线照相工作站,称为计算机辅助射线照相,即 CR。
- 用于直接射线照相的平板探测器和计算机工作站,称为 DR。
- 磷光或荧光屏(或类似的辐射敏感介质)和闭路电视 (CCTV) 摄像机,用于传统透视检测,即直接射线照相的早期版本
- 通过如线性阵列中的晶体、光电二极管或半导体等辐射探测器在一系列测量中对移动物体建立图像。 这种方法适用于机场行李检测系统。
辐射源的实际尺寸应很小(直径数毫米),当 X 射线从辐射源直线穿过试样到达胶片时,就会形成试样和不连续部分的清晰“图像”。 这种几何图成像成与可见光光源的阴影图像相同。 同样地,图像的锐度取决于辐射源的直径及其与成像表面之间的距离。
通常将密封暗盒(塑料或纸质)中的“经典”胶片紧随样品之后放置,接着开启 X 射线并持续适当的时间(曝光时间),然后将胶片拿走并进行照片冲洗,即显影、定影、冲洗并干燥。 直接射线照相 (DR) 通过计算机化显影站直接形成相干成像。 这两种方法都会产生阴像。 在材料较少(吸收较少)的区域会有更多的 X 射线传输至胶片或探测器,从而导致密度增加。 尽管成像的方式不同,但可采用完全相同的方法判读图像。 因此,DR 技术很容易被接受。
可在胶片观察屏上查看经过光化学处理(湿式)的“经典”胶片。 物体的缺陷或不规则处会导致胶片密度(亮度或透明度)的变化。 胶片在曝光过程中受到辐射较多的部分(例如空腔下的区域)颜色较深,即胶片密度较高。 数字射线照相产生的黑白图像色调相同,但需要在计算机屏幕 (VDU) 上进行查看和判读。
可通过以下三个因素评估胶片上图像的质量:
- 对比度
- 锐度
- 颗粒度
假设某试样的表面在加工中产生了一些不同深度的凹坑。 凹坑图像与射线照片上背景密度之间的密度差即图像对比度。 要使凹坑清晰可见,需要达到特定的最低图像对比度。
对比度增加时:
a. 凹坑的图像更加清晰
b. 较浅凹坑的图像也会逐渐清晰
假设凹坑有尖锐的加工边缘,凹坑的图像仍可能是清晰或模糊的,而这就涉及到第二个因素:图像模糊,即图像不清晰度。
在图像检测的极限情况下,可以看到对比度和不清晰度是相互关联的,而可检测性取决于这两个因素。
由于照相胶片上的图像是由银粒组成的,因此它的颗粒外观取决于这些银粒的大小和分布。 这种颗粒状的图像外观被称为胶片颗粒感,也会掩盖图像中的细节。
同样地,在所有其他成像系统重,这三个因素都是基本参数。 在电子成像过程中(例如数字射线照相或带有闭路电视和屏幕的扫描系统),对比度、锐度和噪点是衡量图像质量的标准;像素大小和噪点相当于颗粒度(像素大小)的(电子)等效值。
对比度、锐度和颗粒度或噪点这三个因素是决定射线照相图像质量的基本参数。 制作令人满意的射线照片的大部分技术都与这三个因素有关,且它们会影响样品缺陷的可检测性。
射线照相在图像中展现细节的能力被称为“射线照相灵敏度”。 如果射线照相图像能显示非常细微的缺陷,就代表其具有高(好)灵敏度。 通常该灵敏度通过人工“缺陷”(例如导线或钻孔)来衡量。