1、系統(tǒng)分辨率
可以用多項技術性能指標來評價X射線實時成像系統(tǒng)的質量特性,例如系統(tǒng)分辨率、靈敏度、zui高承受電壓、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的連續(xù)工作時間、圖像的采集和圖像處理速度、檢測效率、圖像一次性檢測范圍(長度×寬度)、圖像的動態(tài)范圍、系統(tǒng)抗干擾性、系統(tǒng)的工作壽命、系統(tǒng)的價格性能比等多項指標,其中系統(tǒng)分辨率是重要的指標,系統(tǒng)中的每一個子系統(tǒng)發(fā)生變化,都會引起系統(tǒng)分辨率綜合性能的變化,所以,抓住了系統(tǒng)分辨率這個綜合指標,就等于抓住了X射線實時成像系統(tǒng)的關鍵。系統(tǒng)分辨率指標是X射線實時成像整個系統(tǒng)性能的綜合反映,系統(tǒng)分辨率越高,表示系統(tǒng)的技術性能越好。系統(tǒng)分辨率是系統(tǒng)設備客觀性能的反映,僅與系統(tǒng)的構成及其性能有關,與檢測工藝方法無關,所以,系統(tǒng)分辨率也稱為固有分辨率。隨著系統(tǒng)設備的老化,系統(tǒng)分辨率也會衰退,因此,對系統(tǒng)分辨率應定期進行測試。系統(tǒng)分辨率可以用分辨率測試卡直接在系統(tǒng)中測試出來。
2、實時成像系統(tǒng)分辨率的測試方法
將分辨率測試卡緊貼在X射線接收轉換裝置(例如圖像增強)器輸入屏表面中心區(qū)域,線對柵條與水平位置垂直(或平行),按如下工藝條件進行透照,并在顯示屏上成像:
(1)X射線管焦點至圖像增強器輸入屏表面的距離不小于700mm;
(2) 管電壓不大于40kv;
(3)管電流不大于2mA;
(4)圖像對比度適中。
在顯示屏上觀察測試卡的影像,觀察到柵條剛好分離的一組線對,則該組線對所對應的分辨率即為系統(tǒng)分辨率,系統(tǒng)分辨率的單位是"線對/毫米"(LP/mm)。系統(tǒng)分辨率也可以用系統(tǒng)清晰度(單位是mm)來表述,它們之間的換算關系是"互為倒數(shù)的二分之一"。
3、系統(tǒng)分辨率的作用
系統(tǒng)的設備配置確定之后,系統(tǒng)分辨率便是一個確定的參數(shù)。在實時成像檢測工藝中,通常是以系統(tǒng)分辨率作為已知參數(shù)來確定其他檢測參數(shù),例如 ,實時成像檢測的圖像通常是放大的圖像,確定圖像放大倍數(shù)就需用到系統(tǒng)分辨系(或系統(tǒng)不清晰度):
Mopt表示實時成像檢測工藝中的*放大倍數(shù),Ui為系統(tǒng)不清晰度,d為射線源的焦點尺寸,均為已知數(shù),代入公式即可算出Mopt ,令Mopt =M,這樣很快就可以確定檢測放大倍數(shù)M。
4、系統(tǒng)分辨率指標
根據(jù)X射線實時成像檢測系統(tǒng)不同的配置,X射線實時成像檢測系統(tǒng)可分為A、AB、B三個級別來管理,A級的系統(tǒng)分辨率指標可定為≥1.4LP/mm ,用于普通產品的X射線實時成像檢測,例如汽車鋁合金輪轂、煉鐵高爐爐襯耐火磚以及食品罐頭的檢驗;AB級的系統(tǒng)分辨率指標可定為≥2.0LP/mm,用于較重要和產品的檢測,例如鍋爐壓力容器壓力管道對接焊縫的檢測,汽車零部件、電子元器件的檢測 ;B級的系統(tǒng)分辨率≥3.0LP/mm,用于重要產品的檢測,例如核工業(yè)產品、航空航天器材的檢測。
5、圖像調制傳遞函數(shù)
從信息論的觀點來看,圖像的像素是檢測圖像的信息載體,像素可以具有不同的灰度級別,像素的多少以及灰度分布的組合構成檢測的信息,檢測圖像的質量(或信息)可以通過系統(tǒng)本身的傳遞特性反映出來。根據(jù)傅立葉級數(shù)和圖像信息理論,提出調制傳遞函數(shù)作為系統(tǒng)質量或圖像質量(信息)的評價依據(jù)。
1)調制度(MTF)
調制度原本是無線電學中的概念,引用到射線檢測中來它就是對比度。被檢測物體成像對比度的再現(xiàn)能力用調制度來表征,其定義是:圖像中zui大灰度與zui小灰度之差和zui大灰度與zui小灰度之和的比值,用MTF表示:
式中:
MTF --- 調制度(0≤MTF≤1)
I1 --- zui大灰度
I2 --- zui小灰度
調制度與分辨率的關系可以用調制傳遞函數(shù)MTF曲線表示:
圖1 調制傳遞函數(shù)MTF曲線
調制傳遞函數(shù)可用MTF曲線來表示,橫座標是分辨率,縱座標是對比度。分辨率越小,MTF越大;分辨率越大,MTF越小。當分辨率大到一定程度時,MTF趨近于零(表示圖像分辨率的線條間距小到幾乎分辨不清)。這種程度到達得越遲表示圖像分辨率越高。在X射線實時成像檢測中通常將灰度設定為8bit(28)即256級,試驗表明,正常人的眼睛能夠分辨的zui低調制度為5% ,通常以MTF為8%時對應的分辨率為圖像極限分辨率。
2)MTF函數(shù)的傳遞作用
調制傳遞函數(shù)的作用有三:其一,MTF曲線提供的信息是客觀的;其二,對比度和分辨率是能夠測量的;其三,MTF反映的信息是能夠傳遞的,即系統(tǒng)中各個階段的圖像質量有再現(xiàn)性,并且這種傳遞能夠用簡單摰訑方法來獲得。因此MTF函數(shù)是較客觀和全面評價圖像質量的一種方法。通常用MTF的函數(shù)來解釋系統(tǒng)的配置或圖像質量現(xiàn)象,用MTF函數(shù)為圖像處理提供理論基礎。
3)提高X射線實時成像系統(tǒng)分辨率的基本方法
為提高系統(tǒng)分辨率,系統(tǒng)設備的配置應盡可能選用高MTF的子系統(tǒng),且各子系統(tǒng)MTF應盡可能互相匹配,如果有一個子系統(tǒng)MTF較低,則會影響整個系統(tǒng)的分辨率(可謂是"木桶效應");盡可能減少子系統(tǒng)的數(shù)量,盡可能選用集成器件。
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