X实时成像清晰度与分辨率.doc

X射线实时成像检测系统的清晰度与分辨率 X射线实时成像作为一种新无损检测技术，同传统照相法相比，X射线实时成像的检测原理变化很大。传统照相法是将穿过工件的X射线在胶片上感光，根据胶片的灰白程度判定零件内部质量，得到的图像是静态的不可调的；而X射线实时成像系统是将穿过零件的X射线图像增强器、摄像系统以及计算机转换成一幅数字图像，这种图像是动态可调的，电压、电流、焦点等参数实时可调，同时计算机可对动态图像进行积分降噪，对比度与清晰度增强等处理，以得到最佳的静态图像。为从理论上加深对X射线实时成像问题的认识，现就检测图像清晰度和分辨率进行探讨。 1 图像清晰度的重要性 X射线实时成像检测技术的图像质量特性常用灵敏度、清晰度和灰度来描述。 灵敏度是对细小缺陷检测能力的表征，射线胶片照相检测通常以参比样灵敏度作为底片质量的主要特性。胶片曝光实质是一定能量的光量子在一定曝光时间内的连续积累（积分过程），底片黑度可通过调节曝光量和显影技术得到控制；由于胶片乳剂颗粒（相对于荧屏检测图像中的像素而言）非常细微，对射线照相灵敏度的改善通常具有先天性的有利条件，通过控制射线源尺寸和透照距离，能够获得较高清晰度的底片。在射线实时成像检测中，图像质量除控制参比样品灵敏度以处，还要着重控制清晰度，这是因为图像的载体——显示器荧屏的像素（相对于胶片的乳剂颗粒而言）较大，这种后天不足对图像清晰度有较大的影响，因此对图像清晰度的控制显得尤为重要。检测实践证明，图像参比样品灵敏度能较好地反映分散型圆形缺陷的检测灵敏度，但对线性缺陷的检测反应不太灵敏，因为线性缺陷在很大程度上取决于图像的清晰度，也取决于图像分辨率。 在射线实时成像检测技术中，对比灵敏度和分辨率是荧屏图像质量的两大要素。图像对比灵敏度的控制方法与射线胶片照相相比，要细致深入得多，因此，在实时成像检测技术中，对图像清晰度及分辨率问题应予更多的关注。 图像灰度主要取决于图像采集的微分过程，可以通过控制射线能量、计算机图像采集技术以及图像处理技术获得较理想的图像灰度。在X射线实时成像中，通常将图像的黑白范围设定为8bit（28）即256级灰度，通过计算机程序可测出图像中任意部位的灰度。 2 图像的质量特性——清晰度与分辨率 2.1 图像清晰度 在X射线检测中（包括胶片照相和实时成像）常以图像不清晰度来评价清晰度指标，单位是毫米，图像不清晰度的值越小，表示图像越清晰。 不清晰度是指一条明锐的棱边在成像后变得模糊并扩展成一区域的宽度。不清晰度直接影响图像质量，不清晰度过大，得到的图像模糊不清，操作人员无法读取缺陷。以Ug 为焦点引起的几何不清晰度，L1表示焦点到工件的距离，L2表示工件到图像增强器的距离，则放大倍数M为：M=（L1+L2）/L1，则Ug=（M-1）d，设图像增强器的不清晰度为Ui，图像传输到计算机后的总不清晰度U为 U=（U+U）1/3 ，为得到图像效果，降低总不清晰度，放大倍数不宜过大，焦点尺寸越小越好。 2.2 图像分辨率 图像分辨率是量的概念。能鉴别和区分微小缺陷能力的量度，它 定量地表示为分辨两个细节特征的最小间隔。图像分辨率在数值上等于不清晰度的倒数，它主要与以下几个因素有关。 （1） 所选用的图像增强器和摄像系统。 （2） 对比度，当对比度＜40时，细节缺陷就不可识别，所以探伤时应保证对比度＞40。 2.3 图像清晰度与分辨率 就描述图像质量特性而言，图像清晰度与图像分辨率是同一问题的两种表述GB/T19000-2000《质量管理体系——基础和术语》中关于质量的定义是“一组固有特性满足要求的程度。”该标准对特性的要求的解释是，特性可以是固有的或赋予的，同时特性可以是定性的或定量的；要求可以是明示的或隐含的。从质量定义可以看出，图像清晰度与图像分辨率是表达图像质量的两个特性，反映的是同样的要求（图像细节的清晰程度），两者具有互换性，这样就为实时成像的工艺计算和质量指标定量考核提供了方便。需要指出的是，图像清晰度与图像分辨率在表现的内涵上还是有所不同的，图像清晰度着重表现观察者在视觉上对图像清晰与模糊的主观感受，可以感受到图像表现的层次；图像分辨率则着重表现图像细节分分辨能力的客观描述，体现不出层次的分辨能力；但并不影响两者的互换性。 3 分辨率计量单位的表达方式 分辨率是一个使用较广泛的通用术语。在不同的情况下有不同的计量单位表达方式，常用的表达方式有点状和线状两种。 3.1 分辨率的点状表达方式 在视频技术中，分辨率是指显示器屏幕上可以容纳的像素个数，计量单位是像素。像素是显示图像中的最小单元，屏幕上显示的像素个数越多，表示分辨率越高，图像越清晰。例如X射线数字成像系统中成像面板，其有效检测面积为30cm×40cm，像素陈列为2232×3200。点阵尺寸为127μm。 3.2