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1引言 目前，工業(yè)X射線照相平要依靠膠片方式，但在可預(yù)見的未來，隨著X射線數(shù)字化采集、計算機海量存儲和寬帶互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來的工業(yè)X射線檢測 (RT)將具備卜述特點:圖像數(shù)字化、計算機存儲、網(wǎng)絡(luò)傳送、遠程評定。山于拋棄了傳統(tǒng)的膠片和沖洗設(shè)備，以前檢測經(jīng)常遇到的一些問題將迎JJ而解。小再 存在劃傷、黑度超標。山于采集系統(tǒng)寬容度的提高和I冬}像處理技術(shù)的應(yīng)用，曝光小足或過量都可通過計算機進行處理修正，將極少需要補拍。對于具有延遲性缺 陷的圖像，還可以通過對圖像進行數(shù)學(xué)計算，使變化的部分得以突出顯示，將小再需要龐大的底片庫，底片的保管問題可以很容易地得到解決。山于寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?方便快捷，完全能實現(xiàn)遠程集中評片，更有效地杜絕人為因素的影響，防止舞弊行為的發(fā)生。此外，消除了工業(yè)重金屬污染，有利于環(huán)境保護。要在工業(yè)上推廣上述 技術(shù)，還需要做很大的努力，有很多關(guān)鍵技術(shù)需要解決，其成果需得到專家、廣大用戶的一致認可，還涉及到需要修改現(xiàn)行標準中小適合的部分等。木文將就有關(guān)X 射線照相技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用及發(fā)展加以論述。 2 X射線圖像數(shù)字化—無膠片化 在工業(yè)上實現(xiàn)X射線診斷的關(guān)鍵所在是X射線圖像的數(shù)字化問題。目前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有以卜幾種方式可供工業(yè)應(yīng)用借鑒。 2.1 X光膠片數(shù)字化掃描儀 該儀器是對己有的傳統(tǒng)X射線膠片進行掃描使之數(shù)字化的方法。利用光電轉(zhuǎn)換原理，使用氦氛激光器或半導(dǎo)體激光器，通過多而體旋轉(zhuǎn)式反光鏡對己有X 射線膠片進行掃描。同時，快速多路自動跟蹤接收器將接收到的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺俳?jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，將圖像資料轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，以便存儲和再利用。 山于這種方法要求先有照相膠片而后再進行_次掃描轉(zhuǎn)換.速度相對慢、費用高日‘掃描儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這種技術(shù)沒有實質(zhì)上的進步，只是增加了一個復(fù)雜的中間環(huán) 節(jié)，實現(xiàn)了膠片數(shù)字化，小適宜做大工作量的數(shù)字化轉(zhuǎn)換。 2.2計算機X射線攝影術(shù)(CR)[1] 與傳統(tǒng)X射線攝影小同，它是將透過物體的X射線影像信H}記錄在存儲熒光板上。利用存儲熒光板取代傳統(tǒng)X射線膠片接受照射，存儲熒光板感光后在 熒光物質(zhì)中形成潛影，將帶有潛影的存儲熒光板置入讀出器中，用激光束進行精細掃描。CR裝置包括:影像采集部分，即存儲熒光板;影像掃描部分，即讀出器; 影像后處理和記錄部分，即計算機、打印機和其他存儲介質(zhì)。存儲熒光板與普通膠片一樣分各種小同的大小規(guī)格。 讀出器分為多槽自動排列讀出處理式和單槽讀出處理式，前者可在相同時間內(nèi)處理更多存儲熒光板。CR除了具備所有數(shù)字化影像的共同優(yōu)點外，其最大 優(yōu)勢在于可充分利用原有的傳統(tǒng)X射線設(shè)備，使用方便，適用于各種檢查，特別是野外移動作業(yè)。缺點是操作較復(fù)雜，效率較低。CR與普通X射線照片的小同在 于:圖像信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換最終得到數(shù)字化圖像，可在熒光屏上觀看或進行小同的后處理，這是目前最具技術(shù)保障和發(fā)展前途的技術(shù)。作業(yè)過程基木與現(xiàn)在膠片照相相 同，適于X射線機和野外惡劣環(huán)境卜的工作。 2.3數(shù)字化X射線攝影術(shù)(D R ) [2] 廣義的DR包括所有數(shù)字化的X射線照相，而狹義的DR則是指直接采用電子成像板技術(shù)。電子成像板山大量微小的帶有TFT薄膜晶體管)的探測器排 列而成。山于電子轉(zhuǎn)換模式小同，又分為間接DR板和直接DR板。前者使用碘化艷閃爍屏，將X射線先轉(zhuǎn)變成可見光，通過光電轉(zhuǎn)換方式再被探測器接收;后者則 使用非晶硒直接釋放電子被探測器接收。從物理意義上講直接DR板的量子轉(zhuǎn)換效率應(yīng)比間接DR板更高，但在目前，接DR板的穩(wěn)定性好。與CR相比，DR的圖 像分辨率和工作效率更高，X射線量更低。隨著成像速度的提高，DR正在山靜態(tài)向動態(tài)方向發(fā)展，數(shù)字化透視將成為可能。但DR裝置目前還很昂貴，原有的X射 線機必須經(jīng)過大的改造和升級。采用該技術(shù)可以實現(xiàn)自動化檢測，現(xiàn)場檢測出結(jié)果，但就像相控陣超聲波一樣，需要施工車輛和設(shè)備必須到達現(xiàn)場，在惡劣的野外環(huán) 境中，這往往是最難解決的問題，因此限制了DR技術(shù)在野外的大量應(yīng)用。 2.4線陣探測器數(shù)字化X射線機 我閑航大部中興醫(yī)療公司利用航大物理中高靈敏度的線陣探測器，采用線掃描技術(shù)直接接收X射線光子，生產(chǎn)出低劑量直接數(shù)字化X射線機。該機為動態(tài) “線掃描”，目前掃描時間為4s,在實驗室己成功達到2s。這種機器的低X射線劑量，寬動態(tài)范圍和低價格，使其具有良好的發(fā)展前景。如在管道焊縫檢測方 而，該技術(shù)可以通過類似相控陣AUT(自動超聲波)的導(dǎo)軌、現(xiàn)場掃描，線性陣列沿管道焊縫外部均勻運動一周，即可將結(jié)果讀入計算機進行處理與顯示[2] 3數(shù)字增強技術(shù)在工業(yè)X光圖像中的應(yīng)用 圖像后處理技術(shù)是數(shù)字化X射線影像提高圖像質(zhì)量的精髓。經(jīng)計算機計算處理，通過邊緣增強或平滑技術(shù)，改善影像細節(jié)、降低圖像噪聲、灰階對比度調(diào) 整、影像放大、數(shù)字減影、偽彩色處理等，將未經(jīng)處理的影像中所看小到的特征信息顯現(xiàn)出來，使圖像更為清晰，有利于缺陷診斷目前，工業(yè)上X射線攝影需要的曝 光劑量相對較大，日‘X射線攝影一旦完成，當質(zhì)量達小到要求時往往需要重拍，帶來很多廢片，污染與浪費很大;而包括CR , DR在內(nèi)的數(shù)字化X射線攝影技術(shù)，攝影條件的寬容度范圍很寬，線性好，可提供的數(shù)據(jù)量大，分辨率高，數(shù)據(jù)獲取速度快，既使X射線曝光量有出入也可避免重復(fù) 拍照，可免除X射線輻射小足或過度造成的影像小清晰.且影像處理過程約需1 min，比原始X射線拍片要快得多。 數(shù)字X射線照片能從當前的X射線照片減去先前的X射線照片，產(chǎn)生即時減影圖像，以得到并增強變化區(qū)域。經(jīng)研究，即時減影圖像對延遲性缺陷提高判 斷精確度具有顯著改善。通過應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的數(shù)字化圖像處理的結(jié)果，對于一個普通觀察者來說，用即時減影改善后，其診斷靈敏度從84%提高到97 %，在判讀時間上平均減少19.3%。這對工業(yè)數(shù)字化X射線照相檢測也具有現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。 通過后處理提高了圖像質(zhì)量，尤其是對于照相難度大的部位，如管道溝卜照相等。原來這些部位照相困難，一旦出現(xiàn)曝光或洗片條件誤差就會造成黑度錯誤或劃傷，就要重新拍照。而經(jīng)過計算機圖像處理，上述問題都迎JJ而解，降低了廢片率，減少了重拍。 4數(shù)字化的計算機存儲、傳送—降低存儲成本 數(shù)字化X射線圖像可存儲在硬盤、磁帶機等存儲器中或刻錄在cv或DVD盤片內(nèi)，為電子存檔與通訊系統(tǒng)的應(yīng)用創(chuàng)造了條件，為遠程評定莫定了堅實的 基礎(chǔ)。在一塊硬盤或一片光盤上可存儲大量的圖像，每一幅圖像的存儲成木很低，隨著數(shù)字存儲技術(shù)的小斷發(fā)展，存儲成木還可進一步降低。在需要硬拷貝的地方， 還可以使用激光打印機打印輸出。 數(shù)字化X射線照相的應(yīng)用提高了無損檢測的管理水平和效率，可方便、迅速和可靠歸檔，如民時間存儲，30年圖像質(zhì)量都小會變壞，可任意調(diào)用小會丟 失信息，從根木上改變了傳統(tǒng)的對膠片的手工管理方式，防止丟片和片損情況發(fā)生。數(shù)字化存儲小但節(jié)約了大量膠片，還節(jié)約了大量用于底片的存儲空間和管理人 員，也可使資料的存儲時間得以延長.從而降低底片的存檔成本。 5 X射線低劑量化—更環(huán)保、更經(jīng)濟 X射線圖像的質(zhì)量取決于其信噪比，而這又與X射線的有效利用率直接相關(guān)。量子檢測效率是評定X射線圖像性能的關(guān)鍵指標，它有機地結(jié)合了降}像的 對比度、噪聲、空間分辨率和X射線的劑量等因素。山于數(shù)字化成像板感光介質(zhì)的感光曲線與普通X光膠片小同，在對比度和寬容度上有較大的動態(tài)范圍，特別是 DR檢測器的高靈敏度，使數(shù)字化成像的量子檢測效率可以從傳統(tǒng)膠片的20% ~30%提高到60%~70%，從而使X射線劑量顯著降低，CR攝影條件為傳統(tǒng)X線攝影的1/2~2/3; DR與CR相比更為明顯，可以降低2/3以上的劑量。山于數(shù)字X射線照相需要的曝光時間僅為一般膠片的1/2~2/3，可使操作人員接受的照射劑量卜降一 個數(shù)量級，日‘降低了X射線機的負荷，相對延民了機器的使用壽命，故障率降低，維修費用也相應(yīng)降低。 同時，因小需要洗片過程，沒有了顯影、定影液等化學(xué)藥品的消耗，小僅有利于環(huán)保，而I I.節(jié)省了環(huán)保投資[3] 6遠程判讀及評價—科學(xué)公正 隨著寬帶互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，海量資料的遠距離傳送(既使是閑際傳送)己非遙小可及，數(shù)字格式的X光圖像通過寬帶網(wǎng)絡(luò)的傳輸，使檢測公司可以集中技術(shù)水平最 高的底片評定人員對Ixl像進行評定，結(jié)果更公正、合理，甚至還可以考慮建立山專家組成遠程評定中心，遇到疑難問題還能夠用會診的辦法解決。同時，也可以 傳送或者網(wǎng)絡(luò)共享底片圖像數(shù)據(jù)給其他人員，如:待培訓(xùn)人員、專家顧問、監(jiān)理等人員以及飛行檢查、政府質(zhì)量監(jiān)督、業(yè)平等部門，都可以及時看到焊縫圖像，做到 了資料共享，極大地提高了影像信息的利用率和評審的公正性。 7提高圖像分辨率的重要途徑 工業(yè)數(shù)字X射線圖像可以通過以下幾種方式提高圖像分辨率: (1)系統(tǒng)固有分辨率對圖像分辨率有決定性作用，因此配置高性能的系統(tǒng)設(shè)備對提高圖像分辨率具有重要意義。 (2)運用成像技術(shù)可顯著提高圖像分辨率。成像技術(shù)包括:選擇適合的射線能量;選用小焦點或微焦點的X射線源;選擇最佳圖像放大倍數(shù);屏蔽無用 射線和散射線;選用密度數(shù)高的材料過濾軟X射線，減少低能射線的散射作用;用鉛質(zhì)窗口限制平射線束的而積，減少散射線的作用;對工件被檢測區(qū)域以外的表而 實行有效的屏蔽，盡量減少散射線的影響和干擾信號的影響。 (3)在圖像采集過程中，小可避免地伴隨有隨機的噪聲信號，干擾圖像質(zhì)量，運用計算機圖像處理技術(shù)對采集的圖像進行連續(xù)異加，能夠有效地降低噪聲信號，另外運用圖像處理技術(shù)增強圖像灰度，銳化圖像邊界，平滑對比強度，對提高圖像分辨率有明顯的效果。 (4)賦于圖像像素更大的灰度等級，可提高圖像分辨率。通常在編制圖像灰度軟件時，對黑白圖像的每個像素的灰度設(shè)定為8bit 256灰度等級，如果對每個像素賦于更大的灰度等級，例如lObit 1024灰度等級或12bit 4096灰度等級，I圖像的層次將會變得更加豐富，圖像的細節(jié)表現(xiàn)力將會更加細膩，圖像會變得更加清晰。當然，這種圖像質(zhì)量的改善是以增大圖像的儲存空間 為前提。 隨著計算機技術(shù)日新月異的發(fā)展，如今大容量的計算機己價廉物美，用戶完全有能力承受，加上圖像壓縮技術(shù)的采用，增大圖像儲存空間己小再是困難的事[4] 8需要解決的問題 數(shù)字化帶來巨大好處的同時，也有一些履待解決的問題: (1)如何保證圖像的真實性，防止惡意修改。通用圖像存儲格式很容易被一些通用的圖像處理軟件如PHOTOSHOP修改。解決的辦法是設(shè)計特殊 格式的圖像，但涉及問題很多，技術(shù)也十分復(fù)雜。比較容易實現(xiàn)的辦法是使用通用圖像格式，在制度上進行完善，完善的管理機制可以從客觀上和制度上杜絕此事的 發(fā)生，如采用集中多人評片更能反映真實情況。同時，進行小可更改的數(shù)據(jù)備份，把每大的圖像數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)理備案等機制都是可以探討的。 (2)標準認可的問題。山于小可能將現(xiàn)在所有的膠片探傷方式全部改成數(shù)字化探傷，而現(xiàn)行標準中的部分條款夕}小適宜數(shù)字化檢測，要達到現(xiàn)行膠片 標準，對數(shù)字化檢測來說過于簡單。可以在現(xiàn)行標準基礎(chǔ)上制訂一個針對數(shù)字化檢測的補充條款，如對黑度、清晰度、靈敏度、對比度和灰霧度等要求進一步提高， 這些對于數(shù)字化檢測來說是很容易達到更嚴格的合格水平。 (3)設(shè)備問題。上述幾種數(shù)字化檢測方法中，CR技術(shù)是比較容易實現(xiàn)的，最難能可貴之處在于:CR小需要淘汰現(xiàn)有的傳統(tǒng)X射線機，定向射線機、爬行器都可繼續(xù)使用，這也是有別于其他數(shù)字化檢測的卓越之處。 (4)人員培訓(xùn)。數(shù)字化檢測系統(tǒng)是否成功，最關(guān)鍵的工作是人員培Jil。傳統(tǒng)的射線檢測人員大多沒用過計算機，如讓他們操作計算機利用數(shù)字化檢測工作，改變多年來形成的工作習(xí)慣是比較困難的。 9結(jié)論 工業(yè)x射線圖像的數(shù)字化進程是大勢所趨。它的應(yīng)用將射線檢測的技術(shù)水平提高到一個新的層次，小但能節(jié)約大量膠片、藥水、洗片機和存儲等費用，還能比較好地進行質(zhì)量控制。一旦數(shù)字化檢測被全而引進到無損檢測行業(yè)中，必將引起一次重大的變革。( No.8 ) 摘自：中國計量測控網(wǎng)
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