CR技術(shù)與膠片照相技術(shù)的特性對比試驗

王 軍，強天鵬，鄭 凱

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院，南京 210003）

計算機(jī)射線成像（Computed Radiography，簡稱CR）技術(shù)所使用的射線探測器是成像板（Image Plate，簡稱IP）。在目前所有的數(shù)字射線成像技術(shù)中，成像板的物理性能是最與膠片一致的。成像板的厚薄程度與膠片相當(dāng)，可彎曲，可分割成不同尺寸和形狀［1］。在CR技術(shù)使用過程中，其透照方式與膠片技術(shù)一樣，不需要更換或改造射線設(shè)備，不需要特殊工裝，因此可以在任何場所替代膠片的使用。

CR技術(shù)通過曝光、掃描、成像，最終獲得數(shù)字化圖像。雖然其在適應(yīng)性方面與膠片技術(shù)極為一致，但在成像機(jī)理、獲得圖像的途徑上有著本質(zhì)的區(qū)別。因此有必要對CR技術(shù)的特性進(jìn)行了解，并與膠片技術(shù)進(jìn)行對比，尤其是比較兩者的差異，以利于CR技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

1 成像質(zhì)量的影響因素

根據(jù)ASTM E2445《無損檢測 計算機(jī)射線照相系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性與鑒定方法》和ASTM E2446《無損檢測 計算機(jī)射線照相系統(tǒng)的分類》標(biāo)準(zhǔn)對于CR技術(shù)的描述，CR系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響因素包括IP系統(tǒng)空間分辨力、不清晰度、散射、對比度、信噪比以及軟件、掃描參數(shù)。另外，使用的Pb金屬屏的增感、過濾特性與膠片技術(shù)的差異等因素，對成像質(zhì)量也有著至關(guān)重要的影響。

2 特性差異比較試驗

以下針對Pb增感屏影響、空間分辨力、散射線影響等幾方面，討論CR技術(shù)與膠片技術(shù)的差異，并通過試驗比較兩者的不同之處。

2.1 Pb增感屏影響

通過試驗，可以了解Pb金屬屏在CR照相中的作用，同時通過與膠片技術(shù)中的增感作用相比較，了解CR照相是否與膠片射線照相一樣，兩者Pb屏作用是否相同。

2.1.1 試驗準(zhǔn)備

增感屏的增感性能可用增感系數(shù)Q表示，了解Pb屏在CR照相中的作用可通過測量增感系數(shù)來完成。其中增感系數(shù)是指成像板（膠片）一定、線質(zhì)一定、掃描參數(shù)（暗室處理）條件一定時，為得到同一灰度值（黑度）圖像（底片），不用增感屏的曝光量E0與使用增感屏?xí)r的曝光量E之間的比值，即Q＝E0／E［2］。

由于很難得到兩幅圖像的灰度值（即黑度）相同，同時試驗證明灰度值與曝光量成正比（圖1，忽略本底灰霧度），因此可用曝光量相同的情況下得到的使用增感屏?xí)r的灰度值與不用增感屏的灰度值之間的比值來計算增感系數(shù)［3］。

2.1.2 試驗過程

透照12mm厚開孔鉛板，得到的CR圖像見圖2，并使圖像中每個孔分別得到不同的曝光量。試驗步驟如下：

圖1 某特定管電壓下IP曝光量與灰度值對應(yīng)關(guān)系曲線

圖2 增感系數(shù)測試的CR圖像

（1）固定X射線機(jī)、透照布置、曝光量、掃描儀、掃描參數(shù)。分別不用增感屏、使用0.03mm增感屏、使用0.1mm增感屏對IP進(jìn)行曝光，在相同的曝光時間下比較分析灰階值和黑度的變化，計算增感系數(shù)，得出該射線能量下不同厚度增感屏有無增感作用。

（2）分別用120，220，320kV管電壓進(jìn)行曝光試驗。

（3）分別選用不同型號IP進(jìn)行曝光。

（4）讀出不同實驗條件下的CR圖像灰階值。

（5）記錄、比較試驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行匯總。

2.1.3 試驗結(jié)果

利用試驗所得數(shù)據(jù)，通過計算得到CR技術(shù)Pb金屬屏的增感系數(shù)。同時通過試驗得到Agfa D4、Agfa C7膠片在相同線質(zhì)、相同增感屏情況下的增感系數(shù)，結(jié)果見圖3。

圖3 不同IP和膠片的增感系數(shù)比較

2.1.4 結(jié)論分析

在射線照相中，與探測器直接接觸的Pb屏有以下兩個基本效應(yīng)：

（1）增感效應(yīng)：Pb增感屏受透射射線激發(fā)產(chǎn)生二次電子和二次射線，二次電子和二次射線能量很低，極易被探測器吸收，從而能增加對探測器的感光作用。

（2）吸收效應(yīng)：對波長較長的散射線有吸收作用，從而減少散射線引起的灰霧度，提高影像對比度。

電壓較低時，軟X射線成分較多，加Pb屏后，對波長較長的軟射線起吸收作用。因此射線能量較低時，Pb增感屏不起增感作用，只起濾波作用；電壓較高時，線質(zhì)變硬，Pb屏受透射射線激發(fā)產(chǎn)生二次電子和二次射線，有增感作用。但試驗證明，Pb屏對IP增感作用不大。

另外，感光材料顆粒度不同，則IP分辨力不同，而且不同廠家的IP可能存在配方不同的現(xiàn)象。因此即使在相同射線能量和Pb增感屏的情況下，不同IP的增感程度也不同，在實際使用時需通過試驗或曝光曲線的制作來確定曝光參數(shù)。

CR技術(shù)在使用Pb屏?xí)r，增感作用不明顯。最大的增感系數(shù)只有1.35，遠(yuǎn)低于膠片。電壓較低時（如120kV），增感屏沒有增感作用，過濾作用明顯，這時增感系數(shù)小于1。

2.2 空間分辨力

根據(jù)ASTM E2446標(biāo)準(zhǔn)，基本空間分辨力（Basic spatial resolution）是指CR系統(tǒng)有效像素尺寸，可使用雙絲像質(zhì)計（IQI）測得的不清晰度讀出值除以2得到。

比較空間分辨力指標(biāo)對于CR技術(shù)和膠片技術(shù)而言有很大差距。膠片技術(shù)中膠片銀鹽粒度很?。?.01mm以內(nèi)），分辨力很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人眼的觀察能力，對視覺效果不構(gòu)成影響，因此長期以來膠片檢測運用中未提出分辨力的問題。但對于CR技術(shù)，因其指標(biāo)明顯低于膠片技術(shù)，在運用中就顯得很重要。

試驗結(jié)果證明，HD－CR的系統(tǒng)分辨力可達(dá)雙絲透度計的13D（圖4），即分辨力可達(dá)50μm，這個數(shù)值已經(jīng)達(dá)到了人眼的識別極限。也就是說如果使用膠片技術(shù)，雖然膠片實際分辨力會更低，但極限識別數(shù)據(jù)也只能達(dá)到50μm，因此CR技術(shù)對于分辨力這一指標(biāo)是可以與膠片技術(shù)達(dá)到相同的實際效果的。目前國外技術(shù)機(jī)構(gòu)提供的有關(guān)CR分辨力的第三方試驗報告可達(dá)40μm，制造商提供的數(shù)據(jù)可達(dá)25μm，可以滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及實際使用要求［4］。

圖4 HD－IP成像板管電壓90kV時系統(tǒng)分辨力測試圖像

根據(jù)ISO 17636.2《焊接無損檢測 焊接接頭射線照相檢查 第二部分：采用數(shù)字探測器的X和γ射線照相技術(shù)》三個補償原則的規(guī)定，在運用數(shù)字檢測技術(shù)時，可以運用補償原則來彌補某一指標(biāo)的不足。其規(guī)定為：通過提高信噪比補償探測器清晰度的不足（如提高絲型像質(zhì)計的絲號或孔型像質(zhì)計的孔號值來彌補雙絲像質(zhì)計線對號）。根據(jù)補償原則，如果所用探測器系統(tǒng)和曝光條件無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的分辨力，則可通過提高信噪比來提高單絲可見度或階梯孔型透度計可見度作為補償超出的不清晰度值。例如對于指定探測器的設(shè)置沒有達(dá)到需要的D12和 W16（5mm壁厚、B級），則D11和W17可認(rèn)為相當(dāng)于D12和W16的檢測靈敏度［5］。

作為一個重要指標(biāo)，各種CR技術(shù)的分辨力遠(yuǎn)低于膠片技術(shù)，長期以來，分辨力已成為CR技術(shù)應(yīng)用的瓶頸。補償原則利用CR技術(shù)的優(yōu)勢（在一定范圍內(nèi)，CR技術(shù)靈敏度高于標(biāo)準(zhǔn)要求）來彌補了自身的劣勢，克服了這一主要技術(shù)障礙，使CR技術(shù)的工程應(yīng)用又向前跨進(jìn)了一大步。

2.3 散射線影響

根據(jù)資料和經(jīng)驗，CR系統(tǒng)對軟射線較膠片敏感，因此散射線對IP的影響是明顯的，可以通過試驗進(jìn)行驗證。

分別透照平板試塊和厚度相當(dāng)?shù)碾A梯試塊，通過對圖像的分析，比較散射線的影響。所用射線機(jī)型號為ISOVOLT Titan 320，IP類別為Duerr白色I(xiàn)P，掃描儀型號為 HD－CR 35NDT，掃描參數(shù)為50μm（Hv650Laser6rpm3000）。試驗結(jié)果見表1，CR圖像見圖5。由圖5（a）和（b）可見，階梯試塊邊緣明顯有被侵蝕現(xiàn)象，圖像質(zhì)量低于對平板的透照。平板能看到0.2mm透度計鋼絲（0.25mm鋼絲較清晰），前者0.25mm鋼絲不可見。對平板透照時曝光量明顯大于前者。這是因為對小工件或透照厚度差較大的工件透照時，有明顯的邊蝕散射作用。由于IP對軟射線較為敏感，因此，在邊蝕散射明顯的情況下，圖像灰度值變大，靈敏度降低。

表1 散射線影響試驗結(jié)果

圖5 CR圖像

3 結(jié)語

通過試驗和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究，CR技術(shù)和膠片技術(shù)存在一些特性差異，包括：

（1）在工業(yè)領(lǐng)域運用CR技術(shù)進(jìn)行照相時，Pb金屬屏的增感系數(shù)較低，甚至小于1，起不到增感作用。使用增感屏的主要作用是過濾散射線，提高檢測靈敏度。

（2）CR技術(shù)的分辨力已經(jīng)達(dá)到了人眼的識別極限，并且，應(yīng)用補償原則，允許CR技術(shù)比膠片技術(shù)有更大的不清晰度，不要求數(shù)字圖像的像素達(dá)到膠片顆粒度水平，這使目前的CR技術(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，也使整個投入和運行成本得到控制，對新技術(shù)的發(fā)展起著非常積極的推動作用。

（3）CR系統(tǒng)對散射線的敏感程度要超過膠片技術(shù)，因此，要得到較好的圖像質(zhì)量，在CR技術(shù)應(yīng)用過程中對散射線必須注意防護(hù)。

在將CR技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域過程中，既要認(rèn)可射線檢測的一般原理、公認(rèn)慣例，又要根據(jù)其特點，掌握其與傳統(tǒng)膠片技術(shù)的不同之處，并了解這些不同之處對應(yīng)用的影響。只有清楚地掌握了其普遍性和特殊性，才能更好地使該項新技術(shù)得到應(yīng)用，并為人們普遍接受。

［1］ 李博.CR技術(shù)的進(jìn)展和標(biāo)準(zhǔn)體系［R］.2009遠(yuǎn)東無損檢測新技術(shù)論壇，蘇州，2009.

［2］ 強天鵬.射線檢測［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

［3］ 王軍，強天鵬，黃慶華.鉛屏在計算機(jī)射線照相中的作用［C］.全國第九屆無損檢測學(xué)術(shù)年會，上海：2010.

［4］ 王軍，強天鵬，黃慶華.計算機(jī)射線照相技術(shù)的靈敏度研究［C］.2011遠(yuǎn)東無損檢測新技術(shù)論壇，杭州：2011.

［5］ 強天鵬，王軍，黃慶華.數(shù)字射線照相國際標(biāo)準(zhǔn)ISO17636－2介紹［R］.無損檢測人員資格復(fù)試考核技術(shù)講座，南昌：2012.