空間解析度 數字射線照相的關鍵引數

2021-05-22 00:21:33 字數 1984 閱讀 1154

概念:空間解析度是指影象中可辨認的臨界物體空間幾何長度的最小極限,即對細微結構的解析度。

以下:強天鵬撰

模擬影象是指由連續訊號構成的影象,射線照相得到的底片影象就是模擬影象;而數字影象是指由大量的點(畫素)構成,可用二進位制數字描述的影象。數字影象早已進入我們的生活:數位相機已把膠卷相機逼入絕境;數碼電視也已開始與模擬電視分庭抗禮;在醫院裡,cr、dr和 ct裝置用得越來越多,已逐步取得人體透視和拍片——這些技術得到的都是數字影象。但在工業上的應用,即工業 cr、工業 dr的應用則相對遲緩,目前仍然是膠片照相佔據絕對優勢。究其原因,主要是解析度問題:工業應用數字影象比醫用的數字影象的解析度要求要高得多,人體檢查一般要求的解析度水平是厘公尺級或公釐級,而承壓裝置焊縫檢測的解析度水平要求達到 0.1公釐級,甚至更小。

解析度是描述數字影象質量的重要引數。解析度包括空間解析度和灰度解析度兩項指標。數字影象的空間解析度取決於畫素尺寸的大小。畫素(pixel)是構成數字影象的基本單元。如果把數字影象放大許多倍,會發現這些連續影象其實是由小點組成。把一幅影象按行與列分割成 m×n個網格,就可用乙個 m×n的矩陣來表達該影象。每一格即為乙個畫素, m與 n數值越大,畫素量就越大,單個畫素的尺寸就越小,影象就越細膩,空間解析度就越高。灰度解析度取決於灰度的模數轉換位數。每個畫素的亮度稱為灰度(對彩色影象則是顏色),可用乙個有限長度的二進位制數值表示。位數越長,灰度級別就越多,層次就越豐富(或顏色就越逼真),灰度解析度就越高。如果是8位模/數轉換,則灰度可分為 28=256個級別;如果是 16位模/數轉換,則灰度可分為 216=65536個級別。

提高數字影象的灰度解析度相對比較容易,只要增加模/數轉換位數就行,而提高數字影象的空間解析度則困難的多。

應用於工業射線檢測

的數字技術有:

1、底片數位化掃瞄技術;

2、影象增強器實時成像技術;

3、計算機 x射線

照相技術(cr);

4、線陣列掃瞄成像技術(lda);

5、非晶矽和非晶硒數字平板成像技術;

6、cmos數字平板成像技術;

以上六種技術的空間解析度各不相同,比較其解析度高低大致如下:圖象增強器的空間解析度約為 100-300微公尺,二極體陣列(lda)的空間解析度約為 100¬200微公尺,非晶矽/硒接收板的空間解析度約為 80-150微公尺,cmos探測器的空間解析度約為 50-150微公尺,底片掃瞄約為 50-100微公尺,cr技術的空間解析度約為 25-100微公尺,而膠片照相的解析度大致相當於 10-50微公尺。把各種檢測技術解析度從高到低排列:解析度最高——膠片照相 → cr →底片掃瞄 → cmos

→非晶硒 →非晶矽→ lda →圖象增強器 ccd實時成像——解析度最低。即:到目前為止,數字影象的解析度仍比不過膠片照相。

數字電子元器件的成本和製造難度制約了解析度的進一步提高,無論是數字平板(cmos、非晶矽/硒),還是二極體陣列,要想把畫素元做的更小非常困難。曾經和開發二極體線陣列檢測系統的兩個博士討論用於壓力容器檢測的線陣列裝置,我建議把畫素尺寸由 0.2mm減小到 0.1mm,這樣至少可以滿足厚焊縫射線照相的要求。但博士們一起搖頭,說那樣做成本將大大增加,以致不可行。也聽美國一家公司說過,數字平板的成品率很低,因此**很貴。想造出比目前解析度水平更高的平板,至少近幾年希望不大。

近年來解析度提高較快的技術是 cr:2023年時最好的 cr是 100微公尺,大約每 2-3年,解析度就提高一倍。2023年為完成乙個航天專案做試驗,我們使用了據稱是目前世界上最好的cr系統

,果然是效果不凡——其解析度達到25微公尺,射線透照的數字影象可以清晰地顯示 0.05mm(50微公尺)的鋼絲和 0.1mm的孔。這樣的解析度用於鍋爐壓力容器焊縫照相已經足夠,靈敏度和小缺陷檢出率都可以保證。深入研究該 cr系統

的成像原理,發現其設計十分巧妙,提高解析度並不完全依賴數字像元的尺寸,該系統的解析度還有可能做得更高。

曾經有人這樣說過:dr出現後,cr就變成淘汰技術。我認為這樣說是錯誤的。cr有其獨特的優越性,更何況 dr的解析度難以提高,而 cr的解析度已能滿足工業檢測的要求。倒是有可能今後幾年中,鍋爐壓力容器焊縫射線照相的數字技術應用出現 cr技術一花獨放的局面。(2008-12-24)

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