X射线实时成像检测图像最佳放大倍数和最小检出缺陷1 .pdfVIP

摘要：根据射线检测的基本理论，推导出X射线实时成像检测图像的最佳放大倍数和最小检出缺陷

公式，对实时成像检测工艺具有指导作用。

关键词：实时成像；检测；最佳放大倍数；最小检出缺陷

引言

X射线实时成像检测技术作为一种新的无损检测技术，现已进入实际应用领域。为进一步探讨X

射线实时成像理论，本文仅对检测图像的最佳放大倍数和可检出最小缺陷问题作些分析。

1.图像放大的必然性和必要性

1.1图像放大的必然性

在射线胶片照相探伤工艺中，胶片是紧贴探伤工件背面的，所拍摄底片影像的大小与工件检测部

位的大小几乎是一致的；然而在X射线实时成像检测中，图像增强器（或成像板）是金属壳体器具，

其输入屏不可能象胶片那样紧贴在被检测工件的表面上，工件只能置于X射线源（焦点）至图像增强

器（或成像板）之间的某一位置。根据几何投影的原理，成像平面上得到的测检图像必然是放大的，

放大的程度取决于X射线源（焦点）至检测工件表面的距离和检测工件表面至成像平面的距离。

当X射线源焦点尺寸很小时，根据相似三角形定理，图像放大倍数M为：

式中：M图像放大倍数

L1X射线源至检测工件表面的距离

L2检测工件表面至成像平面的距离

1.2图像放大的必要性

在X射线胶片照相探伤工艺中，胶片曝光实质是一定的光量能量子在较长曝光时间内连续积累的

过程，底片黑度可以通过调节曝光量和显影技术得到控制。由于胶片乳剂颗粒（相对于显示器中的像

素而言）非常细微，它对射线照相底片质量的改善具有先天性的有利条件，通过控制射线源尺寸和透

照距离，能够获得较高质量的底片。在X射线实时成像检测中，由于图像的截体显示器的像素较大

（相对于胶片的乳剂颗粒而言），因而图像的质量受到较大的影响。采取图像放大技术，可以弥补成

像器件光电转换屏的荧光物颗粒度较大和显示器像素较大的先天不足，有利于提高X射线实时成像的

图像质量。图像放大后，检测工件的影像得到放大，工件中细小缺陷的影像也随之放大，因而变得容

易识别；同时，由于图像放大，图像分辨率得到提高，图像不清晰度随之下降，有利于图像质量的改

善，其改善的效果可由下式表达：

式中：U0图像放大后的不清晰度

U图像的总不清晰度

2图像不清晰度问题

根据射线检测的经典理论，图像的总不清晰度（U）受固有不清晰度（Ui）和几何不清晰度（Ug）

以及移动不清晰度的综合影响，当采取静止成像时，移动不清晰度可不予考虑。总的不清晰度（U）

与固有不清晰度（Ui）和几何不清晰度（Ug）之间的关系不是简单的算术相加关系，其关系可用下

式来表达：

式中：Ui系统固有不清晰度

Ug图像几何不清晰度

系统固有不清晰度（Ui）由X射线实时成像检测系统（设备）所决定，主要受成像器件转换屏材

料的颗粒度和显示器像素大小的影响。当X射线实时成像系统（设备）的配置确定之后，系统的固有

不清晰度就随之确定。系统固有不清晰度的量值可以用图像分辨率测试卡直接测试出来，因此在检测

工艺计算时，将系统固有不清晰度作为已知条件。

几何不清晰度（Ug）由成像的几何条件决定。由于焦点并非是真正的“点”，而是具有一定尺寸

的平面，根据几何投影的原理，X射线在检测工件的边缘会产生半影，半影的宽度Ug即为几何不

清晰度。

式中：dX射线源焦点尺寸

通常认为几何不清晰度是不可靠的，它会使图像的边界影像变得模糊，因此，在实时成像工艺中，

应尽量减小几何不清晰度图像放大对图像质量的影响是有利有弊。由公式（1）可知，随着图像放大

倍数的增大，图像不清晰度减小，有利于图像质量的提高，如图3曲线1所示；但是，根据公式（4），

随着图像放大倍数的增大，图像的几何不清晰度也随之增大，不利于图像质量的改善，如图3曲线2

所示，两条曲线的交汇点对应的Mopt则表示成像工艺中所追求的最佳放大倍数。

3最佳放大倍数

由公式（2）和公式（3）得到：

上式为复合函数，令μ=，d为常数，对M求Ug的偏导数：

令，即解方程，得到

求f（M）的二阶导数，得到f″（M0）＞0，根据极值判定准则，则函数f（M）有最小值；f

（M）函数有最小值

令Mopt=M，则得到

Mopt表示实时成像检测工艺中的最佳放