高动态范围X射线成像检测方法.pdf

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1、第34卷，第4期光谱学与光谱分析Vo1．34，No．4，ppl104—110820l4年4月SpectroscopyandSpectralAnalysisApril，2014高动态范围x射线成像检测方法刘宾，王黎明，苏新彦中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西太原030051摘要传统X射线数字成像方法通常固定x光机参数，但是受工件结构及材料衰减系数和光电器件物理动态范围的制约，当同一场景中透射x射线通量的最大值和最小值超出成像器件动态范围时，会出现通黾大的区域高于成像器件的电荷容纳能力而达到饱和状态，当通量低的区域产生的光电荷低于设备热噪卢水平

2、时，该区域信息将淹没在噪声中而无法正常成像。为有效解决传统x射线数字成像技术在获取宽动态范围透射X光通量内容时的局限性，提出一种管电压递变高动态成像方法。首先分析了光电探测器电荷容量对有效透照厚度范围的影响；结合标准样块试验及相关数据分析，得到任意厚度特定材质试块达到最佳灵敏度时对应的透照X光管电压范围的关系函数，在此基础l卜提出管电压递变控制策略和有效子图提取方法。最终对O～20ITlrn厚度范围丁件进行管电压递变高动态成像，结果表明：管电压递变高动态成像能够有效地实现透照厚度差异大的工件的高动态范围成像，最终融合结果能够保留较宽范围厚度的细节

3、信息。关键词X射线；衰减系数；通量；管电压；高动态范围中图分类号：0657．3文献标识码：ADOI：10．3964／j．issn．1000—0593(2014)04—1104—05法，区别于数字x射线检测的传统应用，在检测过程中依次引言增加X光机管电压，从而获取一组x射线图像序列，序列巾任意一幅子图中包含一定透照厚度范围内的有效信息，通过数字x射线成像技术是一种工件内部结构状态、密度及对子图中有效信息提取和融合，最终获得具有完整信息的高分布的常规无损检测方法。当x光穿过待检测工件时，由于动态范围X射线图像。工件材料及结构对x光子的衰减作用，出射x

4、光强度分布将携带T件的内部结构及材料信息。工件对x光的衰减规律1X射线有效检测厚度的分析符合比尔衰减定律，表明材料成分和射线穿过的有效长度决定了出射X光强度。传统的x射线检测方法在透射过程中X射线在穿透物体过程中会与物质发生相作用，L大J吸保持同定的X光机参数，对于结构、材料复杂的1二件，透照收和散射使其强度减弱，强度衰减程度取决于物质的衰减系方ru】的有效透照厚度差异非常大，而固定的X光机参数会导数和射线在物质中的穿越厚度。单能假设条件下，若x光机致有效透照厚度较小区域的出射光强度远远高于有效透照厚出射光强度为．，o，忽略空气中的损耗，透过物体

5、后由于物质度较大的区域，受光电成像器件对光电子的存贮能力和动态衰减系数和穿越厚度的差异造成透射X光强度出现最大-，w范围的限制，得到的数字X射线图像中会出现局部区域过度和最小值‘，．．，则有曝光，而另外的局部区域无信息。目前，人们通常采用厚度、-，H—J0eHH(1)密度补偿套，准直局部透照，大存贮容量、高动态范围的光J【_一J0elqdl(2)电成像器件来解决透射光强度差异较大的问题l1]，但上述透射X光强度的最大与最小值问的比值为方法存在增加透射剂量、缺乏图像的完整可视效果、增加设JH／Jl_一e‘HHldl(3)备成本等问题。其中w，bed

6、n和d。．分别为透射x光强度取最大和最小值为此，本作提出一种高动态范围x射线成像检测方时对应的物质的衰减系数和穿越厚度，nd

7、高等学校优秀创新团队支持计划资助作者简介：刘宾，1979年生，中北大学电子测试技术国家重点实验讲师e-mail：liubinnuc@126．COrrl1106光谱学与光谱分析第34卷和ui+)必须保证对应厚度区域D～D⋯均能够达到最佳透3管电压调整方法照灵敏度。假设试件厚度变化范围为cIm～D⋯，将D⋯～Dn分为n个具有微差厚度的区间，可以得到区间内的厚度由x射线透照检测原理可知，增加X光机管电压，出射n—n差异为△D：—，调整的取值可以有效控制区间x射线对工件的有效透照厚度增加，但是散射也随之加剧，，￡影响图像的透照灵敏度。针对有效透照厚度变化

8、较大工件，内的厚度差值，当”取值较大情况下，可以认为单个区间内要想通过递变电压的方法得到高动态、高灵敏度的X射线图厚度均匀。当试件厚度的