X射线平板探测器数字成像及其图像校准

　　射线检测是常规无损检测的重要方法之一,广泛应用于航空、航天、核电、国防以及其它工业部门,在工业生产和国民经济中发挥了重要作用[1].目前,在生产实际中,射线检测普遍使用胶片照相法.X射线胶片照相的成像质量较高,能正确提供被测试件缺陷真实情况的可靠信息,但是,它具有操作过程复杂、运行成本高、结果不易保存且查询携带不便以及评片人员眼睛易受强光损伤等缺点.

　　为了解决上述问题,20世纪90年代末出现了X射线数字照相(Digital Radiography, DR)检测技术.X射线数字照相系统中使用了平板探测(flat panel detector),其像元尺寸可小于0.1mm,因而其成像质量及分辨率几乎可与胶片照相媲美,同时还克服了胶片照相中表现出来的缺点,也为图像的计算机处理提供了方便[2].因此,基于平板探测器的X射线数字成像系统在无损检测和评价(NDT/NDE)、集装箱扫描、电路板检查以及医疗应用等方面具有广阔的应用前景[3].

　　1　平板探测器的组成及工作原理

　　X射线平板探测器由射线接收器、命令处理器和电源组成.射线接收器中包含有闪烁晶体屏(Gd2O2S或CsI)、大面积非晶硅传感器阵列以及读出电路等,其结构示意图如图1所示.其中,闪烁晶体屏用来将X射线光子转换成可见光,与其紧贴的大规模集成非晶硅传感器阵列将屏上的可见光转换成电子,然后由读出电路将其数字化,传送到计算机中形成可显示的数字图像.命令处理器是接收器和用户系统之间的接口.由该种平板探测器组成的X射线数字成像系统结构如图2所示.

　　2　平板探测器图像校准的必要性

　　尽管平板探测器具备前述一些优良特性,但是,X射线源的不同、接收器内电子线路的不一致性及其正常变化,都会引起平板探测器上不同像元在同样X射线剂量辐射的情况下具有不同的输出信号.导致这一现象产生的原因可以归纳为以下几个方面.

　　2.1　随机噪声(random noise)

　　探测器中,从射线到可见光的转换以及后续的光电转换和模数转换等都伴有随机噪声.另外,由于探测器的像元数据是逐行读出的,对指定行的采样瞬间也不可避免地要受到相邻行的影响.

　　2.2　偏置误差(offset)

　　在没有X射线照射的情况下,由于光电二极管(photodiode)和薄膜晶体管(Thin-Film-Transistor,TFT)的漏电流以及数据采集电路中电荷放大器零点漂移的影响,探测器各像元仍有一定的输出值,这就是偏置误差.偏置误差是一种系统误差,在实际工作中,它叠加在实际射线响应输出之上,而且各像元的偏置误差各不相同.通常情况下,可以认为每个像元的偏置误差是固定不变的,因此能够将其消除.