高精度X射线数字成像检测中图像快速采集方法

　　X射线数字成像检测是现代无损检测的重要手段和射线检测的发展方向。高精度成像检测的方法是把射线透过工件的强度分布转换成可见的微光图像,通过科学级电荷耦合器件(CCD)相机慢扫描获取图像信息,并转换为数字信号,由计算机处理后得出被检物体内部状况。这种技术也称为X射线内视技术。为了在微光下得到高质量的图像,降低噪声,提高空间分辨率,在高精度检测中,采用高性能大面阵制冷CCD进行光电转换并把数据采集到计算机当中处理。CCD读出和数据的采集速度,直接影响系统的检测速度,在计算机层析成像(CT)检测时,尤为重要。本文研究高分辨率X射线成像检测系统中图像数据的低噪声快速采集方法。系统采用俄罗斯SILAR公司生产的ISD017AP型大面阵CCD作像感器,每幅图像共有1 094×1 160 =1 269 040个像元(其中1 040×1 160个有效像元),经12位A/D转换后,约15.3Mb数据。

　　1　CCD信号读出、A/D转换、数据传输并行工作方法

　　一个CCD像元的信号采集到计算机,包括CCD信号读出与调理、A/D转换、数据传到30m外控制室的计算机内存。如果每个像元分三步顺序进行,将大面阵CCD的一幅图像采集到计算机当中,则需要很长时间。在此设计了三者并行工作(即流水线工作)的方法,如图1·1所示,其工作时序如图1·2。在计算机数据选通信号(STB)的控制下,由时序产生电路产生所需的控制信号,在t1时刻产生CCD读出驱动信号(PH),在t2时刻输出本次信号,t3时刻对本次输出信号采样,在t4时刻保持,等待下一次STB信号到来进行A/D转换,在读出本次信号的同时,在A/D起动和数据传输控制信号(CON)的作用下,起动A/D转换器转换上个像元输出保持后的信号,等转换结束后,自动锁存到锁存器中,等待下一次STB信号到来后读入计算机,同时在本次CON的作用下,把上上次像元的信号经A/D转换后锁存到寄存器的值,经电平转换为RS422标准后读入几十米外的计算机内存中。也就是说,第N+2个脉冲到来后t″1时刻送给计算机的值,是第N个脉冲作用下CCD的输出信号(在t4时刻保持后的信号),经过第N+1个脉冲t′1时刻起动A/D转换器转换后保存在锁存器中的值。因为CCD器件的输出寄存器是1 094位,而实际有效像元为中间的1 040位,前后27位数据是无效数,这样就不会产生错误,即只要把采集到的第29~1 069位数据看成是有效位第1~1 040位即可。

　　2　CCD信号A/D转换和数据锁存

　　根据检测的要求,选用AD7892AN-3的并行输出方式进行模数转换。AD7892AN-3是美国AD公司生产的内含采样保持器,可串行输出也可并行输出的12位快速模数转换器(ADC)器件。并行工作方式的时序如图2.1所示。当输入模拟信号到来时,需要tACQ=200ns的采样时间来采集模拟信号然后保持此值,当CON信号到来后,在其上升沿开始转换,转换时间为tCONV=1.47μs,转换结束后产生结束标志脉冲(EOC),同时开始下次采样。并且只要选通信号(CS)、读信号(RD)有效,就可在DB0-DB11输出(t1可以等于零)。数据采集电路如图2.2。转换完就输出,并且在EOC的作用下把数据锁存到V2、V3中。