工业X射线透视成像中的散射及其校正

　　在工业无损检测中射线散射是降低成像质量的重要因素之一,射线散射的结果降低了透视图像的对比度,使图像细节变得模糊不清[1],这对小缺陷的检测是非常不利的。因此,消除射线散射对提高透视图像的质量具有十分重要的意义。在消除医学射线照相的射线散射上,人们通常采用滤线栅对散射进行屏蔽。在工业射线照相中,还没有令人满意的消除散射的措施。对线扫描探测器可以用准直抑制散射,对面成像探测器使用准直则会减小成像面积。因此,通过研究散射模型,确定透视图像的散射退化函数,从而利用图像恢复理论消除散射是一条有效的途径。文献[2,3]将散射的线扩展函数(LSF)表示为指数型,文献[4]曾用蒙特卡罗法归纳出散射服从高斯函数。对射线散射的校正,在医学影像领域开展过较多的工作[5,6],但在工业透视检测上研究较少。

　　本文用实验的方法研究了X射线散射对无损检测成像质量的影响,通过实验修正了以往人们常用的散射模型,并利用该模型对X射线散射进行了校正,实例证明了效果较好。

　　1　X射线散射及其规律

　　1.1　X射线散射对透视成像的影响

　　根据散射形成的原理,在成像系统中设置准直2003年2月收稿,2004年1月定稿。器可以有效地消除散射的影响。一般采用后准直或前后同时准直可获得较好的效果,准直的长宽比应大于8∶1.为研究准直的作用,对钢质分辨率板作了实验。分辨率板置于10mm厚均匀钢板上,钢板至转换屏的距离105mm,前准直比30∶1,后准直比18∶1,射线源管电压280kV,科学级CCD相机在准直条件下曝光时间50s, CsI(Tl)晶体成像屏,非准直条件下曝光时间20s,分辨率板的空间分辨率分别为1·0,1·25,1·6,2·0,2·5,3·2,4·0 lp/mm.图1·1为非准直情况下,分辨率板图像某一行和多行平均的灰度曲线。图1·2为准直情况下,分辨率板图像相同行和多行平均的灰度曲线。从图中可得出以下结论:

　　(1)准直可以很好地抑制散射,使图像的对比度增加。在该实验中,准直的作用使系统的空间分辨率由1·6 lp/mm提高到3·2 lp/mm,提高了一倍。

　　(2)从图中一行的灰度曲线来看,准直与非准直并没有增加图像的随机噪声。因此,散射的表现不是增加噪声,而是降低对比度,图像噪声与CCD相机和射线源的量子起伏有关。

　　1.2　X射线散射与试件厚度的关系

　　在X射线成像中,若X射线源的能量和试件的材料及几何位置一定时,则对散射起主要作用的是试件的厚度。在实际检测中,试件的厚度在射线透视方向上随空间位置而变化,研究试件厚度与散射的关系有利于研究试件中的散射规律。为了研究不同厚度的试件散射情况,设计了如图1·3所示的实验。实验中考察散射的试件是一系列5mm厚的铝板,共8块。用20mm厚的铅板作准直,缝的宽度为30mm.检测系统由CsI单晶屏和科学级CCD相机组成,曝光时间为6s.射线源的管电压180kV,管电流5mA.在实验中,一部分铝平板放置在前端(靠近检测器),射线散射主要来源于该部分平板,另一部分平板放置在后端(靠近射线源),由于它距检测器比较远,因此其散射可忽略,它使得在前后移动平板时,射线穿过的总厚度不变。