射线成像系统的调制传递函数和检测能力分析

　　射线成像技术越来越多地应用在医学和工业检测等领域。检测灵敏度是衡量射线成像检测系统性能的重要指标,成像质量的好坏直接影响到检测的精度,检测灵敏度是通过射线图像的空间分辨率(spatial resolution,简称SPR)和密度分辨率(densi-ty resolution,简称DSR,即对比度)反映的。对于实际的图像系统,可用光学系统特性的传输函数———调制传递函数(MTF)和图像的信噪比定量描述系统的空间分辨率和密度分辨率。

　　1　成像质量的评价指标

　　1.1　空间分辨率

　　系统响应随入射信号的空间频率的变化称为空间频率特性。描述空间频率特性的方法主要有空间分辨率、调制传递函数和混叠效应三种。空间分辨率是指从射线图像中能够辨别图像上细节的能力。影响空间分辨率的主要因素有,对物体的空间采样间隔、射线源焦点大小、源-物-屏的几何位置、探测器的物理分辨率及准直效果等。具体影响为

　　(1)空间采样率　CCD图像传感器像元间距(采样间隔)一般只有几十微米,具有很高的采样频率。但系统的空间分辨率还受到射束有效宽度和射线转换屏等因素的限制。实际检测中,采样频率应根据最小的检测尺寸确定。

　　(2)射束有效宽度　射线源焦点尺寸以及探测器对每一射线的散射产生弥散斑,使得实际射线成像系统对理想点脉冲的输出不再是一个理想点,而是点扩展函数。该函数可用射束有效宽度表达[1],当试件上两点之间的距离小于等于射束有效宽度时,系统不能对其进行分辨。

　　射束有效宽度主要由射线源焦点尺寸和源-物-屏的几何位置决定,选取小焦点的射线源,减小射线源与成像源的距离,可提高分辨力极限。

　　(3)射线转换屏的分辨率　目前,数字射线成像系统广泛采用的射线转换器件有,利用光导材料将射线转换为电子的图像增强器和利用荧光物质和闪烁晶体将射线转换为可见光的射线转换屏[2]。射线转换屏的空间分辨率一般≤5 Lp/mm。因此最高空间采样频率除满足采样定理外,还应该与所使用的探测器的物理分辨率相匹配。

　　1.2　对比度

　　对比度是指当被检物体厚度发生微小变化时,射线图像亮度发生变化的度量。它取决于X射线的能量及成像条件,噪声和散射线的影响。

　　设射线入射强度为I,构件厚度变化为Δx,射线对构件的线衰减系数为μ,射线的散射比为n,射线透过厚度为Δx的构件产生的射线强度差为

　　式中(1+n)被称为积累因子,常用来衡量散射线和投射线对图像的影响。