X射线数字化仪在弹道研究中的应用

　　脉冲X射线成像技术是弹道研究的重要诊断手段。弹道研究中,有些研究对象处于炮钢等不透明容器内,且位置和形态变化极快。利用X射线能穿透许多不透明物质的特性,可以研究在武器外面看不到的物理变化。如,不同瞬间弹丸在膛内和炮口周围所形成气体中的位置、状态;火药在膛内的燃烧过程、运动分布以及弹丸的挤进、变形等[1]。在传统的瞬态过程脉冲X射线诊断中,通常使用X射线胶片成像技术,X射线胶片的定影、显影等后期处理工序全部采用人工操作,检测周期长,工作量大, 一般需要数小时才能得到结果,实验效率低;而利用现代微电子技术和图像处理技术开发出的X射线数字化成像仪,可以立刻在计算机屏幕上显示所采集到的X射线图像,全部成像时间仅为2~3 s,大大缩短了检测时间,并可以进行数字图像处理,改善图像质量,提高了检测效率。

　　在医学X射线诊断和工业无损检测系统中,被测对象主要为静态[2],X射线源的曝光时间为毫秒级,因此采用民用的图像增感屏、图像增强器和 CCD图像传感器即可达到较高的分辨力;而用于弹道研究的scandiflash X射线系统的曝光时间仅为 20 ns,被测对象是高速运动的,民用的图像增感屏、图像增强器和CCD图像传感器的动态响应就无法满足诊断要求。普通CCD图像传感器是采用隔行扫描的方式形成视频信号,分奇数场和偶数场扫描,扫描一帧图像需要40ms。这种方式在快脉冲诊断系统中,就会出现只有奇数场或只有偶数场的图像,无法满足诊断要求。本文通过技术革新,实现了CCD图像传感器全分辨帧扫描,即逐行扫描技术,避免了图像数据的丢失,在一定程度上改善了图像质量。

　　1　成像系统

　　用于弹道研究的X射线数字化实时成像系统由Scandiflash X射线系统、X射线数字化成像仪和图像处理软件系统构成,如图1所示。ScandiflashX射线系统可提供一个时间很短(脉冲宽度为20ns),强度很大的X射线脉冲[3]。其20 ns的曝光时间使得被测物体的运动模糊度大为减小,提高了图像清晰度。

　　图1虚框部分为X射线数字化成像仪,由图像增感屏、CCD图像传感器、图像采集卡、X光机同步触发控制器和视频同步控制器组成,用于实现光电转换、A/D变换、图像采集等功能。4个CCD图像传感器捕捉来自所对应的X光头发射的X射线;CCD图像传感器输出的视频信号经过图像采集卡采集和A/D转换后,输出数字图像,由软件系统实现图像复原、显示、处理及存储打印等。

　　软件系统实现图像复原、存储和处理功能,可以执行图像存储、灰度拉伸、多场叠加、伪彩色、滤波、轮廓分析、灰度均衡、灰度测量、位置指示、二值化、边缘增强、图像缩放等功能。