管电压对射线数字成像检测成像质量的影响
１ 管电压选取推荐值
相关标准对管电压的选取均作了明确规定.
１．１ NB/T４７０１３．２－２０１５标准
NB/T４７０１３．２－２０１５«承压设备无损检测 第２
部分:射线检测»标准规定:在保证穿透力的前提下,
X 射线照相应选用较低的管电压;在采用较高管电压
时,应保证适当的曝光量.图１规定了不同材料、不
同透照厚度允许采用的最高 X 射线管电压[２].１．２ NB/T４７０１３．１１－２０１５标准
NB/T ４７０１３．１１－２０１５ «承 压 设 备 无 损 检 测
第１１部分:X 射线 数 字 成 像 检 测»标 准 规 定:应 尽
量选用较低的管电压;在采用较高管电压时,应保证
适当的曝光量.图 １ 中 规 定 了 不 同 材 料、不 同 透 照厚度允许采用的最高管电压[３].
１．３ NB/T４７０１３．１４－２０１６标准
NB/T ４７０１３．１４－２０１６ «承 压 设 备 无 损 检 测
第１４部分:X 射线计算机辅助成像检测»标准规定:
在保证穿透力的前提下,CR 检测宜选用较低的管电
压;在采用较高管电压时,应保证适当的曝光量.
按照 B 级检测技 术 检 测 时,宜 选 用 结 构 噪 声 较
低的IP 板.如选 用 结 构 噪 声 较 高 的IP 板,采 用 的
最高 X 射线管电压宜比图１所示值低２０％[４]１．４ ISO１７６３６．２－２０１３标准
ISO１７６３６．２－２０１３ 标 准 规 定:为 获 得 良 好 的
缺陷灵敏度,X 射线管电压应当尽可能低,数字图像
的
SNRN (归一 化 信 噪 比)应 当 尽 可 能 高. 推 荐 的 基
于透照厚度的 X 射线管电压上限值见图１.这些最
大值 是 胶 片 照 相 的 最 佳 实 践 值. 精 确 校 准 后,
DDAs(阵列探测器)可 以 在 明 显 高 于 图 １ 所 示 的 管
电压下获得足够好的图像质量.
B 级技术中,对 于 感 光 层 具 有 较 高 结 构 噪 声 的
成像板,X 射 线 管 电 压 应 低 于 图 １ 所 示 值 的 ２０％.
对于曝光特性与 X 射线胶 片 相 似、具 有 低 结 构 噪 声
的高清晰度成像板,可 按 照 图 １ 所 示 上 限 管 电 压 进
行曝光,或者在
SNRN 显著提高的情况下使用明显高
于图１的管电压[５]１．５ 管电压选取值的理论分析
相关标准均对 管 电 压 上 限 值 进 行 了 明 确 规 定.
随着 X 射线 管 电 压 的 升 高,衰 减 系 数 减 小,对 比 度
降低,固有 不 清 晰 度 增 大,其 结 果 是 检 测 灵 敏 度 下
降[６].在胶片照相 中,灵 敏 度 降 低 会 明 显 降 低 缺 陷
识别率,且图１中的 管 电 压 上 限 值 是 经 大 量 工 艺 试
验得出的,具有一定的合理性和适用性.
在 DDA 和 CR 检测中,过高的管电压也会降低
图像对比灵敏度,一 定 程 度 上 降 低 了 图 像 质 量. 另
一方面,过高 的 管 电 压 会 提 高 X 射 线 光 子 动 能,使
得单位时间 内 穿 透 工 件 到 达 接 收 器 的 X 射 线 光 子
数增加且图像信噪 比 增 加,这 会 在 一 定 程 度 上 提 高
图像质量.射线数 字 成 像 检 测 中,图 像 噪 声 直 接 影
响到图像细节的识别,如图２所示,当因缺陷产生的
信号差(对比度)小 于 噪 声 时,该 缺 陷 的 信 号 将 不 能
被识别.为讨论噪 声 与 缺 陷 检 出 能 力 的 关 系,引 入
对比度信噪比的概念.
对比度噪声比定义为成像系统输出的平均信号
差值与信号的统计标准差之比,记为
CNRμ 与信噪比
SNR 乘 积 的 最 大 值,所 以 相 关 标 准 均 要
求在保证穿透力的 前 提 下 选 择 较 低 的 管 电 压,以 足
够的曝光量来 保 证 图 像 的
SNR .接 下 来,对 该 规 定
的合理性,以及沿用 胶 片 照 相 管 电 压 上 限 值 是 否 适
用于 DDA 和 CR 检测,进行试验分析２ 试验过程
实施无损检测 的 目 的 是 保 证 细 小 缺 陷 不 漏 检,
衡量检测 工 艺 是 否 合 适 的 关 键 指 标 便 是 缺 陷 识 别
度.试验制作一道 含 人 工 缺 陷 的 不 锈 钢 环 焊 缝,厚
度为５．５ mm,分别采 用 DDA 和 CR 技 术 检 测 该 环
焊缝.其 中 ,DDA 采 用 双 壁 单 影 透 照 ,透 照 厚 度 为
１１ mm;CR 采 用 源 在 外 单 壁 透 照 ,透 照 厚 度 为
５．５ mm.为了 分 析 管 电 压 的 变 化 对 检 测 结 果 的 影
响,在相对合理的范围内仅改变管电压数值,其他工
艺参数保持不变,获 得 不 同 的 数 字 图 像 后 对 比 图 像
质量.试验采 用 的 设 备 与 软 件 如 下:Yxlon MGＧ３２５
射线机,PEXRD０８２２平板探测 器,Image３５００D 图
像处理软件,CareStream HRIP 板和 HPXＧ１CR 扫
描仪,INDUSTREX 图像扫 描 处 理 软 件.为 保 证 对
比数据的可靠性,每次透照均使用同一张IP 板和平
板探测器,选取数字图像上的同一区域进行灰度值、
空间 分 辨 率 和
SNR 测 量 并 进 行 对 比,同 时 利 用 软 件
灰度轮廓图功能测量工艺改变时某一区域缺陷的识
别程度.试验结果如表１,２所示3 结语
如今在焊缝射 线 检 测 中,射 线 数 字 成 像 检 测 的
普及率越来越高,其 关 键 优 势 便 是 可 以 通 过 图 像 处
理技术来提高成像 质 量,而 胶 片 照 相 中 规 定 的 管 电
压上限值在射线数字成 像 检 测 中 并 不 完 全 适 用.X
射线管电压在较宽 的 范 围 内 提 高,仍 能 获 得 更 高 信
噪比的数字图像,加上灰度拉伸的图像处理技术,可
以补偿管电压提高 所 带 来 的 图 像 对 比 灵 敏 度 损 失.
相关标准中对于射线数字成像检测时的管电压上限
值的规定沿用了传 统 胶 片 照 相 的 经 验 值,但 在 实 际
检测中并不适用,有 必 要 根 据 所 选 用 的 检 测 系 统 开
展工艺试验,研究与 特 定 检 测 系 统 相 匹 配 的 管 电 压
推荐范围或优化目 前 的 管 电 压 推 荐 曲 线,以 获 得 更
高的检测图像质量.
相关标准对管电压的选取均作了明确规定.
１．１ NB/T４７０１３．２－２０１５标准
NB/T４７０１３．２－２０１５«承压设备无损检测 第２
部分:射线检测»标准规定:在保证穿透力的前提下,
X 射线照相应选用较低的管电压;在采用较高管电压
时,应保证适当的曝光量.图１规定了不同材料、不
同透照厚度允许采用的最高 X 射线管电压[２].１．２ NB/T４７０１３．１１－２０１５标准
NB/T ４７０１３．１１－２０１５ «承 压 设 备 无 损 检 测
第１１部分:X 射线 数 字 成 像 检 测»标 准 规 定:应 尽
量选用较低的管电压;在采用较高管电压时,应保证
适当的曝光量.图 １ 中 规 定 了 不 同 材 料、不 同 透 照厚度允许采用的最高管电压[３].
１．３ NB/T４７０１３．１４－２０１６标准
NB/T ４７０１３．１４－２０１６ «承 压 设 备 无 损 检 测
第１４部分:X 射线计算机辅助成像检测»标准规定:
在保证穿透力的前提下,CR 检测宜选用较低的管电
压;在采用较高管电压时,应保证适当的曝光量.
按照 B 级检测技 术 检 测 时,宜 选 用 结 构 噪 声 较
低的IP 板.如选 用 结 构 噪 声 较 高 的IP 板,采 用 的
最高 X 射线管电压宜比图１所示值低２０％[４]１．４ ISO１７６３６．２－２０１３标准
ISO１７６３６．２－２０１３ 标 准 规 定:为 获 得 良 好 的
缺陷灵敏度,X 射线管电压应当尽可能低,数字图像
的
SNRN (归一 化 信 噪 比)应 当 尽 可 能 高. 推 荐 的 基
于透照厚度的 X 射线管电压上限值见图１.这些最
大值 是 胶 片 照 相 的 最 佳 实 践 值. 精 确 校 准 后,
DDAs(阵列探测器)可 以 在 明 显 高 于 图 １ 所 示 的 管
电压下获得足够好的图像质量.
B 级技术中,对 于 感 光 层 具 有 较 高 结 构 噪 声 的
成像板,X 射 线 管 电 压 应 低 于 图 １ 所 示 值 的 ２０％.
对于曝光特性与 X 射线胶 片 相 似、具 有 低 结 构 噪 声
的高清晰度成像板,可 按 照 图 １ 所 示 上 限 管 电 压 进
行曝光,或者在
SNRN 显著提高的情况下使用明显高
于图１的管电压[５]１．５ 管电压选取值的理论分析
相关标准均对 管 电 压 上 限 值 进 行 了 明 确 规 定.
随着 X 射线 管 电 压 的 升 高,衰 减 系 数 减 小,对 比 度
降低,固有 不 清 晰 度 增 大,其 结 果 是 检 测 灵 敏 度 下
降[６].在胶片照相 中,灵 敏 度 降 低 会 明 显 降 低 缺 陷
识别率,且图１中的 管 电 压 上 限 值 是 经 大 量 工 艺 试
验得出的,具有一定的合理性和适用性.
在 DDA 和 CR 检测中,过高的管电压也会降低
图像对比灵敏度,一 定 程 度 上 降 低 了 图 像 质 量. 另
一方面,过高 的 管 电 压 会 提 高 X 射 线 光 子 动 能,使
得单位时间 内 穿 透 工 件 到 达 接 收 器 的 X 射 线 光 子
数增加且图像信噪 比 增 加,这 会 在 一 定 程 度 上 提 高
图像质量.射线数 字 成 像 检 测 中,图 像 噪 声 直 接 影
响到图像细节的识别,如图２所示,当因缺陷产生的
信号差(对比度)小 于 噪 声 时,该 缺 陷 的 信 号 将 不 能
被识别.为讨论噪 声 与 缺 陷 检 出 能 力 的 关 系,引 入
对比度信噪比的概念.
对比度噪声比定义为成像系统输出的平均信号
差值与信号的统计标准差之比,记为
CNRμ 与信噪比
SNR 乘 积 的 最 大 值,所 以 相 关 标 准 均 要
求在保证穿透力的 前 提 下 选 择 较 低 的 管 电 压,以 足
够的曝光量来 保 证 图 像 的
SNR .接 下 来,对 该 规 定
的合理性,以及沿用 胶 片 照 相 管 电 压 上 限 值 是 否 适
用于 DDA 和 CR 检测,进行试验分析２ 试验过程
实施无损检测 的 目 的 是 保 证 细 小 缺 陷 不 漏 检,
衡量检测 工 艺 是 否 合 适 的 关 键 指 标 便 是 缺 陷 识 别
度.试验制作一道 含 人 工 缺 陷 的 不 锈 钢 环 焊 缝,厚
度为５．５ mm,分别采 用 DDA 和 CR 技 术 检 测 该 环
焊缝.其 中 ,DDA 采 用 双 壁 单 影 透 照 ,透 照 厚 度 为
１１ mm;CR 采 用 源 在 外 单 壁 透 照 ,透 照 厚 度 为
５．５ mm.为了 分 析 管 电 压 的 变 化 对 检 测 结 果 的 影
响,在相对合理的范围内仅改变管电压数值,其他工
艺参数保持不变,获 得 不 同 的 数 字 图 像 后 对 比 图 像
质量.试验采 用 的 设 备 与 软 件 如 下:Yxlon MGＧ３２５
射线机,PEXRD０８２２平板探测 器,Image３５００D 图
像处理软件,CareStream HRIP 板和 HPXＧ１CR 扫
描仪,INDUSTREX 图像扫 描 处 理 软 件.为 保 证 对
比数据的可靠性,每次透照均使用同一张IP 板和平
板探测器,选取数字图像上的同一区域进行灰度值、
空间 分 辨 率 和
SNR 测 量 并 进 行 对 比,同 时 利 用 软 件
灰度轮廓图功能测量工艺改变时某一区域缺陷的识
别程度.试验结果如表１,２所示3 结语
如今在焊缝射 线 检 测 中,射 线 数 字 成 像 检 测 的
普及率越来越高,其 关 键 优 势 便 是 可 以 通 过 图 像 处
理技术来提高成像 质 量,而 胶 片 照 相 中 规 定 的 管 电
压上限值在射线数字成 像 检 测 中 并 不 完 全 适 用.X
射线管电压在较宽 的 范 围 内 提 高,仍 能 获 得 更 高 信
噪比的数字图像,加上灰度拉伸的图像处理技术,可
以补偿管电压提高 所 带 来 的 图 像 对 比 灵 敏 度 损 失.
相关标准中对于射线数字成像检测时的管电压上限
值的规定沿用了传 统 胶 片 照 相 的 经 验 值,但 在 实 际
检测中并不适用,有 必 要 根 据 所 选 用 的 检 测 系 统 开
展工艺试验,研究与 特 定 检 测 系 统 相 匹 配 的 管 电 压
推荐范围或优化目 前 的 管 电 压 推 荐 曲 线,以 获 得 更
高的检测图像质量.
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