數字射線檢測技術專題（一）——概述

鄭世才

（新立機器廠，北京 100039）

1 概述

1.1 數字射線檢測技術發展

從20世紀20年代射線照相檢驗技術進入工業應用以來，射線檢測技術的發展已有90多年的歷史。到現在，在工業應用領域已形成了由射線照相技術（Radiography）、射線實時成像技術（Radioscopy）、射線層析成像技術（Tomography）構成的比較完整的射線無損檢測技術系統?，F在，從獲得的圖像角度，又將射線檢測技術分為常規射線檢測技術和數字射線檢測技術。常規射線檢測技術主要是指采用膠片完成的射線照相檢驗技術。數字射線檢測技術（Digital imaging in radiology；Digital imaging；Digital radiography）是在計算機和輻射探測器發展的基礎上，建立起來的可獲得數字化圖像的射線檢測技術。獲得數字射線檢測圖像是數字射線檢測技術的基本特征。

數字射線檢測技術在最初比較強調直接獲得數字化圖像的射線檢測技術。但現在，已演變成可獲得數字化圖像的全部射線檢測技術。當使用縮寫“DR”時，通常表示的是直接數字化射線檢測技術（Direct radiography）。數字射線檢測技術目前可分成三個部分：直接數字化射線檢測技術、間接數字化射線檢測技術、后數字化射線檢測技術。此外，可認為CT技術、CST技術（康普頓散射層析成像技術）是特殊的數字化射線檢測技術，可稱為層析數字化射線檢測技術，是特殊的直接數字化射線檢測技術。

直接數字化射線檢測技術主要是指采用分立輻射探測器完成的射線檢測技術。它包括，平板探測器實時成像檢測技術、線陣探測器實時成像檢測技術等。這些技術在輻射探測器中完成圖像數字化過程。間接數字化射線檢測技術是指，圖像的數字化過程（A／D轉換）需要作為單獨技術環節完成的射線檢測技術?，F在工業應用主要是采用圖像增強器完成的實時成像檢測技術和CR技術。后數字化射線檢測技術是特殊的技術，它是采用圖像數字化掃描裝置將射線照相底片圖像轉換為數字圖像的技術。

運用數字射線檢測技術，可以建立射線檢測技術工作站。在檢驗工作現場，完成圖像采集，并將圖像傳輸到工作站中心。在工作站中心完成檢測后期工作，并可與其他工作站或有關部門聯系，實現信息交換等。圖1顯示了三種技術與工作站的關系情況。

圖1 數字射線檢測技術與工作站關系

1.2 國外制定的數字射線檢測技術標準

經過20多年的發展、研究，國外已經制定了一些數字射線檢測技術標準。按標準內容可分為三類：導則標準、系統與輻射探測器性能標準、檢測技術標準。部分比較主要的和較新的標準目錄如下：

·ASTM E2，736 數字探測器陣列射線檢測技術導則

·ASTM E2，007 CR技術導則（光激發射熒光方法）

·ASTM E1，000 射線實時成像檢測技術導則

·ASTM E2，597 數字探測器陣列制造特性

·ASTM E2，737 數字探測器陣列性能和長期穩定性評價方法

·ASTM E2，445 CR系統長期穩定性評定

·ASTM E2，446 CR系統分類

·ASTM E1，411 射線實時成像系統核查

·ASTM E2，698 使用數字探測器陣列的射線檢測技術

·ASTM E2，033 CR檢測技術（光激發射熒光方法）

·ASTM E1，255 射線實時成像檢測技術

·EN 13，068－1 射線實時成像檢驗 第1部分：成像特性的定量測量

·EN 13，068－2 射線實時成像檢驗 第2部分：成像器件長期穩定性核查

·EN 13，068－3 射線實時成像檢驗 第3部分：金屬材料X射線和γ射線實時成像檢驗的一般原則

·EN 14，784－1 采用儲存熒光成像板的工業計算機化射線照相技術 第1部分：系統分類

·EN 14，784－2 采用儲存熒光成像板的工業計算機化射線照相技術 第2部分：金屬材料X射線和γ射線檢測的一般原則

·ISO／WD 17，636－2 焊接接頭射線檢驗第2部分：X射線和γ射線數字探測器檢驗技術

·EN 14，096－1 射線照相底片數字化系統評定 第1部分：定義、圖像質量參數定性測量、標準片和定性控制

·EN 14，096－2 射線照相底片數字化系統評定 第2部分：最低要求

導則性標準著重從物理方面介紹該項技術的各個方面；系統與輻射探測器性能標準給出了性能的基本項目與測定方法；檢測技術標準多數具體規定了技術控制要求，但不同標準的規定與要求存在差異。

歐洲標準EN 13，068－3，對射線實時成像檢驗技術，將可采用的實時成像檢驗系統分為SC1，SC2，SC3三類，將技術分為SA，SB兩個級別，并類似于膠片射線照相檢驗技術規定了透照布置、透照參數限定性要求，按材料類別和厚度段具體規定了圖像應達到的常規像質計值和雙絲像質計值的要求。歐洲標準EN 14，784－2，對CR技術，將可采用的IP板分為IP1～IP6六類，將技術分為IPA，IPB兩個級別，也類似于膠片射線照相檢驗技術規定了透照布置、透照參數限定性要求，按EN462－3標準規定了圖像應達到的常規像質計值。國際標準化組織文件ISO／WD 17，636－2，規定了焊接接頭數字射線檢驗技術，包括采用分立輻射探測器和IP板的數字射線檢測技術。其將技術分為A，B兩個級別。關于透照布置、透照參數的限定性要求，作出了幾乎完全類似于膠片照相技術的規定。關于圖像質量，對常規像質計值采用了ISO 19，232－3（也即EN462－3）的全部規定，同時，按新的厚度分段給出了雙絲像質計值的要求。

國內等同采用了其中的部分標準。這些標準反映了數字射線檢測技術目前發展的狀況，從這些標準的有關規定，可以幫助理解數字射線檢測技術。

1.3 從射線照相檢驗技術到數字射線檢測技術的概要分析

圖2是膠片射線照相檢測技術系統與數字射線檢測技術系統框圖。比較兩種射線檢測技術，數字射線檢測技術與常規膠片射線照相檢驗技術的基本不同是兩個方面：

（1）采用輻射探測器代替膠片完成射線信號的探測和轉換。

（2）采用圖像數字化技術，獲得數字檢測圖像。由此產生了數字射線檢測技術的技術環節、技術控制上不同于常規膠片射線照相檢驗技術的差異。

從成像過程的基本理論考慮，無論是數字射線檢測技術還是常規膠片射線照相檢驗技術，其初始檢測信號，都是基于射線吸收規律形成的物體對比度信號：

式中I為透射射線強度；μ為工件物質的線衰減系數；ΔT為小厚度差；n為散射比（即散射線強度與一次射線強度比）；ΔI為由小厚度差ΔT引起的透射射線強度差。因此，就獲得初始檢測信號說，兩種技術并不存在本質的差別，主要的差別僅在于數字射線檢測技術理論上一般采用的是放大透照布置。數字射線檢測技術不同于常規膠片射線照相檢驗技術之處在于，采用輻射探測器拾取和轉換初始檢測信號，形成初始檢測圖像。采用圖像數字化技術，將獲得的初始檢測圖像轉換為數字檢測圖像。這樣，在后面的顯示和觀察中可以引入數字圖像增強處理技術改進獲得的圖像質量。

數字射線檢測技術的這些改變導致，輻射探測器的性能（特別是其擴散函數）成為影響檢測圖像質量的基本因素；圖像數字化技術，主要是采樣間隔和量化位數，成為影響數字檢測圖像質量的基本參數。為了保證檢測結果，必須正確選用輻射探測器，必須正確控制圖像數字化技術參數。也就是因為這個原因，輻射探測器在探測和轉換初始物體對比度信號與膠片的差異、圖像數字化技術的采樣間隔和量化位數的限制，造成了數字射線檢測技術與常規膠片射線照相檢驗技術的差距，由于可以引用的數字圖像增強處理技術，可以改進和提高的主要是檢測圖像的對比度，綜合起來，數字射線檢測技術圖像與常規膠片射線照相檢驗技術圖像比較，形成的基本特點是動態范圍大、但一般來說空間分辨力低。

從成像過程的基本理論考慮，數字射線檢測技術構成的是與膠片射線照相檢驗技術不同的成像系統。因此，從一般理論上自然就存在，兩個成像系統是否具有同等成像質量的問題，也就是兩者是否具有同等缺陷檢驗能力問題。這是應用數字射線檢測技術必須面對和解答的基本問題。這個問題可以簡單地稱為 “等價性問題”。

等價性問題需要解決的基本問題應包括等價性指標、等價性技術級別、等價性范圍。等價性指標問題是從理論和試驗上給出明確、實用的判定數字射線檢測技術與膠片射線照相檢驗技術具有同等缺陷檢驗能力的指標。等價性級別問題是給出判定某種數字射線檢測技術級別與膠片射線照相技術級別的對等性分析方法。等價性范圍問題是具體地界定出數字射線檢測技術與膠片射線照相檢驗技術對缺陷具有同等檢驗能力的范圍。例如，明確地界定出對于某些材料、工藝具有同等檢驗缺陷能力的厚度范圍；明確地界定出對具體缺陷類型具有同等檢驗能力的范圍等。

關于等價性問題，從數字射線檢測技術剛進入工業應用時就已經提出，國際焊接學會在20世紀80年代中期至80年代末曾組織過試驗研究。當時的基本結論時，盡管常規像質計靈敏度可以達到射線照相檢驗技術的要求，但實際的缺陷檢驗靈敏度，達不到膠片射線照相檢驗技術水平，特別是對于裂紋性缺陷，應用時必須從缺陷檢驗靈敏度考慮。盡管國外已經制定了一系列數字射線檢測技術方法標準，對數字射線檢測技術主要控制作出了的規定，但關于等價性問題，到目前，可以說并沒有給出清晰的回答，特別是對于實際應用。

［1］Dr R Halmshaw，Dr JNA Ridvard.A review of digital radiological methods［J］.Brit J NDT，1990，32（1）：17.

［2］X－ray real－time imaging for weld inspection：IIW Progress Report［J］.Brit J NDT，1986，28（2）：89－92.

［3］X－ray real－time imaging for weld inspection：IIW 2nd Progress Report［J］.Brit J NDT，1987，29（1）：22－23.

［4］X－ray real－time imaging for weld inspection：IIW 3rd Progress Report［J］.Brit J NDT，1987，29（6）：426－428.

［5］X－ray real－time imaging（radioscopy）for weld inspection：IIW 4th Progress Report［J］.Brit J NDT，1988，30（6）：400－402.

［6］X－ray real－time imaging（radioscopy）for weld inspection：IIW Summary Report［J］.Brit J NDT，1990，32（1）：9－13.

［7］AGFA 公司技術資料：Radiography system：Radview digital systems［R］.

［8］鄭世才.射線實時成像檢驗技術與射線照相檢驗技術的等價性討論［J］.無損檢測，2003，25（10）：500－503.

（未完待續）