數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)專題（一）——概述

鄭世才

（新立機(jī)器廠，北京 100039）

1 概述

1.1 數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)發(fā)展

從20世紀(jì)20年代射線照相檢驗(yàn)技術(shù)進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用以來(lái)，射線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展已有90多年的歷史。到現(xiàn)在，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域已形成了由射線照相技術(shù)（Radiography）、射線實(shí)時(shí)成像技術(shù)（Radioscopy）、射線層析成像技術(shù)（Tomography）構(gòu)成的比較完整的射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)。現(xiàn)在，從獲得的圖像角度，又將射線檢測(cè)技術(shù)分為常規(guī)射線檢測(cè)技術(shù)和數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)。常規(guī)射線檢測(cè)技術(shù)主要是指采用膠片完成的射線照相檢驗(yàn)技術(shù)。數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)（Digital imaging in radiology；Digital imaging；Digital radiography）是在計(jì)算機(jī)和輻射探測(cè)器發(fā)展的基礎(chǔ)上，建立起來(lái)的可獲得數(shù)字化圖像的射線檢測(cè)技術(shù)。獲得數(shù)字射線檢測(cè)圖像是數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)的基本特征。

數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)在最初比較強(qiáng)調(diào)直接獲得數(shù)字化圖像的射線檢測(cè)技術(shù)。但現(xiàn)在，已演變成可獲得數(shù)字化圖像的全部射線檢測(cè)技術(shù)。當(dāng)使用縮寫“DR”時(shí)，通常表示的是直接數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù)（Direct radiography）。數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)目前可分成三個(gè)部分：直接數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù)、間接數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù)、后數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù)。此外，可認(rèn)為CT技術(shù)、CST技術(shù)（康普頓散射層析成像技術(shù)）是特殊的數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù)，可稱為層析數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù)，是特殊的直接數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù)。

直接數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù)主要是指采用分立輻射探測(cè)器完成的射線檢測(cè)技術(shù)。它包括，平板探測(cè)器實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)、線陣探測(cè)器實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)等。這些技術(shù)在輻射探測(cè)器中完成圖像數(shù)字化過(guò)程。間接數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù)是指，圖像的數(shù)字化過(guò)程（A／D轉(zhuǎn)換）需要作為單獨(dú)技術(shù)環(huán)節(jié)完成的射線檢測(cè)技術(shù)?，F(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用主要是采用圖像增強(qiáng)器完成的實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)和CR技術(shù)。后數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù)是特殊的技術(shù)，它是采用圖像數(shù)字化掃描裝置將射線照相底片圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像的技術(shù)。

運(yùn)用數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)，可以建立射線檢測(cè)技術(shù)工作站。在檢驗(yàn)工作現(xiàn)場(chǎng)，完成圖像采集，并將圖像傳輸?shù)焦ぷ髡局行?。在工作站中心完成檢測(cè)后期工作，并可與其他工作站或有關(guān)部門聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)信息交換等。圖1顯示了三種技術(shù)與工作站的關(guān)系情況。

圖1 數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)與工作站關(guān)系

1.2 國(guó)外制定的數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展、研究，國(guó)外已經(jīng)制定了一些數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。按標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容可分為三類：導(dǎo)則標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)與輻射探測(cè)器性能標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。部分比較主要的和較新的標(biāo)準(zhǔn)目錄如下：

·ASTM E2，736 數(shù)字探測(cè)器陣列射線檢測(cè)技術(shù)導(dǎo)則

·ASTM E2，007 CR技術(shù)導(dǎo)則（光激發(fā)射熒光方法）

·ASTM E1，000 射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)導(dǎo)則

·ASTM E2，597 數(shù)字探測(cè)器陣列制造特性

·ASTM E2，737 數(shù)字探測(cè)器陣列性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法

·ASTM E2，445 CR系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定性評(píng)定

·ASTM E2，446 CR系統(tǒng)分類

·ASTM E1，411 射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)核查

·ASTM E2，698 使用數(shù)字探測(cè)器陣列的射線檢測(cè)技術(shù)

·ASTM E2，033 CR檢測(cè)技術(shù)（光激發(fā)射熒光方法）

·ASTM E1，255 射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)

·EN 13，068－1 射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn) 第1部分：成像特性的定量測(cè)量

·EN 13，068－2 射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn) 第2部分：成像器件長(zhǎng)期穩(wěn)定性核查

·EN 13，068－3 射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn) 第3部分：金屬材料X射線和γ射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)的一般原則

·EN 14，784－1 采用儲(chǔ)存熒光成像板的工業(yè)計(jì)算機(jī)化射線照相技術(shù) 第1部分：系統(tǒng)分類

·EN 14，784－2 采用儲(chǔ)存熒光成像板的工業(yè)計(jì)算機(jī)化射線照相技術(shù) 第2部分：金屬材料X射線和γ射線檢測(cè)的一般原則

·ISO／WD 17，636－2 焊接接頭射線檢驗(yàn)第2部分：X射線和γ射線數(shù)字探測(cè)器檢驗(yàn)技術(shù)

·EN 14，096－1 射線照相底片數(shù)字化系統(tǒng)評(píng)定 第1部分：定義、圖像質(zhì)量參數(shù)定性測(cè)量、標(biāo)準(zhǔn)片和定性控制

·EN 14，096－2 射線照相底片數(shù)字化系統(tǒng)評(píng)定 第2部分：最低要求

導(dǎo)則性標(biāo)準(zhǔn)著重從物理方面介紹該項(xiàng)技術(shù)的各個(gè)方面；系統(tǒng)與輻射探測(cè)器性能標(biāo)準(zhǔn)給出了性能的基本項(xiàng)目與測(cè)定方法；檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)多數(shù)具體規(guī)定了技術(shù)控制要求，但不同標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定與要求存在差異。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 13，068－3，對(duì)射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)技術(shù)，將可采用的實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)系統(tǒng)分為SC1，SC2，SC3三類，將技術(shù)分為SA，SB兩個(gè)級(jí)別，并類似于膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)定了透照布置、透照參數(shù)限定性要求，按材料類別和厚度段具體規(guī)定了圖像應(yīng)達(dá)到的常規(guī)像質(zhì)計(jì)值和雙絲像質(zhì)計(jì)值的要求。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 14，784－2，對(duì)CR技術(shù)，將可采用的IP板分為IP1～I(xiàn)P6六類，將技術(shù)分為IPA，IPB兩個(gè)級(jí)別，也類似于膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)定了透照布置、透照參數(shù)限定性要求，按EN462－3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了圖像應(yīng)達(dá)到的常規(guī)像質(zhì)計(jì)值。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織文件ISO／WD 17，636－2，規(guī)定了焊接接頭數(shù)字射線檢驗(yàn)技術(shù)，包括采用分立輻射探測(cè)器和IP板的數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)。其將技術(shù)分為A，B兩個(gè)級(jí)別。關(guān)于透照布置、透照參數(shù)的限定性要求，作出了幾乎完全類似于膠片照相技術(shù)的規(guī)定。關(guān)于圖像質(zhì)量，對(duì)常規(guī)像質(zhì)計(jì)值采用了ISO 19，232－3（也即EN462－3）的全部規(guī)定，同時(shí)，按新的厚度分段給出了雙絲像質(zhì)計(jì)值的要求。

國(guó)內(nèi)等同采用了其中的部分標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)反映了數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)目前發(fā)展的狀況，從這些標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，可以幫助理解數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)。

1.3 從射線照相檢驗(yàn)技術(shù)到數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)的概要分析

圖2是膠片射線照相檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)與數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)框圖。比較兩種射線檢測(cè)技術(shù)，數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)與常規(guī)膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)的基本不同是兩個(gè)方面：

（1）采用輻射探測(cè)器代替膠片完成射線信號(hào)的探測(cè)和轉(zhuǎn)換。

（2）采用圖像數(shù)字化技術(shù)，獲得數(shù)字檢測(cè)圖像。由此產(chǎn)生了數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)的技術(shù)環(huán)節(jié)、技術(shù)控制上不同于常規(guī)膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)的差異。

從成像過(guò)程的基本理論考慮，無(wú)論是數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)還是常規(guī)膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)，其初始檢測(cè)信號(hào)，都是基于射線吸收規(guī)律形成的物體對(duì)比度信號(hào)：

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

數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)的這些改變導(dǎo)致，輻射探測(cè)器的性能（特別是其擴(kuò)散函數(shù)）成為影響檢測(cè)圖像質(zhì)量的基本因素；圖像數(shù)字化技術(shù)，主要是采樣間隔和量化位數(shù)，成為影響數(shù)字檢測(cè)圖像質(zhì)量的基本參數(shù)。為了保證檢測(cè)結(jié)果，必須正確選用輻射探測(cè)器，必須正確控制圖像數(shù)字化技術(shù)參數(shù)。也就是因?yàn)檫@個(gè)原因，輻射探測(cè)器在探測(cè)和轉(zhuǎn)換初始物體對(duì)比度信號(hào)與膠片的差異、圖像數(shù)字化技術(shù)的采樣間隔和量化位數(shù)的限制，造成了數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)與常規(guī)膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)的差距，由于可以引用的數(shù)字圖像增強(qiáng)處理技術(shù)，可以改進(jìn)和提高的主要是檢測(cè)圖像的對(duì)比度，綜合起來(lái)，數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)圖像與常規(guī)膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)圖像比較，形成的基本特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍大、但一般來(lái)說(shuō)空間分辨力低。

從成像過(guò)程的基本理論考慮，數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)構(gòu)成的是與膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)不同的成像系統(tǒng)。因此，從一般理論上自然就存在，兩個(gè)成像系統(tǒng)是否具有同等成像質(zhì)量的問(wèn)題，也就是兩者是否具有同等缺陷檢驗(yàn)?zāi)芰?wèn)題。這是應(yīng)用數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)必須面對(duì)和解答的基本問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題可以簡(jiǎn)單地稱為 “等價(jià)性問(wèn)題”。

等價(jià)性問(wèn)題需要解決的基本問(wèn)題應(yīng)包括等價(jià)性指標(biāo)、等價(jià)性技術(shù)級(jí)別、等價(jià)性范圍。等價(jià)性指標(biāo)問(wèn)題是從理論和試驗(yàn)上給出明確、實(shí)用的判定數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)與膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)具有同等缺陷檢驗(yàn)?zāi)芰Φ闹笜?biāo)。等價(jià)性級(jí)別問(wèn)題是給出判定某種數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)級(jí)別與膠片射線照相技術(shù)級(jí)別的對(duì)等性分析方法。等價(jià)性范圍問(wèn)題是具體地界定出數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)與膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)對(duì)缺陷具有同等檢驗(yàn)?zāi)芰Φ姆秶＠?，明確地界定出對(duì)于某些材料、工藝具有同等檢驗(yàn)缺陷能力的厚度范圍；明確地界定出對(duì)具體缺陷類型具有同等檢驗(yàn)?zāi)芰Φ姆秶取?/p>

關(guān)于等價(jià)性問(wèn)題，從數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)剛進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用時(shí)就已經(jīng)提出，國(guó)際焊接學(xué)會(huì)在20世紀(jì)80年代中期至80年代末曾組織過(guò)試驗(yàn)研究。當(dāng)時(shí)的基本結(jié)論時(shí)，盡管常規(guī)像質(zhì)計(jì)靈敏度可以達(dá)到射線照相檢驗(yàn)技術(shù)的要求，但實(shí)際的缺陷檢驗(yàn)靈敏度，達(dá)不到膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)水平，特別是對(duì)于裂紋性缺陷，應(yīng)用時(shí)必須從缺陷檢驗(yàn)靈敏度考慮。盡管國(guó)外已經(jīng)制定了一系列數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)方法標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)主要控制作出了的規(guī)定，但關(guān)于等價(jià)性問(wèn)題，到目前，可以說(shuō)并沒(méi)有給出清晰的回答，特別是對(duì)于實(shí)際應(yīng)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(shù)資料：Radiography system：Radview digital systems［R］.

［8］鄭世才.射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)技術(shù)與射線照相檢驗(yàn)技術(shù)的等價(jià)性討論［J］.無(wú)損檢測(cè)，2003，25（10）：500－503.

（未完待續(xù)）