泰琛测试技术(上海)有限公司
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  • 2020-03-03

    工业CT系统的性能和指标

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    工业CT系统的主要性能参数包括:试件范围(直径、高度、重量、等效钢厚等)检测时间(扫描、重建时间)和图像质量(密度分辨率、空间分辨率、伪像等)。其中图像质量为工业CT系统的核心指标。

    实践中通常用密度分辨率、空间分辨率、伪像等三个方面来表征工业CT的图像质量,不仅可操作性较好,而且对于不同CT系统的性能可以作更为客观、科学和定量的比较。这些经过了一定抽象得到的概念虽然不等于实际的检测能力或者具体的缺陷尺寸,但是它们之间有着紧密的联系,可以合理地反映系统的检测能力,是公认的判别系统性能的标准。


    空间分辨率是工业CT系统鉴别和区分微小缺陷能力的量度,定量地表示为能够分辨的两个细节最小间距。空间分辨率的实用单位是单位长度上的线对数(lp/mm)常用线对卡或丝状、孔状测试卡进行测定,但是用肉眼观测测试卡测定的方法往往受到测试者的主观影响,比较客观的测定方法是我国国军标(GJB5311-2004)推荐采用的MTF方法。


    密度分辨率又称对比度分辨率,是分辨给定面积映射到CT图像上射线衰减系数差别(对比度)的能力。定量地表示为给定面积上能够分辨的细节(给定面积)与基体材料之间的最小对比度。工业CT所用密度分辨率和医学上的低对比度分辨力的概念非常接近,取决于CT图像噪声水平。

    密度分辨率的测定也可以用(GJB5311—2004)荐的方法,即统计标准模体的CT图像上给定尺寸方块CT值,求出标准偏差,用三倍标准偏差为密度分辨率,这表示有95%以上的可信度。


    由于空间分辨率与检测对象中图像细节的对比度有关,当对比度减小到一定程度时,空间分辨率将迅速下降。因此CT的空间分辨率实际上是在有足够高对比度时测定的。医学界根据本身检测特点,规定高对比度分辨力的定义是物体与匀质环境的X射线线衰减系数的相对值大于10%时,CT图像能分辨该物体的能力但是工业CT的测试对象十分广泛,高对比度的范围难以作出比较合适的规定,幸好在多数具有“较高”对比度的情况下,空间分辨率的实际数值已经趋于稳定。另外,医学界一般用低对比度分辨力来描述密度分辨率相关的概念。它的定义是物体与匀质环境的X射线线性衰减系数的相对值小于1%时,CT图像能分辨该物体的能力。对于工业CT而言低对比度分辨力虽然也是十分有意义的概念,但是并没有得到广泛重视,实际应用较少。


    需要强调一下的是,空间分辨率指的是分辨相互紧密靠近物体的能力,密度分辨率反映了CT图像上能检测到的最小细节,与给定面积大小有关。一般地说,可以被识别的最小缺陷尺寸要大于空间分辨率的数值。但是前面已经提到,能发现被检对象内部辐射密度的微小变化是CT最宝贵的特性。在医学上将此特性定义为低对比度可探测能力(LCD),它是CT和常规射线照相之间的关键区别。工业CT的情况也差不多,材料中缺陷能否被发现首先取决于这一技术指标,发现以后是否看得清楚才取决于空间分辨率。所以应当清楚地意识到密度分辨率是比空间分辨率更为基础的技术指标。


    除了上面两个主要技术指标以外,特别需要注意的是CT伪像。伪像不是CT检测图像本身应有的部分,而是一种“干扰”。理论上伪像可以定义为CT图像中的数值与物体真实衰减系数之间的差异。这个定义包含了所有非理想图像,但它没有多少实际价值,因为按照这个定义,没有说明多大程度的“差异”可以称之为“伪像”。按此定义极端地说几乎整个CT图像都可以归结为“伪像”。从本质上说,CT比常规的射线照相更容易产生伪像,甚至可以说是不可避免的。这是由于反投影过程是将投影中一点要映射到图像中一条直线,不像常规射线照相时投影读数的一个误差仅仅限于局部区域。CT图像是由大量投影生成的,通常要使用大约10个独立测量数据形成一个二维图像。任何不准确测量结果的表现就是在重建图像中产生误差,所以CT产生伪像的概率要高得多。也就是说,CT图像中大部分像素都是以某种外形或形式出现的“伪像”。然而有些误差或伪像只是使检测人员烦恼,有些则可能产生误判。在实际应用中,需要更加着重考虑的是那些影响检测人员判断的差异或伪像。


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