CR成像技術(shù)在彈道實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

CR成像技術(shù)在彈道實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

0 引言

??? 在X射線(xiàn)檢測(cè)中，CCD數(shù)字化實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)因其不需要進(jìn)行膠片沖洗，成像速度快，得到的圖像較傳統(tǒng)膠片圖像質(zhì)量好而獲得了廣泛的應(yīng)。而在彈道實(shí)驗(yàn)中，由于經(jīng)常有高速運(yùn)動(dòng)的破片，以及高速高壓氣流和爆炸強(qiáng)沖擊力等。往往會(huì)對(duì)CCD數(shù)字成像系統(tǒng)造成損壞，且防護(hù)裝置體積龐大，因此，很多彈道實(shí)驗(yàn)無(wú)法使用CCD數(shù)字成像系統(tǒng)。

??? 而傳統(tǒng)的膠片成像使用化學(xué)處理X射線(xiàn)膠片，從圖像的采集到技術(shù)人員的檢測(cè)，至少需要20分鐘。如果膠片曝光量不夠或透照角度錯(cuò)誤，還必須重新進(jìn)行所有的程序。此外，還必須配備存放地點(diǎn)和經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的員工，并保證安全操作、存儲(chǔ)和處理膠片沖洗藥液。

??? CR(computed radiography)技術(shù)是介于膠片成像與CCD數(shù)字成像之間的中間技術(shù)。這種技術(shù)類(lèi)似于膠片成像。它由成像板替代膠片將圖像存儲(chǔ)起來(lái)，然后采用激光掃描儀將成像板中的圖像讀出來(lái)．并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像。

??? 傳統(tǒng)X射線(xiàn)膠片成像系統(tǒng)能攝照的部位都可以用CR成像，CR系統(tǒng)中代替膠片的成像板可重復(fù)使用，動(dòng)態(tài)特性線(xiàn)性度比膠片好，圖像處理過(guò)程不需要暗房，不需要任何化學(xué)溶液，可省掉繁瑣的膠片沖洗過(guò)程，大大加快了成像速度，減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度；而且其圖像信息是以數(shù)字形式讀出，非常方便進(jìn)行圖像處理。

??? 與CCD數(shù)字化實(shí)時(shí)成像相比，CR的最大優(yōu)勢(shì)在于僅以成像板代替X射線(xiàn)膠片。由于讀取設(shè)備與成像板分離，故在彈道實(shí)驗(yàn)中的防護(hù)容易實(shí)施。

??? 為了提高彈道實(shí)驗(yàn)圖像診斷的效率和圖像質(zhì)量，南京理工大學(xué)瞬態(tài)物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于2008年組建了用于彈道實(shí)驗(yàn)的X射線(xiàn)CR成像系統(tǒng)。

1 CR成像原理

??? CR成像技術(shù)將透過(guò)物體的X射線(xiàn)影像信息記錄在由熒光物質(zhì)制成的、有存儲(chǔ)功能的熒光板上，這種存儲(chǔ)熒光板又稱(chēng)成像板(image plate，簡(jiǎn)稱(chēng)IP)。IP板曝光后會(huì)在其熒光層中形成潛影，將帶有潛影的IP板放入激光掃描儀中通過(guò)激光束掃描讀取，即可將潛在的像還原成可見(jiàn)光的像，再進(jìn)行計(jì)算機(jī)采集處理，從而得到數(shù)字圖像。因此，CR成像的工作過(guò)程主要由X射線(xiàn)曝光和讀取IP板潛影兩部分組成。

1．1 曝光

??? 當(dāng)X射線(xiàn)輻射到成像板時(shí)，成像板內(nèi)的增感屏將吸收的X射線(xiàn)轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光的影像，同時(shí)熒光晶體中的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，然后，電子將自發(fā)地回到半穩(wěn)態(tài)能級(jí)，形成潛在影像。圖1所示是其成像板的曝光原理示意圖。

1．2 讀取

??? 將成像板放入激光掃描儀的掃描單元，再用激光束掃描成像板，這樣在激光激發(fā)下，激光能量釋放被俘獲的電子，使其返回其初始能級(jí)，并產(chǎn)生可見(jiàn)光發(fā)射；光發(fā)射的強(qiáng)度與原來(lái)接收的射線(xiàn)劑量成比例；光電接收器接收可見(jiàn)光并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，從而得到數(shù)字化的射線(xiàn)照相圖像。圖2所示是CR成像板的圖像讀出原理示意圖。其圖像可由激光掃描儀的光子放大器采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以將其儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中。但應(yīng)注意：成像板上的成像數(shù)據(jù)必需在半小時(shí)內(nèi)掃描。

1．3 擦除

??? 成像板使用前，應(yīng)擦除成像板上的所有信息。使用強(qiáng)光可擦除熒光層殘留的影像，圖3所示是其擦除原理圖。大多數(shù)情況強(qiáng)光照射15秒，就可以完全有效地擦除成像板的信息。但有時(shí)擦除時(shí)間要增加到最大60秒。

2 CR成像系統(tǒng)的組成

??? CR成像系統(tǒng)的主要裝置包括影像采集部分(IP板)、影像掃描部分(激光掃描儀)、影像后處理和記錄部分(成像軟件)，圖4所示是其系統(tǒng)組成示意圖。

2．1 成像板

??? 成像板的構(gòu)造一般分為：底層(起支撐作用)、熒光層(形成潛影)、保護(hù)涂層、端口附加密封劑四個(gè)部分，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

??? 通常傳統(tǒng)膠片的灰價(jià)值大于700，半導(dǎo)體接收器的灰價(jià)值在1000～10000之間。德?tīng)朜DT成像板一般可儲(chǔ)存65000灰價(jià)值范圍的圖像，并可消除曝光不足和曝光過(guò)度的影響。

2．2 激光掃描儀

??? 圖6所示的德?tīng)朇R 35 NDT激光掃描儀是與IP板配套的現(xiàn)代掃描工具，其創(chuàng)新的光子收集系統(tǒng)技術(shù)可將圖像噪音和干擾降到最低，以近乎100％的效率將激活的X射線(xiàn)信息掃入系統(tǒng)，其分辨率可以達(dá)到20LP／mm。

??? 在圖6中，德?tīng)朜DT的激光束會(huì)在光子收集系統(tǒng)中高速旋轉(zhuǎn)，而精密光學(xué)棱鏡的使用則保證了激光焦點(diǎn)的直徑可以達(dá)到12．5μm。依靠專(zhuān)利的拋物面反射鏡系統(tǒng)及其特殊的高效涂層，所激發(fā)出的冷光束可被收集并定向到光電倍增管的接收器，這樣可以提高其信噪比，同時(shí)干涉也會(huì)急劇減少。因此，其圖像的質(zhì)量可以分辨出最小的細(xì)節(jié)。

2．3 成像軟件

??? 通過(guò)D－Tect成像軟件，CR 35 NDT掃描儀可以讀取、處理及保存這些數(shù)字化信息，并將信息存檔及交流。同時(shí)，成像軟件還具有先進(jìn)的數(shù)字圖像評(píng)片功能和數(shù)據(jù)管理功能，以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)共享能力。

3 CR成像系統(tǒng)在彈道實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

??? 將CR成像系統(tǒng)安裝在彈道實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，其IP板的安裝使用方法與X射線(xiàn)膠片的安裝使用方法基本相同，而且其防護(hù)措施也相同。圖7為部分彈道實(shí)驗(yàn)圖片。