非晶硅平板探测器DR成像校正方法

非晶硅平板探测器DR成像校正方法
闵吉磊;危荃;敖波;曾亚斌
【摘 要】Correction of flat panel detector is the premise of acquiring high quality digital radiography ( DR) images, X-ray DR imaging experiments were carried out for amorphous silicon flat panel detector of PE0822 in this paper. When the flat panel detector warming up for more than 30 min, the dark image is relatively stable. According to the classification standard of bad pixels, 3 121 points are identified by DR tests, and generate a new map of bad pixels, finally offset correction, gain correction and bad pixel correction were performed for output images of flat panel detector from software. The 1st stage high-pressure turbine blade are used to imaging by flat panel detector, experimental results show that when performed offset correction, gain correction and bad pixel correction, the quality of DR image is improved, the gray value of DR image is between 32 000 and 60 000, and IQI sensitivity can meet the requirements of technology of film radiography, so DR can be used to inspect the body of turbine blade.%平板探测器的校正是获取高质量DR图像的前提,本研究
针对PE0822非晶硅平板探测器开展了射线DR成像实验研究。当平板探测器预热30 min以上时,暗场图像比较稳定。根据坏像素的分类标准,实验测试识别了3121个坏点,并制定了新的坏点位置图,最后从软件上实现了平板探测器输出图像的暗场校正、增益校正和坏像素校正。选用高压I级涡轮叶片进行DR成像实验,实验结果表明:经过暗场校正、增益校正和坏像素校正后,提高了DR图像质量,DR图像灰度介于32000~60000之间,且像质计灵敏度达到了胶片照相的工艺要求,可用于涡轮叶片叶身检测。
【期刊名称】《失效分析与预防》
【年(卷),期】2015(000)003
【总页数】6页(P133-138)
【关键词】平板探测器;增益校正;坏像素;暗场图像
【作 者】闵吉磊;危荃;敖波;曾亚斌
【作者单位】无损检测技术教育部重点实验室 南昌航空大学,南昌330063;上海航天精密
机械研究所,上海201600;无损检测技术教育部重点实验室 南昌航空大学,南昌330063;无损检测技术教育部重点实验室 南昌航空大学,南昌330063
【正文语种】中 文
【中图分类】TH878.1贵州省公路局局长
0 引言
基于平板探测器的射线DR 技术是数字射线成像的发展趋势之一,且非晶硅平板探测器是目前工业领域中应用最广泛的类型。非晶硅平板探测器的硬件性能对DR 成像质量有着决定性的作用,而由于生产工艺复杂,平板探测器不可难免地存在随机噪声、暗场偏移、像元响应不一致和坏点等不利因素的影响,导致DR 图像质量大大降低。为了提高平板探测器的成像质量,国内外针对平板探测器的校正开展了大量研究[1-2],其中张定华等提出了基于统计模型的体积CT 系统平板探测器校正方法,有效减少了图像中的伪影[3]。王庆根详细介绍了Varian 公司的PaxScan2520 成像系统工作模式与方法[4],而郭彦斌等专门针对PaxScan2520 探测器开展了增益校正研究[5],艾维平针对美国GE 公司DXR2
50RT 平板探测器开发了集图像采集、显示、图像处理和运动控制功能于一体的系统软件[6]。由于平板探测器分非晶硅(间接转换型)和非晶硒(直接转换型)平板探测器,Tsutomu 对非晶硅和非晶硒平板探测器开展了两种探测器的性能指标对比实验研究[7]。ASTM E2597—2007 规定了数字探测器的性能技术参数,并通过蜘蛛图划分探测器的质量等级[8]。国内张朝宗、余建明等系统介绍了平板探测器的结构、分类与成像原理[9-10]。
安徽农学通报由于平板探测器成像影响因素多,而平板探测器的校正是获取高质量DR 图像的前提。本研究针对PerkinElmer 公司的XRD 0822 非晶硅平板探测器,研究其暗场校正、增益校正和坏像素校正方法,并从软件实现校正功能。
1 非晶硅平板探测器结构和成像原理
非晶硅平板探测器主要由闪烁体层、非晶硅光电二极管、薄膜晶体管阵列(TFT)和读出电路组成。闪烁体层的主要功能是把入射射线转变为荧光,材料一般为碘化铯(CsI)或硫氧化钆(Gd2O2S),其中碘化铯晶体具有针状结构,而硫氧化钆一般呈颗粒状结构。相对而言,碘化铯对X 射线的转换效率高,且分辨率好,而颗粒状结构的硫氧化钆散射影响严重。非晶
硅光电二极管的主要功能是把荧光转化为电子,薄膜晶体管阵列用于存储电荷,读出电路将TFT 存储的电荷顺序读出,并进行处理、放大、A/D 转换,形成数字图像。
DR 成像原理为入射X 射线撞击闪烁体层,闪烁体吸收射线,并激发原子和分子,这些激发态的原子和分子在退激过程中产生可见光;非晶硅光电二极管将可见光信号转换成电荷;这些电荷随后被TFT 阵列中的存储电容所收集,存储电荷数量与入射射线的强度成正比;通过读出电路,按一定规律扫描读出各像素的存储电荷,并经过信号放大、A/D 转换等获得数字信号形成DR 图像。
由于入射光子在转化为电信号的过程中,必须先转化为可见光再转变为电荷,因此称为间接转换型。由于存在可见光的转换,可见光在闪烁体内的散射和漫射造成了图像分辨率的下降,这种图像质量的下降不利于微小缺陷细节的检测。虽然针状碘化铯可以提高对X 射线的利用及降低散射,但散射光对空间分辨率的影响不能完全消除。
图1 为PekinElmer 公司的XRD0822 非晶硅平板探测器,其中闪烁体材料为碘化铯,成像矩阵为1 024 ×1 024,探测器单元尺寸为200 μm ×200 μm,A/D 位数为16 bit。
社会主义初级阶段的主要矛盾图1 XRD0822 平板探测器Fig.1 Flat panel detector of XRD0822
2 平板探测器输出图像的校正
平板探测器成像时会受到暗场漂移、响应不一致性和坏点等因素的影响,因此,必须对平板探测器进行暗场校正、增益校正和坏像素校正。
2.1 暗场校正
不开射线源的情况下对平板探测器进行数据采集仍有一定大小的信号输出,此时采集到的图像称为暗场图像,类似于胶片的本底灰雾度。暗场图像主要与暗电流有关,暗电流受温度影响[7]。为了研究温度对暗场图像的影响,在24 ℃室温环境下,不开射线源的情况下,通电后立即采集一幅经过50 帧叠加平均后的暗场图像,随后每隔5 min 采集一次暗场图像,分别计算暗场图像平均值。随着平板探测器预热时间的推移,探测器内部温度升高,暗场图像平均灰度值的变化趋势如图2。由图2 可见探测器的暗场图像平均灰度随着预热时间的推移而逐步降低,特别是探测器预热30 min 之前的灰度下降趋势明显。待预热30 min 左右后,暗场图像灰度开始趋于稳定。因此日常使用时,建议先预热探测器至少30 min。
影片未分级
开启射线源进行检测工作时,实际得到的图像灰度是叠加在暗场图像之上的值,为了正确反映出透照工件内部结构与图像灰度值之间的对应关系,应该设法去除叠加在实际输出响应上的暗场图像值,即进行暗场校正。暗场校正公式为
其中,P(x,y)为暗场校正后图像中点(x,y)的灰度值,P0(x,y)为暗场校正前图像中点(x,y)的灰度值,offset(x,y)为探测器预热30 min 后,采集一定帧数(如50 帧)图像平均后的暗场图像中点(x,y)的灰度值。图3 为平板探测器在暗场校正前后的输出图像,图像大小均为1 024 ×1 024,从图3a 可以看出,图像中存在竖条状结构噪声,暗场校正后基本得到去除,但暗场校正后的输出图像灰度值并不是全为0,其分布位于0 附近,另外,还存在坏像素影响。
图2 暗场图像平均灰度与预热时间的关系Fig.2 Relation between average gray of dark image and warm-up time黑龙江省畜牧兽医局
2.2 增益校正
虽然在线性曝光剂量范围内平板探测器每个探测器单元对X 射线响应是线性的,但不同探
scp范式
测器单元的X 射线响应系数并不完全一致,即探测器单元存在响应不一致性。响应不一致性带来的后果是相同的入射射线强度但输出不同。因此,必须对平板探测器的输出图像进行增益校正。非晶硅平板探测器增益校正的一般程序为:

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