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集群检测|如何获得CT的图像数据?

集群检测|如何获得CT的图像数据?

X 射线在穿透旋转的工件过程中,高密度材料(穿透较长的长度)吸收 X 射线能量较多,低密度(比较薄的区域)的则直接被穿透。探测板的感光材料通过 X 射线的衰减变化实现光电、数模信号转换从而形成相关的 2D 图像,计算机根据 360°旋转过程中获得的一系列 2D 图像。对图像形成的处理过程,犹如对选定层面分成若干个体积相同的小方格即通常所说的体素(voxel),将获得的每个体素的X线衰减系数或吸收系数排列数字矩阵,便可得到不等灰度,按矩阵排列构成CT图像,如图1所示。

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图1 CT扫描及成像示意图

CT图像是重建图像每个体素的X线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。为了便于理解,我们可以借用一个只有A、B、C、D四个不同元素组成的二维平面样本例子加以解释说明,如图2所示。当一束X射线穿透这个二维平面样本时,在探测板上同一个点上我们分别记下了AB、CA、DC、BD四个不同的灰度值,便获得四个由任意两个元素组成的方程。通过求解由这四个方程构成的方程组,便可获得A、B、C、D每个元素的灰度值。将这个方法推广多三维平面,再经过大量的运算处理,可获得一个真实样品详细的全部体素信息,为了观察某一特定平面上的灰度信息,我们可以通过逐层剖析进行观察。

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图2 二维平面模型示意图

由于射线能谱是不均匀的,工件的几何形状及材质吸收射线能谱的比例也不同从而获取的图像对比度也不同。通过旋转并记录不同角度下样品的信号衰减,再经过三维重构获得样品的真实形态灰度值,因此采样的张数越多越接近样品的真实形态,如图3所示。

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图3 采样数量与真实结果关系示意图

在CT扫描测量过程中,为了得到高质量的结果,获得明暗度差异较大的测试信号是十分必要的。因此,需要我们适当的选取测试条件。由于从光管发出的X射线光是一束复合而成的多色光,其中夹杂着高能的硬X射线辐射和能量较低的软X射线辐射,如图4所示。

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图4 无滤片情况下X射线穿透样品示意图

通常为了收集到明暗分明的观测信号,我们一般只希望接受到高能的硬X射线。通过滤片过滤掉低能量的射线能谱,从而获取比较好的图像对比度,如图5所示。

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图5 有滤片情况下X射线穿透样品示意图

不同的滤片,可以有效的吸收低能量的X射线,原本连续的X射线谱转变成分连续的波谱,不同类型、不同厚度的滤片对低能X射线的吸收能力不同,一次CT精细扫描之前要经过更换不同的滤片进行预扫描,可以给出更合理的选择。如下图给出了某品牌设备厂家给出的不同滤片的吸收强度及范围,可以为大家挑选合理的滤片进行预扫描提供参考,如图6所示。

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图6 不同滤片对X射线的过滤能力关系

当我们选择合理的滤片,就可以获得更多我们想要的细节信息,如图7所示。原本明暗度不够分明的细节,通过合理选择滤片,过滤掉低能杂散光后,给出了更切合真实情况的结果。

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图7 滤片对工件进行CT测量结果的影响

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