CR技术与胶片照相技术的特性对比试验

王 军，强天鹏，郑 凯

（江苏省特种设备安全监督检验研究院，南京 210003）

计算机射线成像（Computed Radiography，简称CR）技术所使用的射线探测器是成像板（Image Plate，简称IP）。在目前所有的数字射线成像技术中，成像板的物理性能是最与胶片一致的。成像板的厚薄程度与胶片相当，可弯曲，可分割成不同尺寸和形状［1］。在CR技术使用过程中，其透照方式与胶片技术一样，不需要更换或改造射线设备，不需要特殊工装，因此可以在任何场所替代胶片的使用。

CR技术通过曝光、扫描、成像，最终获得数字化图像。虽然其在适应性方面与胶片技术极为一致，但在成像机理、获得图像的途径上有着本质的区别。因此有必要对CR技术的特性进行了解，并与胶片技术进行对比，尤其是比较两者的差异，以利于CR技术的推广和应用。

1 成像质量的影响因素

根据ASTM E2445《无损检测 计算机射线照相系统的长期稳定性与鉴定方法》和ASTM E2446《无损检测 计算机射线照相系统的分类》标准对于CR技术的描述，CR系统成像质量的影响因素包括IP系统空间分辨力、不清晰度、散射、对比度、信噪比以及软件、扫描参数。另外，使用的Pb金属屏的增感、过滤特性与胶片技术的差异等因素，对成像质量也有着至关重要的影响。

2 特性差异比较试验

以下针对Pb增感屏影响、空间分辨力、散射线影响等几方面，讨论CR技术与胶片技术的差异，并通过试验比较两者的不同之处。

2.1 Pb增感屏影响

通过试验，可以了解Pb金属屏在CR照相中的作用，同时通过与胶片技术中的增感作用相比较，了解CR照相是否与胶片射线照相一样，两者Pb屏作用是否相同。

2.1.1 试验准备

增感屏的增感性能可用增感系数Q表示，了解Pb屏在CR照相中的作用可通过测量增感系数来完成。其中增感系数是指成像板（胶片）一定、线质一定、扫描参数（暗室处理）条件一定时，为得到同一灰度值（黑度）图像（底片），不用增感屏的曝光量E0与使用增感屏时的曝光量E之间的比值，即Q＝E0／E［2］。

由于很难得到两幅图像的灰度值（即黑度）相同，同时试验证明灰度值与曝光量成正比（图1，忽略本底灰雾度），因此可用曝光量相同的情况下得到的使用增感屏时的灰度值与不用增感屏的灰度值之间的比值来计算增感系数［3］。

2.1.2 试验过程

透照12mm厚开孔铅板，得到的CR图像见图2，并使图像中每个孔分别得到不同的曝光量。试验步骤如下：

图1 某特定管电压下IP曝光量与灰度值对应关系曲线

图2 增感系数测试的CR图像

（1）固定X射线机、透照布置、曝光量、扫描仪、扫描参数。分别不用增感屏、使用0.03mm增感屏、使用0.1mm增感屏对IP进行曝光，在相同的曝光时间下比较分析灰阶值和黑度的变化，计算增感系数，得出该射线能量下不同厚度增感屏有无增感作用。

（2）分别用120，220，320kV管电压进行曝光试验。

（3）分别选用不同型号IP进行曝光。

（4）读出不同实验条件下的CR图像灰阶值。

（5）记录、比较试验数据，进行汇总。

2.1.3 试验结果

利用试验所得数据，通过计算得到CR技术Pb金属屏的增感系数。同时通过试验得到Agfa D4、Agfa C7胶片在相同线质、相同增感屏情况下的增感系数，结果见图3。

图3 不同IP和胶片的增感系数比较

2.1.4 结论分析

在射线照相中，与探测器直接接触的Pb屏有以下两个基本效应：

（1）增感效应：Pb增感屏受透射射线激发产生二次电子和二次射线，二次电子和二次射线能量很低，极易被探测器吸收，从而能增加对探测器的感光作用。

（2）吸收效应：对波长较长的散射线有吸收作用，从而减少散射线引起的灰雾度，提高影像对比度。

电压较低时，软X射线成分较多，加Pb屏后，对波长较长的软射线起吸收作用。因此射线能量较低时，Pb增感屏不起增感作用，只起滤波作用；电压较高时，线质变硬，Pb屏受透射射线激发产生二次电子和二次射线，有增感作用。但试验证明，Pb屏对IP增感作用不大。

另外，感光材料颗粒度不同，则IP分辨力不同，而且不同厂家的IP可能存在配方不同的现象。因此即使在相同射线能量和Pb增感屏的情况下，不同IP的增感程度也不同，在实际使用时需通过试验或曝光曲线的制作来确定曝光参数。

CR技术在使用Pb屏时，增感作用不明显。最大的增感系数只有1.35，远低于胶片。电压较低时（如120kV），增感屏没有增感作用，过滤作用明显，这时增感系数小于1。

2.2 空间分辨力

根据ASTM E2446标准，基本空间分辨力（Basic spatial resolution）是指CR系统有效像素尺寸，可使用双丝像质计（IQI）测得的不清晰度读出值除以2得到。

比较空间分辨力指标对于CR技术和胶片技术而言有很大差距。胶片技术中胶片银盐粒度很小（0.01mm以内），分辨力很高，远远超出人眼的观察能力，对视觉效果不构成影响，因此长期以来胶片检测运用中未提出分辨力的问题。但对于CR技术，因其指标明显低于胶片技术，在运用中就显得很重要。

试验结果证明，HD－CR的系统分辨力可达双丝透度计的13D（图4），即分辨力可达50μm，这个数值已经达到了人眼的识别极限。也就是说如果使用胶片技术，虽然胶片实际分辨力会更低，但极限识别数据也只能达到50μm，因此CR技术对于分辨力这一指标是可以与胶片技术达到相同的实际效果的。目前国外技术机构提供的有关CR分辨力的第三方试验报告可达40μm，制造商提供的数据可达25μm，可以满足相关标准及实际使用要求［4］。

图4 HD－IP成像板管电压90kV时系统分辨力测试图像

根据ISO 17636.2《焊接无损检测 焊接接头射线照相检查 第二部分：采用数字探测器的X和γ射线照相技术》三个补偿原则的规定，在运用数字检测技术时，可以运用补偿原则来弥补某一指标的不足。其规定为：通过提高信噪比补偿探测器清晰度的不足（如提高丝型像质计的丝号或孔型像质计的孔号值来弥补双丝像质计线对号）。根据补偿原则，如果所用探测器系统和曝光条件无法达到标准所规定的分辨力，则可通过提高信噪比来提高单丝可见度或阶梯孔型透度计可见度作为补偿超出的不清晰度值。例如对于指定探测器的设置没有达到需要的D12和 W16（5mm壁厚、B级），则D11和W17可认为相当于D12和W16的检测灵敏度［5］。

作为一个重要指标，各种CR技术的分辨力远低于胶片技术，长期以来，分辨力已成为CR技术应用的瓶颈。补偿原则利用CR技术的优势（在一定范围内，CR技术灵敏度高于标准要求）来弥补了自身的劣势，克服了这一主要技术障碍，使CR技术的工程应用又向前跨进了一大步。

2.3 散射线影响

根据资料和经验，CR系统对软射线较胶片敏感，因此散射线对IP的影响是明显的，可以通过试验进行验证。

分别透照平板试块和厚度相当的阶梯试块，通过对图像的分析，比较散射线的影响。所用射线机型号为ISOVOLT Titan 320，IP类别为Duerr白色IP，扫描仪型号为 HD－CR 35NDT，扫描参数为50μm（Hv650Laser6rpm3000）。试验结果见表1，CR图像见图5。由图5（a）和（b）可见，阶梯试块边缘明显有被侵蚀现象，图像质量低于对平板的透照。平板能看到0.2mm透度计钢丝（0.25mm钢丝较清晰），前者0.25mm钢丝不可见。对平板透照时曝光量明显大于前者。这是因为对小工件或透照厚度差较大的工件透照时，有明显的边蚀散射作用。由于IP对软射线较为敏感，因此，在边蚀散射明显的情况下，图像灰度值变大，灵敏度降低。

表1 散射线影响试验结果

图5 CR图像

3 结语

通过试验和相关标准的研究，CR技术和胶片技术存在一些特性差异，包括：

（1）在工业领域运用CR技术进行照相时，Pb金属屏的增感系数较低，甚至小于1，起不到增感作用。使用增感屏的主要作用是过滤散射线，提高检测灵敏度。

（2）CR技术的分辨力已经达到了人眼的识别极限，并且，应用补偿原则，允许CR技术比胶片技术有更大的不清晰度，不要求数字图像的像素达到胶片颗粒度水平，这使目前的CR技术可以应用于工业生产，也使整个投入和运行成本得到控制，对新技术的发展起着非常积极的推动作用。

（3）CR系统对散射线的敏感程度要超过胶片技术，因此，要得到较好的图像质量，在CR技术应用过程中对散射线必须注意防护。

在将CR技术应用于工业领域过程中，既要认可射线检测的一般原理、公认惯例，又要根据其特点，掌握其与传统胶片技术的不同之处，并了解这些不同之处对应用的影响。只有清楚地掌握了其普遍性和特殊性，才能更好地使该项新技术得到应用，并为人们普遍接受。

［1］ 李博.CR技术的进展和标准体系［R］.2009远东无损检测新技术论坛，苏州，2009.

［2］ 强天鹏.射线检测［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

［3］ 王军，强天鹏，黄庆华.铅屏在计算机射线照相中的作用［C］.全国第九届无损检测学术年会，上海：2010.

［4］ 王军，强天鹏，黄庆华.计算机射线照相技术的灵敏度研究［C］.2011远东无损检测新技术论坛，杭州：2011.

［5］ 强天鹏，王军，黄庆华.数字射线照相国际标准ISO17636－2介绍［R］.无损检测人员资格复试考核技术讲座，南昌：2012.