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工業CT分辨率——空間分辨率和密度分辨率

發布日期:2021-04-27 作者: 點擊:

工業CT分辨率——空間分辨率和密度分辨率

   

本世紀初,科學界和公眾評選了20世紀最偉大的科學發明,裏麵許多發明都已經深深影響了公眾生活,例如電視機,晶體管,因特網等等,但是有一個偉大發明很多公眾不是很了解,就是——CT掃描技術。


1963年,美國物理學家科馬克發現X線的透過率有所不同,並得到了一些計算公式;1967年,英國電子工程師亨斯菲爾德製作了一台能加強X射線放射源的簡單的掃描裝置,即後來的CT,用於對人的頭部進行實驗性掃描測量。1971年9月,亨斯菲爾德又與一位神經放射學家合作,用它檢查了第一個病人,試驗非常成功,到了1972年4月,亨斯菲爾德在英國放射學年會上首次公布了這一結果,正式宣告了CT的誕生。


一開始,CT技術主要應用於醫學領域,但是很快,工程師們意識到,CT技術在工業檢測領域也是大有可為。於是,美國率先將其引入到航天及其它工業部門,另一些發達國家相繼跟上,經過一段不長的時間,形成了CT技術又一個分支——工業CT,其重要作用被評價為無損檢測領域的重大技術突破。


隨著幾十年來的發展,工業CT的應用幾乎遍及所有產業領域,對汽車、電子、航天航空等領域。


工業CT和醫學CT在基本原理和功能組成是相同的,但因檢測對象不同,技術指標和係統結構就有較大差別。醫學CT檢測對象是人體,單一而確定,性能指標和設備結構較規範,適於批量生產。工業CT檢測對象是工業產品,形狀、組成、尺寸和重量等千差萬別,且測量要求不一,由此帶來技術的複雜性和結構的多樣化,專用性較強。


CT技術之所以被認為是20世紀後期最偉大的科技成果之一,是因為CT技術不受被檢測物體材料、形狀、表麵狀況等因素影響,能夠給出被檢測物體二維、三維直觀圖像,成為醫學檢測或者工業設備或部件無損檢測和質量評估的重要手段。


CT係統的空間分辨率(spatial resolution)是重要性能表征參數,也是CT檢測質量保證的關鍵因素。空間分辨率是指從CT圖像中能夠分辨特定的最小幾何細節的能力,定量表示為能分辨兩個細節特征的最小間距,醫學臨床上體現為對小病灶或結構的成像能力,工業CT上則體現為對細節特征(氣孔、裂紋)的辨別能力。而調製傳遞函數用來測試工業CT成像係統空間分辨能力,可定義為邊界響應函數傅裏葉變換的幅值,通常有兩種測試方法被采用來測試工業CT係統中調製傳遞函數,繪製MTF曲線,即圓盤法和線對卡法。


除了空間分辨率,密度分辨率(contrast resolution)也是判斷CT性能和說明圖像質量的兩個指標。空間分辨率是指密度分辨率大於10%時,影像中能顯示的最小細節;密度分辨率是指能分辨組織之間最小密度差異。二者是互相製約的。空間分辨率與像素大小有密切關係,一般為像素寬度的1.5倍。像素越小、數目越多,空間分辨率提高,圖像越清晰。但在X線源總能量不變的條件下,每個單位容積所獲得的光子數卻按比例減少,致使密度分辨率下降。CT的密度分辨率又受噪聲和顯示物大小所製約,噪聲越小和顯示物越大,則密度分辨率越佳。


空間分辨率是檢測設備能夠區分細小物體的能力。空間分辨率越高,檢測圖像上不同物體的界麵越清晰,所能區分的結構最小特征尺寸越小。


密度分辨率是設備區分不同物體的能力。密度分辨率越高,檢測圖像上不同物體的差異越明顯,區分不同物質的能力越強。


影響密度分辨率的主要因素是信噪比、像素尺寸和細節特征尺寸。噪聲的來源主要是射線源的量子噪聲,電子元器件噪聲以及重建算法造成的反映在圖像上的噪聲。其中量子噪聲是主要的。它與射線源劑量之間的關係按Brooks公式計算,要提高密度分辨率,則射線源的劑量要增加。當細節特征尺寸小於最小射束寬度時,密度分辨率與噪聲和像素尺寸成正比,與最小射束寬度成反比;當細節特征尺寸大於等於最小射束寬度時,密度分辨率與噪聲和像素尺寸成正比,與細節特征尺寸成反比。密度分辨率與檢測對象的細節特征尺寸有關,要提高係統的密度分辨率,則要減小圖像噪聲和采樣間隔,降低密度分辨率數值,提高密度分辨率。


在對細節特征尺寸小於最小射束寬度時的樣品檢測時降低空間分辨率可以獲得更高的密度分辨率。在對細節特征尺寸大於等於最小射束寬度時,提高空間分辨率與提高密度分辨率並不矛盾,即采用高空間分辨率參數檢測,不影響對檢測對象密度的分辨。


綜上分析,影響CT係統空間分辨率的主要因素是空間頻率(即采樣間隔或像素尺寸)和係統的運行精度。采樣間隔越小,CT圖像的像素尺寸越高,圖像的空間分能力越強,這就需要高的運行精度,保障在數據采樣過程中精確定位。

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本文網址:http://www.pacheart.com/news/806.html

關鍵詞:工業CT

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