CR檢測中的分辨力與分辨率你了解清楚了嗎

隨著特種設(shè)備行業(yè)射線數(shù)字成像標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布和人員取證的實(shí)施，數(shù)字射線檢測技術(shù)得到了大力的推廣應(yīng)用。由于各標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布時(shí)間、起草人員不同，標(biāo)準(zhǔn)中的術(shù)語也就略存在差異，易引起混淆。特別是X射線計(jì)算機(jī)輔助成像檢測（簡稱CR檢測）標(biāo)準(zhǔn)，存在多個(gè)有關(guān)分辨力和分辨率的術(shù)語，給數(shù)字射線從業(yè)人員在學(xué)習(xí)、理解和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)上帶來很大的困難。為此，東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司的檢測人員通過對標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013.11-2015《承壓設(shè)備無損檢測第11部分：X射線數(shù)字成像檢測》、NB/T47013.14-2016《承壓設(shè)備無損檢測第14部分：X射線計(jì)算機(jī)輔助圖像檢測》和ISO17636-2：2013《Non-destructivetestingofwelds-Radiographictesting-Part2:X-andγ-raytechniqueswithdigitaldetectors》中易于混淆的術(shù)語和定義進(jìn)行理論對比分析和試驗(yàn)，以幫助從業(yè)人員更好地理解標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)CR檢測技術(shù)在特種設(shè)備行業(yè)中的更好應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)對分辨力和分辨率的定義術(shù)語和定義取自NB/T47013.11和NB/T47013.14現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中。分辨力兩個(gè)相鄰細(xì)節(jié)間最小距離的分辨能力，用mm表示。分辨率分辨率定義為單位長度上可分辨兩個(gè)相鄰細(xì)節(jié)間最小距離的能力，用lp/mm表示。分辨率分為系統(tǒng)分辨率和圖像分辨率，用雙線型像質(zhì)計(jì)或分辨率測試卡測試。數(shù)字圖像的分辨率（力），限定了圖像所能分辨的、處于與射線束垂直平面內(nèi)的相鄰細(xì)節(jié)（缺陷）間的最小尺寸，即圖像可以分辨的細(xì)節(jié)最小間距。分辨率和分辨力的主要區(qū)別在于分辨率是相對值，分辨力是絕對值，分辨率等于2倍分辨力的倒數(shù)。1系統(tǒng)基本空間分辨率（簡稱系統(tǒng)分辨率）在無被檢工件的情況下，按照標(biāo)準(zhǔn)測試條件獲得的，單位長度上CR系統(tǒng)數(shù)字圖像所能顯示的最小細(xì)節(jié)的能力，用SRb表示。2圖像空間分辨率（簡稱圖像分辨率）在有被檢工件的情況下，按照實(shí)際檢測條件得到的，單位長度上數(shù)字圖像所能顯示的最小細(xì)節(jié)的能力，用SiRb表示。系統(tǒng)分辨率與檢測系統(tǒng)有關(guān)，與被檢對象無關(guān)，反映檢測系統(tǒng)本身特性，主要取決于使用的射線機(jī)、CR掃描儀和IP板類型。射線機(jī)焦點(diǎn)尺寸小，激光掃描儀掃描步進(jìn)小，IP晶體體積小可獲得較高的圖像分辨率。例如晶體體積小的IP分辨率比較高，可達(dá)25μm甚至更小。晶體體積較大的，空間分辨率也較低，最多只能達(dá)到50μm。圖像分辨率是檢測系統(tǒng)針對特定檢測對象在特定檢測條件時(shí)，得到的檢測圖像分辨率，主要考核圖像的不清晰度。對于特定的檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)分辨率為一定值，圖像分辨率隨檢測對象和透照工藝的變化而不同，且數(shù)值低于系統(tǒng)分辨率。掃描分辨率由掃描決定的數(shù)字圖像的像素幾何尺寸，取決于激光掃描儀掃描IP板的行間距，以及激光點(diǎn)掃描行走速度與轉(zhuǎn)換器工作頻率之比。掃描分辨率（掃描精度或掃描步進(jìn)）主要受激光斑點(diǎn)尺寸、步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)精度和激光頭擺動(dòng)精度的影響。掃描分辨率是控制CR系統(tǒng)圖像質(zhì)量和IP掃描速度的關(guān)鍵因素，掃描分辨率高，相應(yīng)的掃描速度就慢，獲得的圖像分辨率就高。實(shí)際系統(tǒng)分辨率低于理想狀態(tài)的系統(tǒng)分辨率。標(biāo)準(zhǔn)中分辨力和分辨率的指標(biāo)規(guī)定01圖像分辨率的表述在實(shí)際應(yīng)用中，各個(gè)射線數(shù)字成像檢測標(biāo)準(zhǔn)并未嚴(yán)格區(qū)分雙線型像質(zhì)計(jì)讀數(shù)值、圖像不清晰度，其分辨率和分辨力的關(guān)系如表1～3所示。

表1NB/T47013.11-2015標(biāo)準(zhǔn)的表5中B級像質(zhì)應(yīng)達(dá)到的圖像分辨率

表2NB/T47013.14-2016標(biāo)準(zhǔn)的表9中B級像質(zhì)應(yīng)達(dá)到的圖像分辨率

表3ISO17636-2:2013標(biāo)準(zhǔn)的表B.14中B級像質(zhì)應(yīng)達(dá)到的圖像分辨率

在NB/T47013.11-2015標(biāo)準(zhǔn)中圖像分辨率單位用lp/mm表示，在NB/T47013.14-2016和ISO17636-2:2013中用分辨力表示分辨率，單位為mm。在實(shí)際應(yīng)用中并未嚴(yán)格區(qū)分分辨力和分辨率間的關(guān)系，常用分辨力表示分辨率。例如：某圖像分辨率為5lp/mm，對應(yīng)分辨力為0.1mm，圖像不清晰度為0.2mm，雙線型像質(zhì)計(jì)測定值為D10，則該圖像分辨率為D10或0.1mm。02歸一化信噪比計(jì)算時(shí)的分辨率選擇在歸一化信噪比計(jì)算時(shí)，同樣采用分辨力的值代入公式進(jìn)行計(jì)算，但不同的標(biāo)準(zhǔn)對分辨率的規(guī)定又不相同。ISO17636-2:2013標(biāo)準(zhǔn)中歸一化信噪比SNRN的定義為：利用從數(shù)字圖像中直接測量的基本空間分辨率SRb和SNR值（即SNRmeasured）經(jīng)式(1)歸一化得到。式中：88.6為歸一化系數(shù)，單位為μm。在進(jìn)行歸一化信噪比計(jì)算時(shí)，SRb為系統(tǒng)分辨率或圖像分辨率對應(yīng)的分辨力值，即雙線型像質(zhì)計(jì)絲徑或絲徑距離的值。NB/T47013.14-2016標(biāo)準(zhǔn)定義歸一化信噪比SNRN為基于CR系統(tǒng)分辨率SRb，經(jīng)歸一化處理后的信噪比，可用式(2)表示。式中：C為歸一化系數(shù)，等于88.6μm；SNRm為測量信噪比。同時(shí)該標(biāo)準(zhǔn)條款C.3規(guī)定“進(jìn)行歸一化信噪比測量所需的CR系統(tǒng)分辨率的值按照附錄B測定?！睆男g(shù)語定義和歸一化信噪比計(jì)算公式可看出，SRb為CR系統(tǒng)分辨率。通過分析，不同標(biāo)準(zhǔn)對歸一化信噪比計(jì)算公式是相同的，但分辨率取值不同，ISO17636-2:2013規(guī)定為圖像分辨率，NB/T47013.14-2016為系統(tǒng)分辨率。對同一圖像而言，NB/T47013.14-2016測量的圖像歸一化信噪比數(shù)值高于ISO17636-2:2013的，即按照NB/T47013.14-2016標(biāo)準(zhǔn)采集的圖像質(zhì)量可能不滿足ISO17636-2:2013標(biāo)準(zhǔn)的要求。例如某CR檢測系統(tǒng)的分辨率為D11（0.08mm），采用此CR系統(tǒng)按照AB級對60mm平板對接焊縫進(jìn)行檢測，當(dāng)管電壓為350～450kV時(shí)，圖像歸一化信噪比要求≥98。如果圖像測量信噪比為100，圖像分辨率為D6（0.25mm）。分別將系統(tǒng)分辨率和圖像分辨率代入式(2)進(jìn)行計(jì)算得到：系統(tǒng)分辨率為0.08mm時(shí)，SNRN=110.8＞98滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；圖像分辨率為0.25mm時(shí)，SNRN=35.4＜98不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。可見對同一圖像，在測量信噪比相同的情況下，采用不同的分辨率代入公式計(jì)算得到的歸一化信噪比數(shù)值相差超過3倍。在實(shí)際CR檢測應(yīng)用中，為獲得高質(zhì)量的CR檢測圖像，圖像歸一化信噪比計(jì)算時(shí)并未采用系統(tǒng)分辨率，而是采用圖像分辨率。分辨率試驗(yàn)采用型號HPX-1Plus的激光掃描儀，HR型成像板，HSXY-320HP型射線機(jī)（焦點(diǎn)尺寸為1.0mm），厚度為6mm的低碳鋼鋼板進(jìn)行試驗(yàn)。01掃描分辨率和系統(tǒng)分辨率按照NB/T47013.14-2017附錄B要求，將兩個(gè)雙線型像質(zhì)計(jì)同時(shí)放在IP板上分別與像素行或列成2°～5°的傾角，掃描參數(shù)和透照條件如表4所示。

表4CR系統(tǒng)測試掃描參數(shù)和透照條件

按照上述條件進(jìn)行曝光和IP板掃描后，得到系統(tǒng)分辨率如圖1所示。圖1CR檢測系統(tǒng)分辨率測試對圖像進(jìn)行分析，可得出以下結(jié)論：1按照采樣定理，CR掃描儀的掃描分辨率P為25μm，理想狀態(tài)系統(tǒng)分辨率R=2P=50μm；2當(dāng)激光束與雙線型像質(zhì)計(jì)絲徑垂直時(shí)系統(tǒng)分辨率為88.8μm，激光束與雙線型像質(zhì)計(jì)絲徑平行時(shí)系統(tǒng)分辨率為82.1μm，兩個(gè)方向略有差異，系統(tǒng)分辨率為D11，即SRb=80μm；3系統(tǒng)實(shí)測分辨率低于理想分辨率，系統(tǒng)分辨率不僅與掃描分辨率相關(guān)，還與IP板類型有關(guān)。02掃描分辨率和圖像分辨率采用相同的透照工藝（管電壓150kV，曝光量5mA·min，焦距700mm）對6mm厚的鋼板進(jìn)行透照。透照時(shí)，只改變掃描分辨率，而激光功率和PMT增益值保持不變，測試數(shù)據(jù)如表5所示。

表5掃描分辨率對圖像分辨率的影響

由表5可得出以下結(jié)論：1在特定的CR檢測系統(tǒng)中，激光掃描儀掃描分辨率越高，圖像分辨率越高；2在滿足產(chǎn)品檢測要求下，掃描分辨率變化對圖像分辨率不會(huì)產(chǎn)生明顯影響，適當(dāng)降低掃描分辨率可提高掃描速度；3激光掃描儀的分辨率應(yīng)可以調(diào)節(jié)以適應(yīng)各種檢測需要，圖像采集時(shí)掃描分辨率要高于標(biāo)準(zhǔn)要求的圖像分辨率。03系統(tǒng)分辨率和圖像分辨率射線數(shù)字圖像檢測技術(shù)中，圖像不清晰度包括幾何不清晰Ug和圖像固有不清晰度Uc，可用圖像分辨率表示，其等于2倍圖像分辨率（力）。固有不清晰度Uc可用式(5)表示：幾何不清晰度Ug可用式(6)表示：式中：F為焦點(diǎn)至IP板的距離；df為焦點(diǎn)尺寸；L1為焦點(diǎn)至工件表面的距離；L2為工件表面至IP板的距離。由式(6)可知：幾何不清晰度與焦點(diǎn)尺寸和工件厚度成正比，與焦點(diǎn)至工件表面的距離成反比。在焦點(diǎn)尺寸和工件厚度一定的情況下，焦距越大，Ug值越小，圖像分辨率越好。通過上述試驗(yàn)測得該CR檢測系統(tǒng)分辨率SRb為88.8μm，固有不清晰度Uc為0.1776mm。掃描參數(shù)和透照電壓保持不變，曝光量按平方反比定律計(jì)算，通過改變焦距，測得的圖像分辨率變化如表6所示。

表6焦距對圖像分辨率的影響

對表6進(jìn)行分析，可得以下結(jié)論：1圖像不清晰度計(jì)算值小于圖像不清晰度測定值，即實(shí)際圖像分辨率低于理論計(jì)算結(jié)果；2焦距從200mm變化到1000mm時(shí)，圖像分辨率未發(fā)生明顯變化，圖像分辨率增大，幾何不清晰度降低，圖像分辨率逐漸提高；3雖然圖像分辨率未發(fā)生明顯變化（未超過一個(gè)絲號），但對應(yīng)的分辨率數(shù)值下降的百分比不同（圖像分辨率80～100μm都屬于D11）；圖2(a)中圖像分辨率實(shí)測值為88.8μm，第一對不能識別的雙線型像質(zhì)計(jì)絲徑百分比為15.8%，圖2(b)中圖像分辨率實(shí)測值為92.2μm，第一對不能識別的雙線型像質(zhì)計(jì)絲徑百分比為12.7%；圖2CR圖像分辨率測試4因CR檢測的圖像分辨率和系統(tǒng)分辨率高，圖像分辨率主要取決于系統(tǒng)分辨率，當(dāng)焦距滿足標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)等級最小焦距情況下，焦距和射線機(jī)焦點(diǎn)尺寸產(chǎn)生的幾何不清晰度Ug對圖像不清晰度U的影響很小，即對圖像分辨率的影響較小。結(jié)語分辨率（或