CR成像技术在弹道实验中的应用

CR成像技术在弹道实验中的应用

0 引言

    在X射线检测中，CCD数字化实时成像系统因其不需要进行胶片冲洗，成像速度快，得到的图像较传统胶片图像质量好而获得了广泛的应。而在弹道实验中，由于经常有高速运动的破片，以及高速高压气流和爆炸强冲击力等。往往会对CCD数字成像系统造成损坏，且防护装置体积庞大，因此，很多弹道实验无法使用CCD数字成像系统。

    而传统的胶片成像使用化学处理X射线胶片，从图像的采集到技术人员的检测，至少需要20分钟。如果胶片曝光量不够或透照角度错误，还必须重新进行所有的程序。此外，还必须配备存放地点和经过培训的员工，并保证安全操作、存储和处理胶片冲洗药液。

    CR(computed radiography)技术是介于胶片成像与CCD数字成像之间的中间技术。这种技术类似于胶片成像。它由成像板替代胶片将图像存储起来，然后采用激光扫描仪将成像板中的图像读出来．并将其转换成数字图像。

    传统X射线胶片成像系统能摄照的部位都可以用CR成像，CR系统中代替胶片的成像板可重复使用，动态特性线性度比胶片好，图像处理过程不需要暗房，不需要任何化学溶液，可省掉繁琐的胶片冲洗过程，大大加快了成像速度，减轻了操作者的劳动强度；而且其图像信息是以数字形式读出，非常方便进行图像处理。

    与CCD数字化实时成像相比，CR的最大优势在于仅以成像板代替X射线胶片。由于读取设备与成像板分离，故在弹道实验中的防护容易实施。

    为了提高弹道实验图像诊断的效率和图像质量，南京理工大学瞬态物理国家重点实验室于2008年组建了用于弹道实验的X射线CR成像系统。

1 CR成像原理

    CR成像技术将透过物体的X射线影像信息记录在由荧光物质制成的、有存储功能的荧光板上，这种存储荧光板又称成像板(image plate，简称IP)。IP板曝光后会在其荧光层中形成潜影，将带有潜影的IP板放入激光扫描仪中通过激光束扫描读取，即可将潜在的像还原成可见光的像，再进行计算机采集处理，从而得到数字图像。因此，CR成像的工作过程主要由X射线曝光和读取IP板潜影两部分组成。

1．1 曝光

    当X射线辐射到成像板时，成像板内的增感屏将吸收的X射线转换成可见光的影像，同时荧光晶体中的电子被激发到导带，然后，电子将自发地回到半稳态能级，形成潜在影像。图1所示是其成像板的曝光原理示意图。

1．2 读取

    将成像板放入激光扫描仪的扫描单元，再用激光束扫描成像板，这样在激光激发下，激光能量释放被俘获的电子，使其返回其初始能级，并产生可见光发射；光发射的强度与原来接收的射线剂量成比例；光电接收器接收可见光并将其转换为数字信号送入计算机进行处理，从而得到数字化的射线照相图像。图2所示是CR成像板的图像读出原理示意图。其图像可由激光扫描仪的光子放大器采集并转换成数字信号，以将其储存在计算机中。但应注意：成像板上的成像数据必需在半小时内扫描。

1．3 擦除

    成像板使用前，应擦除成像板上的所有信息。使用强光可擦除荧光层残留的影像，图3所示是其擦除原理图。大多数情况强光照射15秒，就可以完全有效地擦除成像板的信息。但有时擦除时间要增加到最大60秒。

2 CR成像系统的组成

    CR成像系统的主要装置包括影像采集部分(IP板)、影像扫描部分(激光扫描仪)、影像后处理和记录部分(成像软件)，图4所示是其系统组成示意图。

2．1 成像板

    成像板的构造一般分为：底层(起支撑作用)、荧光层(形成潜影)、保护涂层、端口附加密封剂四个部分，其结构如图5所示。

    通常传统胶片的灰价值大于700，半导体接收器的灰价值在1000～10000之间。德尔NDT成像板一般可储存65000灰价值范围的图像，并可消除曝光不足和曝光过度的影响。

2．2 激光扫描仪

    图6所示的德尔CR 35 NDT激光扫描仪是与IP板配套的现代扫描工具，其创新的光子收集系统技术可将图像噪音和干扰降到最低，以近乎100％的效率将激活的X射线信息扫入系统，其分辨率可以达到20LP／mm。

    在图6中，德尔NDT的激光束会在光子收集系统中高速旋转，而精密光学棱镜的使用则保证了激光焦点的直径可以达到12．5μm。依靠专利的抛物面反射镜系统及其特殊的高效涂层，所激发出的冷光束可被收集并定向到光电倍增管的接收器，这样可以提高其信噪比，同时干涉也会急剧减少。因此，其图像的质量可以分辨出最小的细节。

2．3 成像软件

    通过D－Tect成像软件，CR 35 NDT扫描仪可以读取、处理及保存这些数字化信息，并将信息存档及交流。同时，成像软件还具有先进的数字图像评片功能和数据管理功能，以及强大的数据共享能力。

3 CR成像系统在弹道实验中的应用

    将CR成像系统安装在弹道实验装置时，其IP板的安装使用方法与X射线胶片的安装使用方法基本相同，而且其防护措施也相同。图7为部分弹道实验图片。