CR成像技術在彈道實驗中的應用

0 引言

??? 在X射線檢測中，CCD數字化實時成像系統因其不需要進行膠片沖洗，成像速度快，得到的圖像較傳統膠片圖像質量好而獲得了廣泛的應。而在彈道實驗中，由于經常有高速運動的破片，以及高速高壓氣流和爆炸強沖擊力等。往往會對CCD數字成像系統造成損壞，且防護裝置體積龐大，因此，很多彈道實驗無法使用CCD數字成像系統。

??? 而傳統的膠片成像使用化學處理X射線膠片，從圖像的采集到技術人員的檢測，至少需要20分鐘。如果膠片曝光量不夠或透照角度錯誤，還必須重新進行所有的程序。此外，還必須配備存放地點和經過培訓的員工，并保證安全操作、存儲和處理膠片沖洗藥液。

??? CR(computed radiography)技術是介于膠片成像與CCD數字成像之間的中間技術。這種技術類似于膠片成像。它由成像板替代膠片將圖像存儲起來，然后采用激光掃描儀將成像板中的圖像讀出來．并將其轉換成數字圖像。

??? 傳統X射線膠片成像系統能攝照的部位都可以用CR成像，CR系統中代替膠片的成像板可重復使用，動態特性線性度比膠片好，圖像處理過程不需要暗房，不需要任何化學溶液，可省掉繁瑣的膠片沖洗過程，大大加快了成像速度，減輕了操作者的勞動強度；而且其圖像信息是以數字形式讀出，非常方便進行圖像處理。

??? 與CCD數字化實時成像相比，CR的最大優勢在于僅以成像板代替X射線膠片。由于讀取設備與成像板分離，故在彈道實驗中的防護容易實施。

??? 為了提高彈道實驗圖像診斷的效率和圖像質量，南京理工大學瞬態物理國家重點實驗室于2008年組建了用于彈道實驗的X射線CR成像系統。

1 CR成像原理

??? CR成像技術將透過物體的X射線影像信息記錄在由熒光物質制成的、有存儲功能的熒光板上，這種存儲熒光板又稱成像板(image plate，簡稱IP)。IP板曝光后會在其熒光層中形成潛影，將帶有潛影的IP板放入激光掃描儀中通過激光束掃描讀取，即可將潛在的像還原成可見光的像，再進行計算機采集處理，從而得到數字圖像。因此，CR成像的工作過程主要由X射線曝光和讀取IP板潛影兩部分組成。

1．1 曝光

??? 當X射線輻射到成像板時，成像板內的增感屏將吸收的X射線轉換成可見光的影像，同時熒光晶體中的電子被激發到導帶，然后，電子將自發地回到半穩態能級，形成潛在影像。圖1所示是其成像板的曝光原理示意圖。

1．2 讀取

??? 將成像板放入激光掃描儀的掃描單元，再用激光束掃描成像板，這樣在激光激發下，激光能量釋放被俘獲的電子，使其返回其初始能級，并產生可見光發射；光發射的強度與原來接收的射線劑量成比例；光電接收器接收可見光并將其轉換為數字信號送入計算機進行處理，從而得到數字化的射線照相圖像。圖2所示是CR成像板的圖像讀出原理示意圖。其圖像可由激光掃描儀的光子放大器采集并轉換成數字信號，以將其儲存在計算機中。但應注意：成像板上的成像數據必需在半小時內掃描。

1．3 擦除

??? 成像板使用前，應擦除成像板上的所有信息。使用強光可擦除熒光層殘留的影像，圖3所示是其擦除原理圖。大多數情況強光照射15秒，就可以完全有效地擦除成像板的信息。但有時擦除時間要增加到最大60秒。

2 CR成像系統的組成

??? CR成像系統的主要裝置包括影像采集部分(IP板)、影像掃描部分(激光掃描儀)、影像后處理和記錄部分(成像軟件)，圖4所示是其系統組成示意圖。

2．1 成像板

??? 成像板的構造一般分為：底層(起支撐作用)、熒光層(形成潛影)、保護涂層、端口附加密封劑四個部分，其結構如圖5所示。

??? 通常傳統膠片的灰價值大于700，半導體接收器的灰價值在1000～10000之間。德爾NDT成像板一般可儲存65000灰價值范圍的圖像，并可消除曝光不足和曝光過度的影響。

2．2 激光掃描儀

??? 圖6所示的德爾CR 35 NDT激光掃描儀是與IP板配套的現代掃描工具，其創新的光子收集系統技術可將圖像噪音和干擾降到最低，以近乎100％的效率將激活的X射線信息掃入系統，其分辨率可以達到20LP／mm。

??? 在圖6中，德爾NDT的激光束會在光子收集系統中高速旋轉，而精密光學棱鏡的使用則保證了激光焦點的直徑可以達到12．5μm。依靠專利的拋物面反射鏡系統及其特殊的高效涂層，所激發出的冷光束可被收集并定向到光電倍增管的接收器，這樣可以提高其信噪比，同時干涉也會急劇減少。因此，其圖像的質量可以分辨出最小的細節。

2．3 成像軟件

??? 通過D－Tect成像軟件，CR 35 NDT掃描儀可以讀取、處理及保存這些數字化信息，并將信息存檔及交流。同時，成像軟件還具有先進的數字圖像評片功能和數據管理功能，以及強大的數據共享能力。

3 CR成像系統在彈道實驗中的應用

??? 將CR成像系統安裝在彈道實驗裝置時，其IP板的安裝使用方法與X射線膠片的安裝使用方法基本相同，而且其防護措施也相同。圖7為部分彈道實驗圖片。