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数字成像系统DR中平板探测器的主要特性

文章来源:苏州派登斯仪器设备有限公司公司网址:http://www.pedens.cn发表时间:2021/6/6

核心提示:平板探测器是DR和CT的核心部件,其性能对图像质量影响很大。随着市面上探测器的品牌和型号越来越丰富,价格也是有高有低,让人挑起来眼花缭乱。下面整理了一些探测器的主要特性及简单分析,希望对大家在数字成像中探测器的选型有所帮助。实时成像中动态图像的不清晰度与帧率和像素尺寸有关,这里没有讨论。
平板探测器是DR和CT的核心部件,其性能对图像质量影响很大。随着市面上探测器的品牌和型号越来越丰富,价格也是有高有低,让人挑起来眼花缭乱。下面整理了一些探测器的主要特性及简单分析,希望对大家在数字成像中探测器的选型有所帮助。实时成像中动态图像的不清晰度与帧率和像素尺寸有关,这里没有讨论。

像素尺寸:是指成像有效区域长度与像素数之比,或表示为相邻像素的中心距离。数字成像系统DR中平板探测器的主要特性
A、分辨率:两个相邻细节间最小距离的分辨能力。
B、系统分辨率:在无被检工件的情况下,当透照几何放大倍数接近于1时,检测系统所能分辨的单位长度上两个相邻细节间最小距离的能力。反映了检测系统本身的特性,也称为  系统基本空间分辨率。
C、图像分辨率:检测系统所能分辨的被检工件图像中单位长度上两个相邻细节间最小距离的能力,也被称为空间分辨率。
D、极限分辨率:在无物理(几何)放大的条件下,检测系统的最大分辨率。
像素尺寸太小,会增加图像噪声;像素尺寸太大,会降低图像分辨率。所以在选择探测器像素尺寸时要根据具体的检测需求选择,不能过分追求小像素尺寸的探测器。

闪烁体类型:目前工业上常见的非晶硅闪烁体涂层材料有两种碘化铯、硫氧化钆。
碘化铯将X线转换成可见光的能力比硫氧化钆强但成本比较高;将碘化铯加工成柱状结构,可以进一步提高捕获X线的能力,并减少散射光。使用硫氧化钆做涂层的探测器成像速度快,性能稳定,成本较低,但是转换效率不如碘化铯涂层高。

动态范围:是指探测器可以精确测量射线强度的范围。
动态范围计算公式:D=Vs/Vn
动态范围用分贝表示公式:D=20lg(Vs/Vn)
D探测器动态范围  Vs探测器输出最大信号  Vn电子噪声
动态范围越大,说明在被检工件厚薄差异较大的情况下仍然能够得到良好的对比度灵敏度。

灵敏度:探测器输出可检测信号时所需要的最少输入信号强度。
非晶硅探测器的灵敏度由四个方面的因素决定:X射线吸收率,X射线-可见光转换系数,填充系数和光电二极管可见光-电子转换系数。
通常用X射线灵敏度S表示。
如可标注某探测器X射线灵敏度S为:S~1000e-/nGy/pel DN-5 Beam
表示该探测器在标准DN-5 X射线下每nGy在单个像素上产生的电荷数为1000个。
由于X射线灵敏度S与线质有关通常同时给出线质标准如:DN-5 Beam
探测器灵敏度精度越高越好,好的探测器灵敏度能达到1个光子。

调制传递函数MTF:为探测器对比度空间频率转移函数,通常用来表示探测器对于图像细节的分辨能力。
从理论上讲探测器MTF越高越能真实地获得图像信息,探测器MTF应为与空间频率无关的水平直线,但实际上由于采样效应的存在,这种观点并不完全正确,这一点在关于探测器伪影及噪声的分析中将得到体现。由此可见探测器的MTF值并非越高越好,如何选择适当的MTF分布是在探测器分析中需要仔细考虑的问题。

量子探测效率DQE:定义为输出信噪比的平方与输入信噪比的平方之比通常用百分数来表示。
探测器的DQE定义式如下:
DQE= (Sout/Nout) 2/(Sin/Nin) 2
大致上可以这么认为:当系统DQE较高时,可以用较低的剂量获得相同的图像质量;或者用相同的剂量获得较高的图像质量。随着数字图像后处理技术的发展人们已经可以通过适当的算法来提升图像的对比度及边缘锐利程度,从而达到改善图像效果的目的。但却不能改善制约成像质量的另外两个因素:噪声(特别是进入图像信号频域的噪声)及伪影。这两者更多的取决于图像系统探测器本身。

其他特性
噪声:非输入信号造成的输出信号。
噪声的主要来源:探测器的电子噪声、射线图像量子噪声。
信噪比:探测器获得图像信号平均值与图像信号标准偏差之比,用SNR表示。
信噪比越高,图像质量越好。
归一化信噪比:比较不同探测器的信噪比,必须在同样的探测器单元尺寸下进行。
计算公式:SNRn=SNRm×88.6/P
SNRn归一化信噪比,SNRm测量信噪比,P探测器像素尺寸(um)
线性度:是探测器产生的信号在最大剂量射线强度范围内与入射强度成正比的能力。
稳定性:是随着工作时间的增加探测器处理信号产生一致性的能力,线性度和稳定性直接影响探测器精度。
响应时间:是探测器从接收射线光子到获得稳定的探测器信号所需要的时间,它是影响独立采样的速率及数据质量的关键。由探测器预备时间,曝光等待时间,曝光窗口,图像读出时间四部分构成。
记忆效应:表示图像残留的参数,通常用两个参量来表示残留因子的变化。
一次曝光20S后探测器短期记忆效应(Short-term memory effect 20s) 如:0.1%
一次曝光60S后探测器短期记忆效应(Short-term memory effect 60s) 如:0.02%
主要原因:闪烁体发光、残留电荷。

需要注意的是此处的数值是在正常曝光条件下,如出现过曝光情形则大于此数值。


原文标题:数字成像系统DR中平板探测器的主要特性


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