影像质量：基本因素剖析

1.概念

射线照片上影像质量的基本因素是对比度、（不）清晰度和颗粒度。

如图2.2-46所示，从金属阶梯边界的射线照相影像，可以给出射线照相影像的基本影响因素。当透照一锐利的垂直的金属物体边界时，理想的情况应得到一阶跃式的黑度分布曲线，但检测指出，实际的黑度分布是在两个黑度之间存在一个缓慢变化的过渡区域，过渡区的黑度实际上存在不规则的大大小小的起伏不断变化。

图2.2-46 射线照相影像的基本因素

对应金属阶梯厚度差的黑度差称为该影像的对比度，常记为ΔD（或C）。从一个黑度到另一黑度的缓慢变化区的宽度，定义为影像的不清晰度，一般记为U。黑度不规则变化的统计标准差称为影像的颗粒度，记为σ_D。ΔD、U和σ_D即是影像质量的基本因素。

影像的对比度决定了在射线透照方向上可识别的细节最小尺寸，影像的（不）清晰度决定了在垂直于射线透照方向上可识别的细节最小尺寸（或者说可分辨的两个细节的最小间距），胶片的颗粒度决定了影像可显示的细节最小尺寸。

2.对比度基本表达式

按图2.2-47所示，从物体厚度的一个小的增加量ΔT产生的黑度变化，即可得到射线照相对比度的表达式。

图2.2-47 射线照相对比度

对窄束、单色射线情况

ΔD=-0.434μGΔT （2.2-21）

对宽束、单色射线情况

对实际工件中的缺陷，当需要考虑缺陷对射线的衰减特性时

式中 ΔT——小厚度差；

ΔD——对应于ΔT的黑度差；

μ——物体的线衰减系数；

μ′——缺陷的线衰减系数；

G——胶片特性曲线梯度；

n——散射比。

3.影像的不清晰度

对工业射线检测，产生不清晰度的原因有几何不清晰度、胶片固有不清晰度、屏不清晰度和运动不清晰度。对射线照相检测，主要考虑几何不清晰度和胶片固有不清晰度。

几何不清晰度产生于射线源具有一定的尺寸。当透照一定厚度的物体时，按照几何投影（射线直线传播）成像原理，所成的像总要有一定的半影区，这就是几何不清晰度。几何不清晰度一般记为U_g，图2.2-48是几何不清晰度形成的示意图，几何不清晰度的计算式为

式中 d——射线源焦点尺寸；

F——焦距，即射线源至胶片的距离；

T——工件射线源侧表面与胶片的距离，通常取为工件本身的厚度。

胶片固有不清晰度产生于入射到胶片的射线，在乳剂层中激发出的次级电子的散射。因此胶片固有不清晰度决定于射线的能量。胶片固有不清晰度一般记为U_i，图2.2-49是胶片固有不清晰度与X射线能量关系的曲线，表2.2-16列出了部分X射线透照电压的胶片固有不清晰度之值，表2.2-17列出了部分γ射线源的胶片固有不清晰度之值。(www.xing528.com)

图2.2-48 射线照相的几何不清晰度图

图2.2-49 胶片固有不清晰度与管电压关系

表2.2-16 X射线的胶片固有不清晰度试验值

表2.2-17 主要放射源的胶片固有不清晰度试验值

射线照相总的不清晰度U，与几何不清晰度和胶片固有不清晰度的关系，通常采用下面关系式

U²=U²_g+U²_i （2.2-24）

有时也采用下面的关系式

U³=U³_g+U³_i （2.2-25）

研究指出，当存在不清晰度时，不清晰度将引起细节影像对比度降低，即

式中 W——细节影像的宽度；

ΔD₀——不清晰度为0时细节影像的对比度；

ΔD——不清晰度为U时细节影像的对比度。

图2.2-50显示了不清晰度引起细节影像对比度降低的情况。

图2.2-50 不清晰度对细节影像对比度的影响

4.影像的颗粒度

射线照片影像黑度的不均匀性称为影像的颗粒性，颗粒性的定量描述就是颗粒度。目前，颗粒度定义为黑度起伏的统计标准差

式中 D_i——均匀曝光区黑度的测量值（通常要求测量点的大小为24μm、48μm或100μm）；

——各个测量值的平均值；

n——测量值的点数（通常要求不少于1000点，测量点的间距应与测量点的大小相等）。

必须注意，影像的颗粒度与胶片感光乳剂的粒度不是同一概念。

感光乳剂的粒度是感光乳剂颗粒的尺寸大小，即使粗颗粒的胶片，其感光乳剂的粒度也就1μm左右，显影后的金属银颗粒远小于眼睛可分辨的尺寸。

颗粒度是胶片卤化银颗粒尺寸和颗粒在乳剂中分布随机性的反映，是曝光时射线光子吸收随机性的反映，显影条件和显影过程也会影响颗粒度。颗粒度除了与胶片本身的性质相关外，主要与射线能量和曝光量相关，也与显影条件和显影过程相关。