影响图像质量的因素分析

1.影响图像分辨率的因素

影响图像分辨率的主要因素有，成像器类型、成像器像素尺寸、X射线管焦点尺寸、成像几何放大倍数、系统分辨率、焦距等。

（1）成像器的类型

工业成像检测系统使用转换屏主要有荧光屏、X射线闪烁晶体屏、X射线图像增强器、半导体检测器阵列和X射线光导摄像管等。由于屏的种类不同、转换成图像过程不同、荧光物质不同以及发光颜色不同，最终显示图像的分辨率也不同，见表4-2所列。

（2）成像器像素尺寸

单从像素尺寸来讲，像素的几何形状和尺寸决定空间分辨率，像素的尺寸越小，空间分辨率越高。

在实际制作和应用中，如CCD的像素尺寸可以做的很小（可达12_μm²），但当像素尺寸减小时，射线能量增加，若像素面积减小一半，其生成相同亮度信号所需的能量就要增加4倍，而设备能力是有限的，因为对射线能量要求基本上同等胶片照相法。又如荧光检验屏（多晶体屏），依靠减少荧光物质颗粒尺寸来改善屏的性能。使用图像增强器检测系统，空间分辨率的大小也取决于视野尺寸大小和摄像机的类型。在实际成像检测中，当其他条件不变的情况下，图像分辨率随成像部件厚度增加而降低。

从人眼睛视觉敏感特性来看，涉及光强度和光谱匹配问题，而发光强度与荧光物质性质、辐射剂量及荧光物质的装载量有关。荧光检验法实验指出，屏的亮度变化范围为10^-4～10Cd/m²时，视觉敏感性比在底片观察灯上审查X射线底片效果还要差，当减小亮度和图像对比度，屏的分辨率急剧下降。实验又指出，荧光物质发光亮度和它的分辨能力，决定于颗粒尺寸。由于颗粒尺寸和荧光物质装载量增加，屏的发光输出也在增大，它的分辨能力由于荧光物质里的光散射而变差。所以，制造荧光屏的指标^[7]是发光物质平均密度为4.5g/cm³，而层的厚度是85mg/cm²。

（3）X射线管焦点尺寸

射线照相法，因焦点尺寸产生几何不清晰度U_g，影响图像清晰度（图像分辨率），所以射线照相标准规定了U_g值及计算公式。在射线成像检验系统里也是如此，减小焦点尺寸，可提高图像分辨率。

此外，射线源的焦点尺寸又是确定成像最佳放大倍数重要参数。合理选择放大倍数将会提高图像细节的分辨能力，见表4-3所列。

表4-3 焦点尺寸与放大倍数对应表

（4）成像几何放大倍数

在射线成像检验中，一般是放大成像布置，采取图像放大技术，可弥补成像转换屏荧光物质颗粒和显示器像素较大的欠缺，有利提高图像质量，增加放大倍数的主要作用是提高图像分辨率。

值得说明一点，放大倍数的增加，也会导致几何不清晰度的增大，使得整个影像不清晰度增大，但在放大图像的同时，缺陷图像尺寸也在增大，有利于对细小缺陷的识别，因此确定图像最佳放大倍数的原则，是使部件成像的总不清晰度为最小值。成像最佳放大倍数公式：

其放大倍数：

(www.xing528.com)

式中有射线源至检测工件表面距离L₁和工件表面至成像平面距离L₂两个参量，放大倍数计算必须满足几何不清晰度的要求为基准，工业X射线成像检测系统，一般放大倍数为3～4倍，采用微焦点可达到10倍放大倍数。

（5）系统分辨率

系统分辨率、图像分辨率都是衡量图像清晰度的指标。系统分辨率对每一成像系统是确定值，而图像分辨率则随成像物体厚度而改变。系统分辨率是图像分辨率的基础，可以认为，放大倍数等于1或接近于1时的图像分辨率就是系统分辨率，它排除工艺因素对图像质量影响，纯属于反映成像设备本身分辨能力。

（6）焦距

焦距对图像分辨率影响与射线照相法基本相同，它是控制几何不清晰度、放大倍数的参数。在选用射线源焦点尺寸时，还要考虑到设备的承受能力和储备余量，这些在成像标准中都有具体规定。

2.影响图像清晰度的主要因素L₂/L₁

从图像清晰度角度来分析图像质量时，高质量图像主要决定于图像清晰度和系统噪声。对于X射线电视图像的清晰度主要取决四个因素：

1）主转换屏固有不清晰度：每种类型的转换屏都有固有不清晰度，这是屏本身的性能。在EN13608-3：2001标准中，将系统按探测器的固有不清晰度、图像畸变、图像均匀性指标分为三类，对各类系统不清晰度U_i要求是：SC1类系统U_i≤0.4mm；SC2类系统U_i≤0.5mm；SC3类系统U_i≤0.6mm.

2）X射线管焦点尺寸和投影放大引起的几何不清度U_g，前面已经讲过。

3）成像区域内的像素大小：对一幅图像，像素越多像素尺寸越小，图像清晰度就越高。但射线成像系统是采用放大成像技术，图像放大意味着图像面积增大，相对像素减少，像素尺寸增大。

4）显示器：工业数字成像标准所规定的3Lp/mm是在显示器上加以辨认，因此显示器分辨率将是一个重要影响因素。

显示器分辨率是显示器在显示图像时的分辨率，分辨率是由点来衡量的，点就是指像素。显示器分辨率的数值是指整个显示器所有可视面积上水平像素和垂直像素的数量。像素总数成一定比例，一般为4∶3或16∶9，不同显示器都有自己最高分辨率，可兼容低分辨率，所以一台显示器可以用多种不同分辨率来显示。

目前计算机设备使用显示器有CRT（阴极射线管以格栅寻址）显示器和LCD（液晶显示器以矩阵寻址）显示器，两大类。普通CRT显示器点距一般在0.21～0.28mm之间；LCD显示器为0.27mm左右，显示器上的图像都为点组成，3Lp/mm实际上已接近目前显示器的显示极限。

显示器主要技术参数包括图像分辨率（清晰度）、亮度、彩色、对比度以及响应速度等。

3.成像工艺的影响因素

工艺上因素主要如下：