GB T 29069-2012 无损检测 工业计算机层析成像（CT）系统性能测试方法.pdf

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1、道昌ICS 19. 100 J 04 中华人民共和国国家标准GB/T 29069-2012 无损检测工业计算机层析成像(CT)系统性能测试方法Non-destructive testing-Test method for measurement of industrial computed tomography (CT) system performance 2013-10-01实施2012-12-31发布发布中华人民共和国国家质量监督检验检夜总局中国国家标准化管理委员会丸，广睛明fu业时GB/T 29069-2012 前本标准按照GB/T1. 1-2009给出的规则起草。本标准由全国无损检测

2、标准化技术委员会(SAC/TC56)提出并归口。本标准起草单位z中国人民解放军重庆通信学院、重庆大学ICT研究中心、中国兵器科学研究院宁波分院、重庆真测科技股份有限公司、山东机器集团、上海航天动力技术研究所。本标准主要起草人z刘荣、蔡玉芳、玉在、张维国、郭智敏、俞翔、高富强、刘丰林、翠玉兰、黄建端、李正勇。I 1 范围无损检测工业计算机层析成像(CT)系统性能测试方法GB/T 29069-2012 本标准规定了工业计算机层析成像(CT)系统性能测试方法，包括测试卡的制作要求、测试要求、测试方法、测试记录及报告。本标准适用于工业CT系统空间分辨力、密度分辨力的测试。2 规范性引用文件下列文件对于

3、本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单适用于本文件。GB/T 12604.2元损检测术语射线照相检测3 术语和定义GB/T 12604.2界定的术语和定义适用于本文件。4 方法概要4. 1 概述工业CT系统主要性能包括:a) 空间分辨力;b) 密度分辨力。4.2 空间分辨力空间分辨力的测试通常有线对卡法、圆盘卡法、圆孔卡法，可根据实际情况选择具体的方法。线对卡制作要求高，测试过程简单，测试结果直观。圆盘卡制作较简单，测试过程复杂，测试结果需要繁复的计算。圆孔卡制作要求高，测试过程简单，测试结果处理较困难。

4、线对卡、圆孔卡、圆盘卡等标准试件的设计与制作要求分别见附录A的A.1、A.2、A.3。4.3 密度分辨力密度分辨力的测试通常有空气间隙法、圆盘卡法、密度差法，可根据实际情况选择具体的方法。空气间隙卡制作要求较高，测试过程简单，测试结果直观。圆盘卡制作较简单，测试过程复杂，测试结果需要繁复的计算。密度差法分蔽体密度差法和固体密度差法两种z液体密度标准试件制作困难，易受温度影响，密度差别小的固体密度标准试件难于获得，通常采用空气间隙卡替代z密度差法测试过程简单，测试结果直观。空气间隙卡、液体密度差标准试件、固体密度差标准试件的设计与制作要求分别见附录A的A.4、A.5、A.6.1 GB/T 290

5、69-2012 4.4 测试要求根据CT系统的配置，选择适宜的标准试件和扫描参数、重建参数及显示参数。安装标准试件时，标准试件的几何中心应与CT系统的回转中心基本重合，标准试件的基准面与扫描切片平面平行，切片位置应与标准试件上指定的检测位置一致。如元特殊要求，标准试件图像宜占据一幅图像的2/305 空间分辨力的测试5. 1 结对卡法5. 1. 1 概述用线对卡测试CT系统对空间频率的响应，从CT图像上分别测得不同宽度的线对组的最大和最小CT值的差值，用最大的差值对各线对组的CT值差值进行归一化处理，绘制出MTF曲线，并给出所要求调制度下的空间分辨力5.1.2 MTF曲载的绘制5. 1. 2.

6、1 调制度的计算在线对卡的CT图像上，选择线条最宽的线对组，得到垂直于线条方向上CT值的分布曲线，该曲线应有明显的上下矩形平台，钱对组最大和最小CT值的差值可近似表示实际对比度(L依次计算其他线对组最大和l最小CT值的差值，这个差值表示有效对比度(。如圈1所示，由此叶算出各线对组对应的调制度().I(岛L)。圃圈圈 圃像图T且C E E- EE- . . . EE- . . 川N#I防Nm-(Il.I (灿固1结对卡CT图像的CT值分布关系5. 1. 2. 2 MTF曲线以空间分辨力线对数为横坐标(单位为LP/mm)、调制度().I()J为纵坐标，根据5.1.2. 1的计算结果绘制出MTF曲线

7、，并在曲线上标示出调制度为10%时对应的分辨力，此即系统的空间分辨力。典型的MTF曲线如图2所示。2 GB/T 29069-2012 1. 0 。2 空饲分辨率/(LP/mm)4 0.8 署0.4 固2典型的MTF曲线5.1.3 空间分辨力的计算按式(1)计算系统的空间分辨力R:1一个叫 1-2 一R . ( 1 ) 式中zR 一空间分辨力，单位为线对每毫米(LP/mm); Tmin-MTF曲线上与10%调制度对应的线对组中线条的宽度，单位为毫米(mm)。5. 1.4 测试结果CT系统的空间分辨力是调制度为10%时对应的线对数。5.2 固孔卡法5.2.1 MTF曲线绘制用孔径代替线条宽度，参照

8、5.1.2绘制MTF曲线。5.2.2 空间分辨力的计算根据圆孔卡的CT图像，按式(2)计算空间分辨力R.1-h 1-2 一一R .( 2 ) 式中zR 空间分辨力，单位为线对每毫米(LP/mm);Dmin-CT图像上能够分辨的最小孔径(指调制度为10%时分辨出的孔径大小)，单位为毫米(mm)。5.2.3 测试结果CT系统的空间分辨力是调制度为10%时对应的孔径大小。3 GB/T 29069-2012 5.3 圄盘卡法5.3. 1 概述通过圆盘卡的CT图像得到圆盘边缘轮廓的CT值变化曲线，获得边缘响应函数(ERF)。对ERF求导得到点扩展函数(PSF)。计算PSF傅立叶变换的振幅，然后用在零频率

9、处的振幅将所得结果归一化后即可得到调制传递函数(MTF)。5.3.2 ERF的生成5.3.2. 1 计算圆盘图像的质心位置。5.3.2.2 以质心位置为圆心，在圆盘图像上选择一圆环区域，使圆盘的边缘图像包含在该圆环区域中。5.3.2.3 计算出困环区域内所有像素点到质心的距离。5.3.2.4 将圆环区域内像素按一定的距离单位归组，同一距离范围内的像素归为一组。距离单位的大小根据图像矩阵来选择，推荐采用的距离单位尺寸见表1。5.3.2.5 依照距离从小到大的顺序，计算每个距离范围内像素点的平均CT值，得到距离和平均CT值之间的关系表。5.3.2.6 依照距离从小到大的顺序，按照表1中推荐的损合点

10、数，依次选取相应的点数组合。第二个组合的第一个点应是第一个组合中的第二个点，以此类推可得到一组合序列。例如对于图像尺寸为512的情况，所选取的每个组合应包含21个点即21个距离和平均CT值的关系)，第11个点为中间点。表1推荐适用的各项参数单位为像素图像尺寸圆盘图像直径方块最大尺才像索距离单位拟合点数256 235 12 0.100 11 512 470 24 0.050 21 1024 910 18 0.02斗41 2048 1 880 96 0.012 5 81 5.3.2.7 对每个组合的平均CT值进行最小二乘拟合，用拟合所得的中间点的CT值替代原中间点的CT值，依次重复操作，计算出全部

11、拟合后的CT值，从而得到距离和掘合CT值之间的关系。5.3.2.8 删除开始端和结束端的多余数据，根据距离和拟合CT值的美系得到ERF。5.3.3 PSF的生成5.3.3. 1 对于ERF生成的结果做类似于5.3.2的分段拟合，并对每一组拟合得到的多项式求导，再由每个导数解析式计算中间点的导数值，得到距离和导数值之间的关系。5.3.3.2 用最大导数值对所有导数值进行归一化处理得到PSF.5.3.4 MTF的生成5.3.4.1 计算PSF的傅立叶变换。图像矩阵的截止频率定义为0.5线对/像素(LP/pixel)，儒立叶变换后的最高频率应不低于图像矩阵截止频率的4倍(2LP / pixel)。按

12、照采样定理，PSF的采样间隔不大于0.25像素，为了获得光滑的MTF曲线，频域内的采样间隔应小于0.01LP/pixel(亦即对于PSF的采样范围应大于100个像素)。5.3.4.2 计算傅立叶变换的振幅。对振幅随频率的变化曲线在零频率处进行归一化处理，得到MTFGB/T 29069 2012 曲线。5.3.5 测试结果除非用户与供应商之间达成其他协议，否则MTF应以可视化的方式显示或绘制成图形，并标出调制度为10%处的频率值，该频率值即为CT系统的空间分辨力。同时，也应绘制出ERF曲线和PSF曲线，并标出后者半高宽值。6 密度分鳞力的测试6. 1 空气间隙法6. 1. 1 概述用空气间隙卡测

13、试不同间隙高度对应的CT值，获得不同间隙高度对应的对比度，从而得到一定置信水平下CT系统的最大密度分辨力。6. 1.2 测试步骤6. 1. 2. 1 扫描时，空气间隙应包含在切片厚度范围之内，且位于切片厚度的中心。6.1.2.2 在CT图像上，选择直径相同或相近的圆形测试范围(不少于100个像素且不大于间隙区域的2/剖，分别测试有空气间隙部位和元空气间隙部位的CT值平均值。元空气间隙部位的CT值平均值的测试不少于5个。6. 1. 2. 3 有空气间隙部位的CT值平均值作为其平均CT值，用各元空气间隙部位的CT值平均值计算均值和标准差作为元空气间隙部位的平均CT值和标准差。6. 1.2.4 若有

14、空气间隙部位的平均CT值与元空气间隙部位的平均CT值差值的绝对值大于无空气间隙部位平均CT值标准差的3倍，则认为此空气间隙部位的密度与元空气间隙部位(基体)的密度差可分辨。由满足此条件的最小空气间隙计算出的密度分辨力代表了工业CT系统的密度分辨能力。6. 1. 2. 5 密度分辨力C按式(3)计算z式中zc=主X100% t h 空气间隙高度，单位为毫米(rnrn); t一一切片厚度，单位为毫米(mm)。6. 1.3 测试结果. ( 3 ) 密度分辨力为一定测试范围(不少于100个像素且不大于间隙区域的2/3)及一定置信水平(99.7%)下的测试结果。6.2 密度差法6.2. 1 概述用介质溶

15、液(或密度块)标准试件测试不同密度溶液(或密度块对应的CT值，获得不同密度的介质禧液(或密度块)相对于基体的对比度，从而得到一定置信水平下CT系统的最大密度分辨力。6.2.2 测试步骤6.2.2.1 在密度差标准试件的CT图像上，选取直径相同或相近的圆形测试范围(如+10mm直径范GB/T 29069-2012 围)，分别测试介质溶液(或密度块)和基体的CT值平均值。基体的CT值平均值的测试部位不少于5个。6.2.2.2 介质溶液(或密度块)的CT值平均值作为其平均CT值，用基体几个测试部位的CT值平均值计算均值和标准差作为基体的平均CT值和标准差。6.2.2.3 若介质溶液(或密度块的平均C

16、T值与密度变化呈线性关系，且与基体的平均CT值的差值的绝对值大于基体平均CT值标准差的3倍，则认为此介质溶液(或密度块和基体的密度差可分辨。最小可分辨的密度差代表了工业CT系统的密度分辨能力。6.2.2.4 密度分辨力按式(的计算z式中zC一一密度分辨力;c=坦1-p21 X 100% P2 户介质溶液或密度块)的密度值，单位为克每立方厘米(g/cm3); P2一一基体的密度值，单位为克每立方厘米(g/cm3)。6.2.3 测试结果密度分辨力为一定测试范围及一定置信水平(99.7%)下的测试结果。6.3 固盘卡法6.3. 1 概述. ( 4 ) 在圆盘卡CT图像中心区域特定范围内选择不同尺寸的

17、一系列方块模型。对于每种方块模型，计算每个方块的CT值平均值，得到这一方块模型的总体CT值平均值和标准差。随着方块尺寸的增加，建立方块尺寸和标准差之间的关系表，将标准差表示为占各自总体CT值平均值的百分比，乘以3得到CDF。由此计算出系统在一定尺寸范围下的密度分辨力。6.3.2 测定区范围测定区范围一般应选择位于圆盘卡CT图像中心、直径约为圆盘直径1/3的圆形区域，如图3所示。6.3.3 方块的规定将测定区分成大小相等、互不重叠的多个方块，如图3所示。方块的大小以像素数量为单位。方块大小的选取从一个像素到多个像素尺寸，从而形成了一系列方块模型。方块的最大尺寸应符合表1的规定。每种方块模型中方块

18、的数量应不少于25。6 , GB/T 29069-2012 圄3测定区和方块区6.3.4 方块模型标准差的计算6.3.4. 1 对于每种方块模型，计算每个方块的CT值平均值(对于一个像素的情况，其CT值即为平均值)，按式(5)计算方块模型的总体CT值平均值z豆=瑶4. ( 5 ) 式中z 方块模型的总体CT值平均值Fm一一该方块模型的方块数量z扣一单个方块的CT值平均值(其中i=1，2，3，m)。6.3.4.2 根据单个方块的CT值平均值和方块模型的总体CT值平均值，按式(6)获得方块模型的标准差(对于一个像素的情况，方块模型的标准差等于测定区的标准差): 2777r . ( 6 ) 式中z

19、方块模型的标准差z 方块模型的总体CT值平均值Fm一一该方块模型的方块数量Ft一一单个方块的CT值平均值(其中i=1，2，3，m)。6.3.5 CDF曲线生成6.3.5. 1 按照方块尺寸从小到大的顺序，建立方块尺寸和方块模型标准差之间的关系表。6.3.5.2 将方块模型的标准差表示为占各自方块模型总体CT值平均值的百分比，乘以3得到方块尺寸和密度分辨力的关系，即CDF曲线。6.3.5.3 将CDF曲线绘制在对数坐标系上，由此可以读出在不同方块尺寸范围下的密度分辨力。7 GB/T 29069-2012 7 测试记录和报告7. 1 测试记录7. 1. 1 测试记录一般应包括标准试件名称、检测目的

20、、检测设备、射线源参数、扫描模式、切片厚度、切片位置、采样时间、视场直径、图像矩阵、重建参数、图像描述、评定标准、检测人员、审核人、检测日期以及扫描时间等详细记录。7. 1. 2 图像数据文件中一般应包括图像编号、标准试件名称、检测目的、检测设备、射线源参数、扫描模式、切片厚度、切片位置、采样时间、视场直径、图像矩阵、重建参数等内容。7. 1. 3 测试记录和图像数据文件均应妥善存储在光盘或硬盘上，方便后期复查。7.2 测试报告测试报告的内容一般应包括标准试件名称、检测目的、检测设备、测试方法、切片厚度、切片位置、图像矩阵、测试图像、评定标准、评定结果、检测人员、审核人、审批人、检测日期、报告

21、日期等。8 . GB/T 29069-2012 附录A(规范性附录标准试件的设计与制作要求.1 线对卡. 1. 1 线对卡是用来测试工业CT系统安间分辨力的一种标准试件，它是由铝、钢、铜或其他由供需双方商定的材料制作的薄片构成的结对组，每个线对组由4块规格尺寸相同的薄片平行排列构成，其三维结构如图A.1、正视图如图A.2所示，圈人1辑对卡三维结构固圄.2线对卡正视图. 1.2 每个线对组中的薄片厚度为T，相邻片中心间距为2T.T可以根据实际情况加以选择，一般可包括0.125mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.5mm、1.0mm。. 1.3 每个线对组中的薄片长度L为10mm15

22、mm.适宜的长度可根据CT系统的射线能量确定或由CT系统供应商与用户之间协商确定。. 1.4 每个线对组中的薄片高度H至少为切片厚度t的3倍。9 GB/T 29069 2012 A.2 固孔卡A. 2.1 圆孔卡是在均质高密度圆柱形基体(一般为钢或铜)上，加工一系列直径不同的圆形孔，圆孔按行有序排列。其结构如图A.3所示。H 固A.3固孔卡结构A.2.2 圃孔卡的孔径为d，孔间距为2d.孔径一般在0.1mm2 mm之间，孔深至少是切片厚度t的3倍，孔的行间隔应大于相邻行的最大孔径。A.2.3 圆孔卡的直径D可以根据具体情况设计。A.3 固盘卡A. 3.1 圆盘卡是由均质的刚性材料制作的圆柱体，

23、其结构如图A.4。A.3.2 圆盘卡材质应与被检测物体的射线吸收特性相同或相近，推荐使用钢、铝或塑料。A.3.3 圆盘卡的直径D应与被检测物体尺寸或对射线的吸收相近。A.3.4 圆盘卡的厚度H至少为切片厚度t的3倍。A.3.5 圆盘上下表面的平行度、圆盘圆柱度和圆柱侧面的粗糙度应与检测要求相适应。10 GB/T 29069-2012 _r 基准丽申DL一一圄A.4圄盘卡结构示意圄A.4 空气间隙卡A. 4.1 空气间隙卡是用来测试工业CT系统密度分辨力的一种标准试件，它是在均质的圆柱形刚性基体材料(一般为钢、铝或塑料等)中人工制造的具有一定直径和高度的空气间隙，使得切片厚度范围内的局部等效密度

24、发生变化。其结构如图A.5所示。A.4.2 基体直径D大于空气间隙直径d的3倍且不大于工业CT系统最大穿透等效厚度的1/3.A.4.3 空气间隙高度h根据工业CT系统可设定的切片厚度t确定，尽可能使用较大的切片厚度。11 GB/T 29069-2012 基体间隙基准面d D L一一圄A.5空气间酶卡剖面固A.5 擅体密度差标准试件A. 5.1 液体密度差标准试件是在纯水的特定范围内加入可溶性介质(一般选用氧化铀)，使介质溶液和纯水形成一定的密度差。液体密度差标准试件的结构如图A.6所示。介质榕浓托架试管容器纯水, /Q2 / l 工合命-，-+-飞/ 6 Gt_cb_JZ 固A.6蘸体密度差标

25、准试件结构困A.5.2 容器(一般选用塑料)的直径可根据实际情况规定。GB/T 29069-2012 检测位置基准面A.5.3 试管用玻璃或塑料制戚，内径、高度和数量根据实际应用情况确定。试管数量不少于5个。A.5.4 托架可用塑料制作，加工相应数量的圆孔以固定试管，圆孔按圆周分布。A.5.5 试管高度至少为切片厚度t的3倍。A.5.6 试管中介质溶液密度按编号依次增加，具体要求见表A.10 13 G/T 29069-2012 表A.l介质溶液配置表试管编号每100mL水中加入介质质量介质密度密度对比度E g/cm3 % 1 0.05 1. 000 5 0.05 2 0.1 1. 001 0.

26、1 3 O. 2 1. 002 0.2 4 0.4 1. 004 0.4 5 0.5 1. 005 0.5 6 0.8 1. 008 O. 8 7 1. 0 1. 01 1. 0 8 1. 5 1. 015 1. 5 A.6 固体密度差标准试件A.6.1 固体密度差标准试件是在均质的圆柱形刚性基体材料(一般为钢、铝或塑料等的特定部位、按密度大小插入的一系列与基体密度不同的密度块，其结构如图A.7所示。A.6.2 基体为已知密度的圆柱体，高度和直径可根据实际情况确定。A.6.3 密度块为圆柱体，由化学成分固定、质地均匀、易加工、易复制的固体材料制成。密度块在基体上按圆周分布，且数量应不少于5个。

27、密度块和基体材料之间的相对密度差根据具体应用确定，一般应覆盖待测试的工业CT系统设计的密度分辨力。14 GB/T 29069-2012 密度块检测位置基体基准面80fvo2 / i 命-3-+-飞6Q、飞-A.6.4 密度块的高度至少为切片厚度t的3倍。图A.7固体密度差标准试件NFON|omNH阁。华人民共和国家标准无损检测工业计算机层析成像(CT)系统性能测试方法GB/T 29069-2012 国中 中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100013)北京市西城区三里河北街16号(100045)网址总编室:(010)64275323发行中心:(010)51780235读者服务部:(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销* 开本880X 1230 1/16 2013年5月第一版印张1.25 字数30千字2013年5月第一次印刷 书号:155066.1-47017定价21. 00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107打印H期;2013年5月22:1F002A