GB T 26593-2011 无损检测仪器.工业用X射线CT装置性能测试方法.pdf

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1、ICS 19.100 N 78 GB 中华人民-=H工./、不日国国家标准GB/T 26593-2011 无损检测仪器工业用X射线CT装置性能测试方法Non-destructive testing instruments一Properties test method for performance of industrial X-ray computed tomography (CT) equipment 2011-06-16发布2011-11-01实施?同防fJ;中华人民共和国国家质量监督检验检茂总局中国国家标准化管理委员会发布G/T 26593-20门目次前言.m l 范围-2 规范性引用

2、文件.3 术语和定义及缩略语-4 试验方法4. 1 空间分辨力测试24.2 密度分辨率测试.34.3 定位光标准确度测定.4 4.4 层厚准确度测定.4 4.5 CT值标准差测定附录A(规范性附录)圆盘标准试件附录B(资料性附录)圆盘法测试的算法流程附录C(规范性附录)圆孔型测试卡法测试空间分辨率10附录D(规范性附录)空气间隙法测试密度分辨率.I GB/T 26593-2011 即自本标准附录A、附录C、附录D为规范性附录。本标准附录B为资料性附录。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国试验机标准化技术委员会(SAC/TC122)归口。本标准负责起草单位:辽宁仪表研究所、中国工程物理研

3、究院应用电子学研究所、深圳市华测检测技术股份有限公司。本标准参加起草单位:丹东华日理学电气有限公司、丹东市元损检测设备有限公司、丹东市万全元损检测仪器厂。本标准主要起草人:武太峰、于志军、陈浩、郭冰、邵德峰、董殿刚、张宏。mm GB/T 26593-2011 无损检测仪器工业用X射线CT装置性能测试方法1 范围本标准规定了工业用X射线CT装置(以下简称CT装置)性能测试的术语、定义、缩略语以及空间分辨力、密度分辨率、定位光标准确度、层厚准确度、CT值标准差等试验方法。本标准适用于工业CT装置的出厂检验和型式检验。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的

4、引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T 12604.2元损检测术语射线照相检测3 术语和定义及缩暗语3. 1 术语和定义GB/T 12604.2确立的以及下列术语和定义适用于本标准。3. 1. 1 空间分辨力spatial resolution 工业CT装置鉴别和区分高对比度微小细节特征的最高能力。3.1.2 密度分辨率density resolution 工业CT装置区分材料对比度密度特性变化的最高能力。3. 1. 3 伪像artif

5、act 在CT图像上出现的与试件的结构及物理特性无关的图像特征。3. 1. 4 标准试件phantom 用来确定工业CT装置空间分辨力及密度分辨率等性能指标的试件。3.1.5 调制传递函数modulation transfer function 图像系统的调制度随空间频率的变化关系。它在数值上等于线扩展函数的一维傅立叶变换。3. 1. 6 重建reconstruction 射线穿过试件后的投影数据转换成代表试件截面衰减特性分布图像的计算过程。3.1.7 像素pixel 构成CT图像的基本单元。3. 1.8 切片厚度slice thickness CT图像所对应的射线切割物体的厚度。1 GB/T

6、 26593-2011 3. 1. 9 线扩展函数line-spread function 理想的线状物质在重建图像上的响应或扩展函数。3. 1. 10 调制度modulation 图像系统对特定空间频率响应能力的度量。在CT图像上，它近似等于细节特征有效对比度和实际对比度的比值。有效对比度是细节特征和背景的显示对比度;实际对比度是细节和背景的真实对比度。3. 1. 11 投影projection 材料线性衰减系数分布函数沿着射线方向的线积分。3.2 缩略语下列缩略语适用于本标准:CDF 对比度鉴别函数Ccon trast discrimina tion function) CT 计算机层析或

7、计算机断层扫描成像Ccomputerizedtomography) ERF一一边缘响应函数(cdgcrcsponse unction) MTF一一调制传递函数Cmodulationtransf巳rfunction) PSF-一点扩展函数Cpoint sprcad function) 注:理想的点状物质在重建图像(密度图像)上响应或扩展函数。4 试验方法4. 1 空间分辨力测试通常采用均匀圆盘法、线对测试卡法和圆孔型测试卡法(见附录。，推荐采用圆孔测试卡法。4. 1. 1 概述通过圆盘标准试件(见附录A)CT扫描图像得到圆盘边缘CT数据轮廓变化，获得ERF;对ERF求导得到点扩展函数PSF;通过

8、对PSF的傅立叶变换计算最终导出调制传递函数MTF;由调制传递函数MTF获得装置在不同调制度下的空间分辨力。圆盘法测试的算法流程参见附录B中B.lB. 3 0 4. 1. 2 边缘晌应函数ERF的生成对圆盘扫描获得圆盘CT图像;计算出圆盘CT图像的质心位置;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国环区域中;计算出圆环区域内所有像素点到质心的距离。将圆环区域内像素按一定的距离单位归组，距离单位的大小根据图像矩阵尺寸加以选择。同一个距离单位范围内像素为一组。将圆环区域内每个组的像素点分别取平均像素值，得到组别与平均像素值的对应关系。建立距离和平均像素值之间关系表。从

9、距圆心最近的1端数据开始，按照表1中推荐的拟合点数(奇数)，依次选取相应的点数组合。第2个组合中的第1个点应是第1个组合中的第2个点，以此类推可得到一组合系列。例如对于像素矩阵尺寸为512的情况，选取每个组合中包含21个点，C即21个距离和平均像素值关系)，第11个点为中间点。对每个组合中点的平均像素值进行最小二乘法立方拟合，用拟合计算得到的中间点像素值替代原中间点的像素值，以此重复操作，计算出全部拟合后的像素值，得到拟合像素值和距离的关系。删除开始端和结束端的多余部分，根据距离和拟合像素值的关系得到边缘响应函数ERFC或ERF曲线)。2 GB/T 26593-2011 表1推荐适用的各项参数

10、单位:像素图像矩阵尺寸圆盘图像方块最大尺寸像素距离单位拟合点数256 235 12 o. 100 11 512 470 24 0.050 21 1024 940 48 0.025 41 4. 1. 3 点扩展函数PSF的生成对于ERF生成的结果重新进行与上面相似的分段拟合，对在此过程中每一次拟合得到的多项式求导，计算中间点在每个导数解析式对应的值，得出距离和导数值关系的函数。解得此函数的最大值，用最大值对此函数进行标准化处理得到点扩展函数PSF(或PSF曲线)。4. 1. 4 调制传递函数MTF的生成将扩展函数PSF进行傅立叶变换，对振幅随频率的变化曲线在零频率处进行标准化处理，得到MTF(或

11、MTF曲线)。图像矩阵的截止频率定义为0.5线对/像素，傅立叶变换后的最高频率应不低于图像截止频率的4倍。由采样定理得到对PSF的采样间隔不大于0.25像素。为获得光滑的MTF曲线，频率域内采样间隔应小于0.01线对/像素(亦即对于PSF的采样范围应大于100像素)。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标准化处理，得到MTF(或MTF曲线)。4.1.5 测试结果由MTF曲线直接读出CT装置在不同调制度下的空间分辨力指标。4.2 密度分辨率测试4.2.1 概述在圆盘CT图像中心区域特定范围选择一系列方块模型。对于每种方块尺寸类型，计算各个方块中的像素平均值，通过计算这些平均

12、值的标准偏差，得到这一方块尺寸下像素值的平均标准偏差。随着方块尺寸的增加，建立方块尺寸和平均标准偏差之间的关系。将平均标准偏差表示为占各自总的像素平均值的百分比，乘以3倍的系数得到CDF。由此计算出系统在一定尺寸范围下的密度分辨率指标。圆盘法测试算法流程参见附录B中B.4B. 50 4.2.2 测定区范围测定区范围应包含足够的像素统计数值，但太大和太小都会使环状伪像和单个像素对测定产生影响。测定区范围一般应采用圆盘CT图像中心直径约为圆盘直径1/3的圆形区域，如图l所示。困盘CT图像方块区图1测定区和方块区3 G/T 26593-2011 4.2.3 方块的规定将测定区分成大小相等且互相不重叠

13、的多个方块，方块的大小以像素的数量为单位。方块大小的选取从一个像素尺寸到多个像素尺寸，从而形成一系列方块模型。方块的最大尺寸应符合表l的规定。在每种模型中方块的数量应不少于25个。4.2.4 平均标准偏差的计算对圆盘扫描获得CT图像。选择测定区和方块模型。对于每种方块模型，计算每个方块内像素平均值，按式(1)计算方块总的CT平均值2豆=去艺z. ( 1 ) 式中:王一一方块总的CT平均值;m 方块的数量;z一一每个方块的CT平均值(其中i=1，2，3，剧。用计算方块像素平均值标准偏差的方法，获得平均标准偏差(对于一个像素的情况，平均标准误差等于标准偏差)。见式(2)。平;二7J. ( 2 )

14、式中: 平均标准偏差。4.2.5 CDF(曲线)的生成按照方块尺寸从小到大的次序，建立方块尺寸和平均标准误差之间的关系表。按平均标准误差表示为占各自总的像素平均值的百分比，乘以3，得到方块尺寸范围和密度分辨率的关系，即CDF(曲线)。将CDF曲线绘制在对数坐标系上，由此可以得出在不同尺寸范围下的密度分辨率。密度分辨率测试也可采用空气间隙法，见附录D。4.3 定位光栋准确度副定4.3. 1 采用均质材料制成圆柱形标准试件，表面应有清晰易见的定位标记，内部嵌有与均质环境成高对比的特定形状的物体，此物体形状和位置与标准试件的定位标记具有严格空间几何关系。4.3.2 标准试件放置在检测床上，使标准试件

15、圆柱轴线垂直于扫描平面并处于扫描视野中心位置并使标准试件的定位标记和定位光标重合。4.3.3 采用标准的扫描条件进行扫描。4.3.4 在CT图像中测定标准试件在扫描层中所处准确位置。4.3.5 利用表面的定位标记计算出定位光标对实际扫描层面位置的偏差。4.4 层厚准确度测定4.4. 1 采用均质材料制成圆柱形标准试件，内部嵌有与均质环境成高对比度的金属薄片，金属薄片与标准试件圆柱轴线成一定夹角。4.4.2 使标准试件圆柱轴线垂直于扫描平面，处于扫描视野中心位置。4.4.3 采用标准的扫描条件进行扫描。4.4.4 调整CT图像的窗宽、窗位，窗宽调到最窄，调整窗位使背景影像恰好消失，测出背景的CT

16、值和铝片的最大CT值。4.4.5 将背景的CT值和铝片的最大CT值之和除以2，其结果称为CT值的半值。4.4.6 将窗位调到CT值的半值处，窗宽仍保持最窄，测出铝片的斜面宽度(半值全宽)，即为层厚。4.4.7 如果用多个片状物组成的多斜面，同时按4.4. 44. 4. 6的步骤分别得出层厚值，再取其平均值GB/T 26593-2011 为层厚。4.5 CT值标准差测定4.5.1 通过对标准试件进行扫描，测CT图像均匀性的同时获得CT均值、噪声值。4.5.2 使标准试件圆柱轴线垂直于扫描平面并处于扫描视野中心位置，使标准试件的定位标记和定位光标重合。4.5.3 采用标准的扫描条件进行CT扫描。4

17、.5.4 对每幅图像进行下列测量:a) 在图像中心取一大于100个像素点并小于10%面积(如1cm2)的区域，测出此区域的CT均值和噪声值;b) 在相当于钟表时针3、6、9、12时的方向上，距标准试件边缘1cm处，每个位置的面积大于等于a)4项规定的区域，分别测出4个区域的CT均值，其中以与中心区域CT均值的最大差值来表示CT值的标准差。5 GB/T 26593-2011 A.1 基本结构附录A(规范性附录)圄盘标准试件圆盘标准试件由均质材料圆柱体制成，其基本结构如图A.1所示。圆柱体图A.1圄盘标准试件结构示意图A.2 设计要求扫描中心线A.2.1 圆盘标准试件是由与被检测对象射线吸收特性相

18、同或相近的均匀材料制作，推荐使用钢、铝及有机玻璃。A. 2. 2 圆盘的直径应与检测对象尺寸或对射线吸收相近。A.2.3 圆盘厚度至少是切片厚度t的10倍，一般应大于20ffiffio A.2.4 圆盘上下表面的平行度、圆盘圆柱度和侧面的粗糙度应与检测要求相适应。6 . GB/T 26593-2011 附录B(资料性附录)圄盘法测试的算法流程B.1 ERF算法流程见图B.1 (以512图像矩阵尺寸为例)( 开始) 计算圆盘CT图像的质心初始化:ERF数组=。E盯输入分别在边界两端的两点是Dist=sqrt(x-enter.x)2刊y-enter.y)2);Dist=Dist内半径:Dist =

19、(int)(Dis俨20)将Dist相等的像素归为一组计算每组像素值的平均值ERF数组;E盯数组长度IenmE盯lil二盯i+201进行&小二乘法三次拟合，求出多项式系数aO，a1.a2 , a3 aO+a1(i+10)十a2(计10)古+a3(i+10)ERFi十10去掉E盯前后各10个数据，得到ERF数组图B.1ERF算法流程图7 GB/T 26593-2011 B.2 PSF算法流程见图B.2B.3 MTF算法流程见图B.38 初始化:PSF数组0PSF;E盯数组长度len用E盯iE盯i+20进行最小二乘法三次拟合，求出多项式系数aO.al. a 2, a3 a1+2(i+l0)+3a3

20、(i+l0)2 PSFi 图B.2PSF算法流程图甲将PSF数组补齐到最接近的2K个不足的项用军填充i 初始化20M于数组;MTF的值。MTFX数组;MTF的X坐标。REAL数组;I临时数组0.051，.;存放采样间隔|傅立叶变换(PSF)I阻ALi气(111,. )/2 K MTFXi REAL i/REAL 0 MTFi 图B.3MTF算法流程图B.4 CDF算法流程见圄B.4，图B.5输入圆形区域的半径图B.4CDF算法流程图GB/T 26593-2011 将圆形区域的外切矩形(rect1)的边长做微词，使其变为n的整致倍定义小方块区域rect:左上角点(rectl.le白节，rectl

21、.tQp+y)，边长为n区二iJ何=怀了的块方有所是值均平的叫挝个剑UM加和值小是均噪均平m圄B.5方块函数算法流程圄9 GB/T 26593-2011 附录C(规范性附录)圄孔型测试卡法测试空间分辨率C.1 概述用圆孔型测试卡测试空间分辨率。圆孔型测试卡的制作也可以根据供需双方协商决定。C.2 圆孔型测试卡基本结构C. 2.1 圆孔型测试卡是在高密度的圆柱形基体(钢、铝或有机玻璃等)上，加工一系列直径不同的圆形孔，孔成行状排列。其基本结构如图C.1所示。C.2.2 圆孔型测试卡的直径可以根据具体情况设计。厚度H一般为20mm左右。H度H基体图C.1圆孔型测试卡结构图C.3 测试方法C. 3.

22、1 测试时，应使圆孔型测试卡对射线的衰减条件与实际检测试件接近，必要时要采用射线衰减补偿。C. 3.2 选择的扫描工艺、重建参数及图像处理等条件要与实际检测试件的条件一致。切片位置应选在孔深的中部区域。根据圆孔型测试卡的CT图像按C.4计算空间分辨率。用孔径代替线条宽度，可以参照C.5绘制MTF曲线。C.4 空间分辨率的计算按式(C.l)计算装置的空间分辨率R:R = (1/2) X l/Dmin . ( C.1 ) 式中:R一一空间分辨率，单位为线对每毫米(lp/mm); Dmin一一在CT图像上能够分辨的最小孔径(指在10%的调制度下分辨的孔)，单位为毫米(mm)。C.5 MTF曲线的绘制

23、以空间分辨率线对数为横坐标(单位为lp/mm)、调制度为纵坐标绘制出MTF曲线。典型的MTF10 曲线如图C.2所示。C.6 测试结果生当翠1. 2 0.8 0.6 0.4 0.2 。2 4 空间分辨率线对数/(线对/毡米)图C.2典型的MTF曲线GB/T 26593-20门6 8 空间分辨率为10%的调制度下的测试结果。给出测试结果时，需要给出试件情况、工艺条件及检测时间等技术条件。11 GB/T 26593-2011 附录D(规范性附录)空气间隐法测试密度分辨率D.1 概述用空气间隙试块测试密度分辨率。测试卡的制作可以根据供需双方协商确定。D.2 空气间隐试块D. 2.1 空气间隙试块是在

24、均质刚性基体材料(一般为钢、铝或有机玻璃等)中人工制作一定直径和厚度的空气间隙，使得切片厚度内的局部平均密度发生变化，从而测试密度分辨率。其基本结构如图D.1所示。D.2.2 基体是由两个高密度圆柱体组成，高度在15mm以上。凹槽直径不小于20mm，圆柱体直径可根据实际情况规定，一般不小于忡。D.2.3 凹槽深度h根据切片厚度t和实际情况确定。基体凹糟中图D.1空气间隐试块剖面圄D.3 测试方法D. 3.1 测试时，应使空气间隙试块对射线的衰减条件与实际检测试件接近，必要时要采用射线衰减补偿。D.3.2 选择的扫描工艺、重建参数及图像处理等条件要与实际检测试件的条件一致。扫描时，应使凹槽包含在

25、切片厚度范围之内，且处于切片厚度的中心。D.3.3 在CT图像上，按照相同或接近的分布直径，选择相同大小的圆形测试范围(如20mm直径范围)，分别测试有凹槽部位和没凹槽部位的CT值(测试范围内像素的平均值)。没有凹槽部位的CT值的测试不能少于5个部位。D.3.4 求出没有凹槽部位测试部位点的平均CT值和标准偏差值。GB/T 26593-2011 D.3.5 若测试有凹槽部位的CT值与凹槽的高度变化呈近似线性，且与没有凹槽部位的平均CT值的差(绝对值)大于没有凹槽部位CT值的三倍标准差值，则认为此凹槽和基体密度差可分辨。最小分辨的密度差代表了密度分辨能力。D.4 密度分辨率的计算密度分辨率按式(

26、D.1)计算:C=(h/t)XI00% 式中:C一一密度分辨率;h一一能分辨的凹槽深度值，单位为毫米(mm);t一一切片厚度值，单位为毫米(mm)。D.5 测试结果.( D.l ) 密度分辨率为一定测试范围(一般为20mm)下的测试结果。给出测试结果时，需要给出试件情况、工艺条件及检测时间等技术条件。FFON|的白白NH国。华人民共和国家标准无损检测仪器工业用X射线CT装置性能测试方法GB/T 26593-2011 国中* 中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里河北街16号邮政编码:100045网址电话:6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销晤印张1.25 字数28千字2011年10月第一次印刷开本880X12301/16 2011年10月第一版* 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)68533533定价书号:155066. 1-43536 GB/T 26593-2011 打印日期:2011年11月28日F002