X射线工业CT能谱测量与射线硬化校正研究

摘要

工业CT是无损检测方法的其中一种，它是通过对待测工件断层扫描获得投影数据，经图像数字化处理，获得断层图像的成像技术。根据获得的断层灰度图像来检测物体内部缺陷、密度及材料组成等。目前作为工业领域最佳的无损检测方法，它不受被检测物体的形状、材质的影响。
　　工业X-CT成像系统中，由于X射线束由不同能量的光子组成，在透射物体过程中低能光子比高能光子衰减更多，导致X射线硬化效应的产生。硬化效应会导致密度均匀的物体在重建CT图像上表现出亮度不一，灰度值不相等，从而使得重建图像中出现杯状和条状伪影等。有必要研究硬化校正方法以减少硬化效应所带来的影响。
　　多项式拟合硬化校正方法是CT系统中常用的校正方法，通过实验测量射线穿过不同厚度与检测样品材质相同的吸收片后的射线强度，得到多能投影Pm和透射厚度的关系曲线，再取曲线原点处的切线作为等效单能投影Ps与透射厚度的关系曲线，最后通过多项式拟合得到Pm与Ps的转换关系式，从而实现硬化校正。该方法的主要缺点在于需要根据要求专门制备吸收片，但吸收片的厚度很难做到足够小，这就使得在原点处的切线变得不够精确，并且对于由多种材质混合组成的样品，很难找到与其材质相同的吸收片。
　　蒙特卡洛方法模拟射线穿过吸收片的实验，得到相应结果，相较于传统的实验测量，其优点主要在于吸收片的厚度和材质可以十分方便的定义，并且减少了大量的实验测量时间。但蒙特卡洛方法模拟的结果往往由于没有X射线管初始能谱而使得结果误差较大。
　　本文提出了基于实验能谱和蒙特卡罗模拟的多项式拟合硬化校正方法，利用蒙特卡罗模拟得到透射厚度与多能投影的关系，再利用多项式拟合得到多能投影与等效单能投影的转换关系，从而实现硬化校正。
　　分别采用该方法和传统的滤波片法对一些铝制工件进行射束硬化校正。实验结果表明，通过两种方法硬化校正后的重建图像质量得到改善，本文提出的方法比滤波片法能更好地消除锥束CT的硬化伪影，为锥束工业CT射束硬化校正提供了一种有效的校正方法。

目录

声明

第一章 绪言

1.1 工业CT的组成

1.2 工业CT发展历程

1.3 工业CT系统工作原理

1.4 X射线硬化

1.5 本文的内容安排

第二章 X射线与X射线管

2.1 X射线

2.2 X射线管

2.3 本章小结

第三章 X射线管出射能谱测量

3.1 X射线管能谱测量

3.2 本章小结

第四章 锥束工业CT射束硬化校正

4.1 X射线束硬化

4.2 射束硬化校正的方法

4.3 实验

4.4 校正结果及对比

4.5 本章小结

第五章 工作总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

参考文献

攻读硕士期间研究成果

致谢