CR检测中的分辨力与分辨率 你了解清楚了吗？

随着特种设备行业射线数字成像标准发布和人员取证的实施，数字射线检测技术得到了大力的推广应用。由于各标准的发布时间、起草人员不同，标准中的术语也就略存在差异，易引起混淆。特别是X射线计算机辅助成像检测（简称CR检测）标准，存在多个有关分辨力和分辨率的术语，给数字射线从业人员在学习、理解和应用标准上带来很大的困难。

为此，东方电气集团东方锅炉股份有限公司的检测人员通过对标准NB/T 47013.11-《承压设备无损检测 第11部分：X射线数字成像检测》、NB/T 47013.14-《承压设备无损检测 第14部分：X射线计算机辅助图像检测》和ISO 17636-2：《Non-destructive testing of welds-Radiographic testing-Part 2: X- and γ-ray techniques with digital detectors》中易于混淆的术语和定义进行理论对比分析和试验，以帮助从业人员更好地理解标准，推动CR检测技术在特种设备行业中的更好应用。

标准对分辨力和分辨率的定义

术语和定义取自NB/T 47013.11和NB/T 47013.14现行标准中。

分辨力

两个相邻细节间最小距离的分辨能力，用mm表示。

分辨率

分辨率定义为单位长度上可分辨两个相邻细节间最小距离的能力，用lp/mm表示。分辨率分为系统分辨率和图像分辨率，用双线型像质计或分辨率测试卡测试。

数字图像的分辨率（力），限定了图像所能分辨的、处于与射线束垂直平面内的相邻细节（缺陷）间的最小尺寸，即图像可以分辨的细节最小间距。

分辨率和分辨力的主要区别在于分辨率是相对值，分辨力是绝对值，分辨率等于2倍分辨力的倒数。

1

系统基本空间分辨率

（简称系统分辨率）

在无被检工件的情况下，按照标准测试条件获得的，单位长度上CR系统数字图像所能显示的最小细节的能力，用SRb表示。

2

图像空间分辨率

（简称图像分辨率）

在有被检工件的情况下，按照实际检测条件得到的，单位长度上数字图像所能显示的最小细节的能力，用S^iRb表示。

系统分辨率与检测系统有关，与被检对象无关，反映检测系统本身特性，主要取决于使用的射线机、CR扫描仪和IP板类型。射线机焦点尺寸小，激光扫描仪扫描步进小，IP晶体体积小可获得较高的图像分辨率。例如晶体体积小的IP分辨率比较高，可达25μm甚至更小。晶体体积较大的，空间分辨率也较低，最多只能达到50μm。

图像分辨率是检测系统针对特定检测对象在特定检测条件时，得到的检测图像分辨率，主要考核图像的不清晰度。对于特定的检测系统，系统分辨率为一定值，图像分辨率随检测对象和透照工艺的变化而不同，且数值低于系统分辨率。

扫描分辨率

由扫描决定的数字图像的像素几何尺寸，取决于激光扫描仪扫描IP板的行间距，以及激光点扫描行走速度与转换器工作频率之比。

扫描分辨率（扫描精度或扫描步进）主要受激光斑点尺寸、步进电机的运动精度和激光头摆动精度的影响。扫描分辨率是控制CR系统图像质量和IP扫描速度的关键因素，扫描分辨率高，相应的扫描速度就慢，获得的图像分辨率就高。实际系统分辨率低于理想状态的系统分辨率。

标准中分辨力和分辨率的指标规定

01

图像分辨率的表述

在实际应用中，各个射线数字成像检测标准并未严格区分双线型像质计读数值、图像不清晰度，其分辨率和分辨力的关系如表1～3所示。

表1 NB/T 47013.11-标准的表5中B级像质应达到的图像分辨率

表2 NB/T 47013.14-标准的表9中B级像质应达到的图像分辨率

表3 ISO 17636-2:标准的表B.14中B级像质应达到的图像分辨率

在NB/T 47013.11-标准中图像分辨率单位用lp/mm表示，在NB/T 47013.14-和ISO 17636-2:中用分辨力表示分辨率，单位为mm。

在实际应用中并未严格区分分辨力和分辨率间的关系，常用分辨力表示分辨率。例如：某图像分辨率为5lp/mm，对应分辨力为0.1mm，图像不清晰度为0.2mm，双线型像质计测定值为D10，则该图像分辨率为D10或0.1mm。

02

归一化信噪比计算时的分辨率选择

在归一化信噪比计算时，同样采用分辨力的值代入公式进行计算，但不同的标准对分辨率的规定又不相同。

ISO 17636-2:标准中归一化信噪比SNRN的定义为：利用从数字图像中直接测量的基本空间分辨率SRb和SNR值（即SNRmeasured）经式(1)归一化得到。

式中：88.6为归一化系数，单位为μm。

在进行归一化信噪比计算时，SRb为系统分辨率或图像分辨率对应的分辨力值，即双线型像质计丝径或丝径距离的值。

NB/T 47013.14-标准定义归一化信噪比SNRN为基于CR系统分辨率SRb，经归一化处理后的信噪比，可用式(2)表示。

式中：C为归一化系数，等于88.6μm；SNRm为测量信噪比。

同时该标准条款C.3规定 “进行归一化信噪比测量所需的CR系统分辨率的值按照附录B测定。”从术语定义和归一化信噪比计算公式可看出，SRb为CR系统分辨率。

通过分析，不同标准对归一化信噪比计算公式是相同的，但分辨率取值不同，ISO 17636-2:规定为图像分辨率，NB/T 47013.14-为系统分辨率。对同一图像而言，NB/T 47013.14-测量的图像归一化信噪比数值高于ISO 17636-2:的，即按照NB/T 47013.14-标准采集的图像质量可能不满足ISO 17636-2:标准的要求。

例如某CR检测系统的分辨率为D11（0.08mm），采用此CR系统按照AB级对60mm平板对接焊缝进行检测，当管电压为350～450kV时，图像归一化信噪比要求≥98。如果图像测量信噪比为100，图像分辨率为D6（0.25mm）。

分别将系统分辨率和图像分辨率代入式(2)进行计算得到：

系统分辨率为0.08mm时，SNRN=110.8＞98满足标准要求；

图像分辨率为0.25mm时，SNRN=35.4＜98不满足标准要求。

可见对同一图像，在测量信噪比相同的情况下，采用不同的分辨率代入公式计算得到的归一化信噪比数值相差超过3倍。

在实际CR检测应用中，为获得高质量的CR检测图像，图像归一化信噪比计算时并未采用系统分辨率，而是采用图像分辨率。

分辨率试验

采用型号HPX-1Plus的激光扫描仪，HR型成像板，HSXY-320HP型射线机（焦点尺寸为1.0mm），厚度为6mm的低碳钢钢板进行试验。

01

扫描分辨率和系统分辨率

按照NB/T 47013.14-附录B要求，将两个双线型像质计同时放在IP板上分别与像素行或列成2°～5°的倾角，扫描参数和透照条件如表4所示。

表4 CR系统测试扫描参数和透照条件

按照上述条件进行曝光和IP板扫描后，得到系统分辨率如图1所示。

图1 CR检测系统分辨率测试

对图像进行分析，可得出以下结论：

1

按照采样定理，CR扫描仪的扫描分辨率P为25μm，理想状态系统分辨率R=2P=50μm；

2

当激光束与双线型像质计丝径垂直时系统分辨率为88.8μm，激光束与双线型像质计丝径平行时系统分辨率为82.1μm，两个方向略有差异，系统分辨率为D11，即SRb=80μm；

3

系统实测分辨率低于理想分辨率，系统分辨率不仅与扫描分辨率相关，还与IP板类型有关。

02

扫描分辨率和图像分辨率

采用相同的透照工艺（管电压150kV，曝光量5mA·min，焦距700mm）对6mm厚的钢板进行透照。透照时，只改变扫描分辨率，而激光功率和PMT增益值保持不变，测试数据如表5所示。

表5 扫描分辨率对图像分辨率的影响

由表5可得出以下结论：

1

在特定的CR检测系统中，激光扫描仪扫描分辨率越高，图像分辨率越高；

2

在满足产品检测要求下，扫描分辨率变化对图像分辨率不会产生明显影响，适当降低扫描分辨率可提高扫描速度；

3

激光扫描仪的分辨率应可以调节以适应各种检测需要，图像采集时扫描分辨率要高于标准要求的图像分辨率。

03

系统分辨率和图像分辨率

射线数字图像检测技术中，图像不清晰度包括几何不清晰Ug和图像固有不清晰度Uc，可用图像分辨率表示，其等于2倍图像分辨率（力）。

固有不清晰度Uc可用式(5)表示：

几何不清晰度Ug可用式(6)表示：

式中：F为焦点至IP板的距离；df为焦点尺寸；L1为焦点至工件表面的距离；L2为工件表面至IP板的距离。

由式(6)可知：几何不清晰度与焦点尺寸和工件厚度成正比，与焦点至工件表面的距离成反比。在焦点尺寸和工件厚度一定的情况下，焦距越大，Ug值越小，图像分辨率越好。

通过上述试验测得该CR检测系统分辨率SRb为88.8μm，固有不清晰度Uc为0.1776mm。扫描参数和透照电压保持不变，曝光量按平方反比定律计算，通过改变焦距，测得的图像分辨率变化如表6所示。

表6 焦距对图像分辨率的影响

对表6进行分析，可得以下结论：

1

图像不清晰度计算值小于图像不清晰度测定值，即实际图像分辨率低于理论计算结果；

2

焦距从200mm变化到1000mm时，图像分辨率未发生明显变化，图像分辨率增大，几何不清晰度降低，图像分辨率逐渐提高；

3

虽然图像分辨率未发生明显变化（未超过一个丝号），但对应的分辨率数值下降的百分比不同（图像分辨率80～100μm都属于D11）；图2(a)中图像分辨率实测值为88.8μm，第一对不能识别的双线型像质计丝径百分比为15.8%，图2(b)中图像分辨率实测值为92.2μm，第一对不能识别的双线型像质计丝径百分比为12.7%；

图2 CR图像分辨率测试

4

因CR检测的图像分辨率和系统分辨率高，图像分辨率主要取决于系统分辨率，当焦距满足标准相关等级最小焦距情况下，焦距和射线机焦点尺寸产生的几何不清晰度Ug对图像不清晰度U的影响很小，即对图像分辨率的影响较小。

结

语

分辨率（或分辨力）是射线数字成像图像质量评价的重要参数之一，决定了缺陷细节的分辨能力。分辨率是相对值，分辨力是绝对值，对于特定的系统，可用分辨力表示系统的检测能力，但在对不同系统或被检工件之间进行对比时，分辨率则较为客观。通过对射线数字成像各标准术语中分辨率和分辨力的理论计算对比，分析了各标准中分辨率和分辨力的差异，并通过试验验证了扫描分辨率对系统分辨率和图像分辨率的影响，为CR检测工艺的制定提供了依据，以推动CR检测技术的更好应用。

作者：陈小明，石爱玲，张军辉，吴志波，谭云华

（东方电气集团东方锅炉股份有限公司）

第一作者简介：陈小明，工程师，主要从事锅炉、压力容器无损检测应用工作。

来源：《无损检测》2期

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