实时成像随想录

前言

 

Ｘ射线无损探伤作为一种常规的无损检测方法在工业领域应用已有近百年的历史, Ｘ射线无损探伤通常以胶片照相为主要方法，在检测速度和成本等方面已无法满足目前生产快速发展和竞争日益激烈的需要。我国经过十多年的发展，一种新的X射线无损检测方法 X射线数字化实时成像检测技术已日臻成熟并已成功应用于我国的工业产品粗糙度测量仪 http://www.cucaoduceliangyi.com 的无损检测实践。X射线数字实时成像检测技术主要特点是无需胶片照相，其原理与数码相机基本相同，检测结果的载体是数字图像。我国无损检测专家对X射线数字实时成像检测技术给予很高的评价，认为该检测技术的出现标志着我国Ｘ射线探伤进入无胶片时代，这与数码相机代替普通相机技术一样，是无损检测技术的一次革命性进步。（见2002年6月6日《新华网》报导：《我国X射线探伤技术进入无胶片时代》。）

 

笔者参加过X射线数字实时成像检测技术的一些工作，关注着X射线数字实时成像检测技术的发展动向，平时思考一些有关X射线数字实时成像检测技术问题，或者与同行朋友交流学习心得体会。为了备忘，将思考的问题和学习心得随手记录于笔记，现将笔记中的一些素材整理成本《随想录》。

 

1 关于X射线机小焦点问题

 

某气瓶制造厂提出“X射线机小焦点” 问题：该厂840升钢瓶壁厚为12mm，环焊缝双壁透照厚度为32mm，拟采用额定电压为320kV的X射线机。GB17925-1999《气瓶对接焊缝X射线实时成像检测》标准之5.2条规定：“当额定电压小于等于320kV时，焦点尺寸应小于等于0.6×0.6mm”。经调研，目前市场上能提供的额定电压为320kV的X射线机，其焦点最小尺寸为0.8×0.8mm，请问，在保证图像质量符合GB17925-1999的条件下，320kV的X射线机是否可采用0.8×0.8mm焦点的X射线管？

 

全国气瓶标准化技术委员会请我回复：在保证图像质量满足GB17925-1999标准的前提下，320kV的X射线机是可以采用0.8×0.8mm焦点的X射线管的。

 

这里需要说明的是，标准对焦点尺寸的规定是推荐性的。对焦点尺寸的限定是出于对提高图像质量的考虑，但影响图像质量的因素除焦点尺寸之外，还有其他因素。焦点尺寸的限定是可以放宽一些，但焦点尺寸较大毕竟会对图像质量有影响，因此，对焦点尺寸的限定仍然是必要的。这个口子不能开大，一旦开大就难于收拢了。

 

2 焦点的作用及其制约因素

 

焦点的作用是否越小越好？从理论上讲，焦点的作用是越小越好，但也未必做得到。从成像技术和图像质量来看，在确定几何不清晰度和最佳放大倍数时，X射线源的焦点尺寸是很重要的参数，焦点尺寸减小可以使图像放大倍数增大，有利于改善图像质量；同时，减小焦点尺寸能够检出更小的缺陷，有利提高X射线实时成像检测的可靠性。但是，焦点尺寸减小意味着X射线强度减小，这会使检测图像的亮度和对比度下降，不利于图像的观察。

 

据国内X射线探伤机制造厂称：按照目前X射线管的制造技术水平，制造高管电压、微小焦点的X射线探伤机还比较困难，如果冷却不好，小焦点很容易被“烧坏”。目前探伤机厂能够提供的小焦点X射线探伤机是：160 kV恒压式X射线系统，焦点尺寸≤ 0.4mm×0.4mm；225 kV恒压式X射线系统，焦点尺寸≤0.8mm×0.8mm；320 kV恒压式X射线系统，无损检测资源网焦点尺寸≤1.2mm×1.2mm；450 kV恒压式X射线系统，焦点尺寸≤1.8mm×1.8mm。这就是说，当前射线管的制造技术水平，制约着小焦点X射线机的发展。真可谓是：“不是不为也，而是不能也”。相信这个问题会得到解决。

 

3 系统分辨系问题

 

某气瓶制造厂拟按照GB17925-1996标准的技术要求，请某探伤机厂上一套X射线实时成像设备，经多次协商，系统分辨率定为≥2.0LP/mm，高于GB17925-1996规定系统分辨率≥1.4LP/mm的规定，应该说是没有问题的。后来气瓶厂荻悉，有关单位正提出一个新的X射线实时成像标准方案，将系统分辨率提高到≥3.0LP/mm，气瓶厂本着一步到位的思想，要求探伤厂将系统分辨率必须达到≥3.0LP/mm；而探伤机厂则表示，按照目前常规设备的配套水平，这个指标难于达到，除非采用全套进口部件，但价格很高气瓶厂接受不了，因此，合同就搁下来了。探伤机厂的人员来电问我有何看法。我说：合同问题我无意介入，对系统分辨率问题可从不同角度谈些看法。

 

4  从使用单位角度来看系统分辨率问题

 

现代科学技术在不断发展，我们应该用与时俱进的观点来看待系统分辨率问题。现在看来，GB17925-1996标准的系统分辨率指标是偏低了一些，所以新标准方案提出系统分辨率≥3.0LP/mm是有道理的。从使用单位角度来看，当然是希望系统分辨率越高越好。系统分辨率越高，图像质量越好，检测灵敏度越高，越能发现细小的缺陷，图像质量可以与胶片照相底片质量相媲美，而且检测成本比胶片照底片低廉，何乐而不为呢。所以，使用单位是支持提高系统分辨率的。

 

5  从探伤设备制造厂角度来看系统分辨率问题

 

新标准方案将系统分辨率提高到≥3.0LP/mm，从探伤设备制造单位角度来看，这个指标又太高了一些，目前国内多数探伤设备制造厂提供的X射线实时成像成套设备还难于达到这个指标，这就势必造成X射线实时成像检测的主要部件、关键部件依赖进口，不利于我国探伤工业的发展。据专家分析，实时成像技术在研究进度上，我国与国外先进发达国家基本保持同步，在研究水平上基本保持一致，但是在X射线实时成像的器材装备上，我国与国外先进发达国家相比则有较大的差距，成为我国X射线实时成像发展的“瓶颈”。为了追求系统分辨率的高指标，探伤机厂成套设备中的主要部件、关键部件不得不依靠进口，因而价格很高，除了少数军工企业、高科技企业之外，广大的民用工业企业是承受不了，国内市场打不开，没有经济效益，因而制约了探伤设备制造厂在研制X射线实时成像先进设备的积极性。探伤设备制造厂没有积极性，没有性能优良、价格实惠的实时成像成套设备来武装使用单位，使用单位的良好愿望也就无法实现。探伤设备制造单位提出，是否可以采用1.4LP/mm与3.0LP/mm的平均值，取系统分辨率≥2.2LP/mm，对国内多数探伤设备制造厂来说是可行的，且经过努力是可以达到的，这对推广应用实时成像新技术会起到积极的推动作用。

 

6  从制定标准角度来看问题 “跳起来摘桃子”

 

在制定技术标准时，有句话叫“跳起来摘桃子”，就是说技术水平要定得适中并略高一点。如果技术水平定得太低，不费力气就可达到，这样做实际上承认落后，不利于技术水平的提高。同样，如果技术水平定得太高，经过努力仍达不到，“干了白干，不如不干”，过高的技术水平脱离现实，同样也不利于技术水平的提高。所以制定标准时技术水平要定得适中并略高一点，这样才有激励动力，才能促进技术的进步和发展。“跳起来摘桃子”的比喻，就是说桃子应长在一定的高度上，让摘桃子的人跳起来能够摘到，不跳是肯定摘不到的，这是个激励机制的问题；但是桃子长得太高，摘桃子的人跳了又跳，还是摘不到，失去了激励动力，久而久之，也就失去了信心。

 

7  系统分辨率如同“牛鼻子”

 

系统分辨率指标是一个综合性指标，抓住了系统分辨率这个综合指标，如同牵住了X射线实时成像技术的“牛鼻子”。系统分辨率指标是X射线实时成像整个系统（包括所有硬件设备和计算机软件）性能的综合反映，可以说硬件与软件中每一个环节都与系统分辨率这个综合指标有关，系统中每一个细小环节发生变化，都会引起系统分辨率综合性能的变化，所以，抓住了系统分辨率这个综合指标，就等于抓住了X射线实时成像技术的关键，在制定标准时应特别注重系统分辨率这个综合指标。

 

8  避免国内技术壁垒

 

新标准方案将系统分辨率指标定为≥3.0LP/mm，愿望是良好的，但是也不能不看到，这样可能会形成国内新的技术壁垒，不利于国内实时成像设备技术总体水平的提高。根据WTO规则，在国际贸易中，无损检测资源网关税壁垒是不允许的，但是技术壁垒是允许的，有利保护本国的民族工业；但是对于国内的市场竞争而言，技术壁垒就没有必要。国内的技术标准和市场规则应该是以保护本国的民族工业、保护本国企业的利益为出发点和归宿，促进我国技术水平的总体提高。我们还应清醒地看到，我国无损检测的总体水平特别是器材装备技术水平与国外先进发达国家的水平还有一段差距，我国无损检测的行业应以促进发展我国的民族工业为已任，努力赶超世界先进水平。如果我们将技术的门槛定得过高，自己人迈不过自己设置的门槛，反而让外国公司乘虚而入，这个情况是也许是我国无损检测行业的企业家们所不愿意看到的，其结果也许会与当初的主观愿望正好相反。

 

制定标准应充分考虑不同层面的要求。X射线实时成像检测设备的系统分辨率分是否可以分为A、B两个级别来管理，将A级的系统分辨率定为≥2.2LP/mm（或2.0LP/mm），B级的系统分辨率定为≥3.0LP/mm，这样也许更适合于不同检测对象的要求，标准的适应范围更宽些，执行起来更加灵活，使用单位可以根据自已检测对象来选定系统分辨率级别，而探伤设备制造厂则可以根据自身的条件找到自己的服务对象，这样，设备的使用方和设备的制造方以及第三方都会感到比较满意。

 

9  两个相似的类比

 

在讨论X射线实时成像检技术的时候，人们总是喜欢将X射线实时成像技术与X射线胶片照相技术（而不是γ射线胶片照相技术）相类比。尽管它们之间有许多相同之处，而且有不少方面还保存了X射线胶片照相技术的优点；但是它们之间毕竟存在不同之处，至少在成像原理上是有所不同。它们之间的关系就好象是传统的胶卷照相技术与现时流行的数码相机技术一样。数码照相之所以能够流行，是与数码相机应用计算机图像处理技术有直接关系。数码照相的相片质量与成像的像素多少有关。有人说，数码照相的照片，远看逼真，近看麻点较大（实际是像素点较大），这话说到了数码照相问题的实质。这并不是说数码照相就没有优点，例如在新闻报导上，数码照相能实现远距离的实时传送，这是数码照相技术的一个明显优点。当然，胶片照相其清晰度现时还是好于数码照相。可见，胶片照相与数码照相各有所长，看来它们之间还是不能进行硬性的类比。当前，数码照相技术还在发展，其发展的方向是：一是不断提高像素容量，另一个是在摄象技术向两个方向发展：一个方向是采用高分辨率的CCD摄象机（或3 CCD摄象技术），直接提高照片的清晰度；另一个是采用传感技术，不用CCD摄象机，在传感器内直接进行A/D转换，减少了一个中间环节，更快捷地提高清晰度。虽然两个方向不同，但可以殊途同归，最终会减小照片上“麻点”，提高了照片的清晰度。尽管数码照相目前还有不尽人意之处，但它作为新鲜事物必然会无穷的生命力，“物竟天择，适者生存”，数码照相技术必然会生存和发展下去，至少在新闻摄影有用武之地。当然，要留住美妙的记忆，胶片照相仍是有不可替代的作用。从胶片照相与数码照相的类比中，也许会从中悟出一些关于X射线胶片照相与X射线实时成像相近的道理来，其中也包含着X射线实时成像技术的发展方向。

 

10 “木桶效应”

 

木桶装水的水平取决最短木板的高度，这就是“木桶效应”。X射线实时成像系统由多项零部件组成，系统分辨率可能与其中一种性能较低的零部件有直接的关系。例如，目前市场上性能较好的显示器其像素的点距为0.21mm，在配置其他零部件性能都较高的情况下，X射线实时成像检测设备的系统清晰度可能就是0.21mm，即系统分辨率可能是2.4LP/mm，（清晰度与分辨率的对应关系是：“ 二者互为倒数的二分之一”。）如果有更高性能的显示器与性能更高的其他零部件相适应，那么，系统分辨率可能会更高。

 

11 “堤内损失堤外补”

 

现时X射线实时成像系统分辨率不高是一个不争的事实，这与实时成像的器材装备自身的技术水平有关。我们知道，胶片乳剂的颗粒度很微小，胶片照相的底片自然就具有较高的清晰度，这是胶片照相技术的先天优势，而实时成像载体的“颗粒度”（像素）较大，存在后天不足，图像清晰度自然要低一些。

 

但是，事在人为，“堤内损失堤外补”，X射线实时成像检测采用微小焦点、图像放大、直接A/D转换、计算机图像处理等技术，能够弥补载体像素较大的不足，采用图像放大技术后，图像清晰度和灵敏度会有明显的提高，图像质量可以得到明显的改善，这也是不争的事实。另外，也应看到实时成像检测具有自身的优势，图像采集的速度比胶片照相快，能够实时看到检测结果；采用光盘储存检测图像，检测成本比胶片照相低。总之，胶片照相与实时成像各有所长，它们可以取长补短，共同发展。

 

12  一定的技术水平是一定时期生产技术能力的综合反映

 

GB17925-1999标准是我国第一个关于X射线实时成像的国家标准。实践多了，积累的经验也会多起来，技术水平也在不断的提高。用现在的眼光来看当时的水平，自然是低了些。一定的技术水平是一定时期生产技术能力的综合反映，所以不能用现在的技术水平来苛求当时的技术水平；当然，技术水平也不能老是停留在原有水平上，技术水平应与时俱进，才能促进不断的发展。国家关于标准化的政策是，标准每3~5年修订一次，正体现了与时俱进和循序渐进的思想。

 

13 发展才是硬道理

 

小平同志说：大意是“对于姓资还是姓社的问题不要去争论，要抓住机遇，加快发展，发展才是硬道理”。对于实时成像检测技术来说，同样是“发展才是硬道理”。现在，实时成像面临大好的发展机遇，经过十多年的努力，实时成像在我国已经形成了良好的气候，在国家质量技术监督局的支持下，实时成像检测技术在国内气瓶行业率先得到应用，为推广应用积累了成功的经验。现在，要加强实时成像的基础理论的研究，拓宽试用范围，特别是在锅炉压力容器压力管道方面的试用，在总结经验的基础上建立适合我国国情的实时成像标准体系，以适应不同层面的要求。同时也应看到，我国加入WTO以后，实时成像也面临挑战，我国在实时成像检测器材装备上落后于国外，检测器材装备成为制约我国实时成像事业发展的“瓶颈”。所我们应该加快基础理论研究、提高检测工艺技术的同时，加强我国实时成像检测器材装备研制，努力赶超先进发达国家的水平，促进我国实时成像无损检测技术有更大的发展。