奧影科普| 工業CT的密度/對比度分辨率

來源：奧影檢測科技（上海）有限公司 2024年08月07日 15:47

在現代檢測領域，精度是非常重要的技術指標。具體到工業CT設備，其精度通常指代的有三個指標：空間分辨率、密度分辨率、測量誤差。關于空間分辨率的影響因素、計算方式在此前的推文中已經做了介紹，本篇，我們就來詳細介紹工業CT的「密度分辨率」。

一、密度分辨率

密度分辨率（Contrast Resolution），又稱對比度分辨率或低對比度分辨率，是CT系統區分不同物質密度差異的能力。它定量地表示為影像中能顯示的最小密度差別，通常以百分比（%）表示。例如，當密度分辨率為2%時，意味著兩種物質的密度差異達到或超過2%時，CT圖像就能清晰地區分它們。

二、工業CT密度分辨率的原理

我們知道，當X射線穿過不同密度的物質時，會發生不同程度的衰減。CT系統正是通過收集測量這些衰減信號，并利用重建算法將其轉換為圖像。密度分辨率的高低取決于系統對這些微小衰減差異的敏感度和區分能力。

在工業CT中，高質量的圖像可達優于1%甚至更小的密度分辨率，使得工業CT能夠發現更細微的缺陷，提高檢測的準確性和可靠性。這意味著工業CT能夠準確地區分材料內部的微小密度變化，如氣孔、裂紋、夾雜等缺陷，為質量控制和缺陷檢測提供強有力的支持。

三、影響密度分辨率的因素

密度分辨率的高低取決于多個因素，包括：

噪聲和信噪比

噪聲是掃描均勻物質時，其CT值的標準偏差。噪聲使圖像呈顆粒性，直接影響密度分辨率，尤其表現在低密度組織的可見度上。
信噪比由探測器的效率和X射線劑量決定。效率越高、劑量越大，則信噪比越高，相對降低噪聲，密度分辨率將提高。

被檢物體大小

理論上，被檢物體的尺寸大小并不會改變CT系統的密度分辨率（分辨能力），但是尺寸大小會影響到射線的衰減，這就在一定程度上會造成探測器在偵測信號方面存在差異，比如信噪比波動。當被檢物體的幾何尺寸較大時，這是因為較大的物體能夠吸收更多的X射線光子，從而產生更明顯的信號差異，使得不同密度的組織或物質更容易被區分開來。反之，如果被檢物體較小，其吸收的X射線光子數相對較少，信號差異可能不夠明顯，導致圖像在對比度上差異不明顯。另外高密度物質對射線吸收后會造成射束硬化、金屬偽影等干擾，同樣也會影響設備的密度分辨力。

探測器性能

探測器的靈敏度、動態范圍等性能參數對密度分辨率也有重要影響。高性能的探測器能夠捕捉更多的細節信息，提高圖像的密度分辨率。

X射線劑量

X射線源的能量直接影響其穿透能力和散射程度。選擇合適的X射線源的劑量，可以在保證穿透深度的同時，減少散射和衍射對對比度分辨率的影響。

四、密度分辨率測試

密度分辨率的檢測方法多種多樣，在國標《GB/T 35386-2017 無損檢測工業計算機層析成像（CT）檢測用密度分辨力測試卡》文件中，提供了空氣間隙卡、固體密度差試樣、液體密度差試樣和圓盤卡四種測試卡。這些測試卡通過設計具有不同密度的材料組合，來模擬實際檢測中可能遇到的密度差異。例如：

固體密度差試樣

是在均制的圓柱形剛性基體材料（一般為鋼、鋁或塑料）的特定部位，按密度大小嵌入的一系列與基體不同的密度塊。通過掃描這些試樣，可以評估CT系統對固體材料密度差異的分辨能力。

液體密度差試樣

在純水的特定范圍內加入可溶性介質（一般選用氯化鈉），使介質溶液和純水形成一定的密度差。

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