自适应剂量的X射线高动态DR成像技术研究

X射线作用于复杂构件时，由于在射线透照方向上被检测工件有效厚度差异大、成像系统动态范围受限等原因，导致单一剂量下X射线检测图像"开花"现象和无信息现象共存，加剧了射线散射对检测结果的影响，无法实现工件内部结构及疵病的有效检测。为此项目提出一种自适应剂量的X射线高动态DR成像技术，在不改变射线成像系统物理组成的基础上，研究X射线剂量自适应调节技术，智能控制X射线成像系统，获取递变射线剂量下的图像序列；通过序列子图的提取、处理和融合，获取高质量射线图像，从而实现射线系统的动态范围扩展。项目的提出能够通过扫描方式和数据处理技术的改进与创新弥补系统动态范围的物理局限，从而有效地扩展成像系统的应用范围。该技术具有对硬件要求低、智能化程度高、检测对象结构形状无约束等优势，在工业探伤、质量评估、医学诊断等领域具有广阔的应用前景；同时对我国X射线检测新技术的发展具有一定的推动作用。

复杂结构件在X射线成像过程中，由于射线透照方向上有效厚度差异大、成像系统动态范围受限，常规固定能量的成像模式易出现过曝光和欠曝光共存现象，无法实现检测对象内部结构的有效检测。针对该问题，项目依据预定研究内容和目标，围绕剂量自适应的X射线高动态DR成像理论和方法开展了创新性研究，圆满完成了项目计划书要求。具体工作如下：研究了变剂量X射线成像原理，建立了与射线剂量、有效厚度和图像灰度相关的剂量适定性模型，提出了基于改进爬山法的剂量优化调节策略，实现了射线剂量的自适应调节，提高了图像序列的采集效率。基于射线图像的IQI灵敏度和变剂量图像灰度的统计假设检验，论证了最佳灰度带的存在性，提出了变剂量图像序列有效子集递归提取算法，实现了变剂量图像序列的有效区域提取，有效地克服了过曝光和欠曝光区域对多谱融合的影响。提出了基于分形的变剂量图像序列增强算法和基于ICA的变剂量图像序列散射校正算法，有效地提高了变剂量图像序列成像质量。提出了基于剂量适定性模型、主成分分析（PCA）、灰度一致性等多种变剂量图像序列非线性融合算法，有效地扩展了成像系统的动态范围，实现了复杂异形工件的高动态DR成像。基于以上成果，自主研发了递变过程可控的225kV变剂量X射线DR/CT成像系统，突破了成像系统动态范围的物理局限，填补了剂量自适应的高动态DR/CT成像领域的空白，使成像系统与检测对象实现优化匹配，有效地扩展了成像系统动态范围，实现了复杂结构件的高动态DR/CT成像。