光电成像——非均匀性概要

光电成像原理与技术考试要点第一章：1. 试述光电成像技术对视见光谱域的延伸以及所受到的限制。

答:[1]电磁波的波动方程该方程电磁波传递图像信息物空间和像空间的定量关系，通过经典电磁场理论可以处理电磁波全部的成像问题[2] 收到的限制：当电磁波的波长增大时，所能获得的图像分辨力将显著降低。

对波长超过毫米量级的电磁波而言，用有限孔径和焦距的成像系统所获得的图像分辨力将会很低。

因此实际上己排除了波长较长的电磁波的成像作用。

目前光电成像对光谱长波阔的延伸仅扩展到亚毫米波成像。

除了衍射造成分辨力下降限制了将长波电磁波用于成像外，用于成像的电磁波也存在一个短波限。

通常把这个短波限确定在X射线（Roentgen射线与y射线（Gamma射线波段。

这是因为波长更短的辐射具有极强的穿透能力，所以，宇宙射线难以在普通条件下聚焦成像。

2. 光电成像技术在哪些领域得到广泛的应用？光电成像技术突破了人眼的哪些限制？答:[1]应用:（1人眼的视觉特性（2各种辐射源及目标、背景特性（3大气光学特性对辐射传输的影响（4成像光学系统（5光辐射探测器及致冷器（6信号的电子学处理（7图像的显示[2]突破了人眼的限制：（1可以拓展人眼对不可见辐射的接受能力（2可以拓展人眼对微弱光图像的探测能力（3可以捕捉人眼无法分辨的细节（4可以将超快速现象存储下来3. 光电成像器件可分为哪两大类？各有什么特点？答:［1］直视型:用于直接观察的仪器中，器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分,可直接显示输出图像，通常使用光电发射效应，也成像管.［2］电视型:于电视摄像和热成像系统中。

器件本身的功能是完成将二维空间的可见光图像或辐射图像转换成一维时间的视频电信号使用光电发射效应或光电导效应，不直接显示图像.4. 什么是变像管？什么是像增强器？试比较二者的异同。

答:［1］变像管:接收非可见辐射图像，如红外变像管等，特点是入射图像和出射图像的光谱不同。

［2］像增强器：接收微弱可见光辐射图像，如带有微通道板的像增强器等，特点是入射图像极其微弱，经过器件内部电子图像能量增强后通过荧光屏输出人眼能够正常观看的光学图像。

红外成像系统非均匀性快速校正方法红外成像系统是一种利用物体所放射的红外辐射图像来研究物体表面温度分布的一种技术。

在此技术中，成像系统测量物体表面的不断变化的温度，并将其以数字形式传递给计算机，以便进行图像处理和分析。

然而，在红外成像系统中，成像系统的感受器非均匀性会导致图像质量下降，降低对物体表面温度分布的准确度。

因此，人们需要对红外成像系统进行非均匀性快速校正。

本文将介绍一种红外成像系统非均匀性快速校正方法。

校正步骤如下：第一步：对系统进行预热。

在进行非均匀性快速校正之前，需要确保红外成像系统已经预热。

由于数字红外成像系统是基于变差电阻器制造的，因此这种设备必须在10-30分钟内进行预热，以获得最准确的非均匀校正结果。

第二步：选择一个可见光相同区域的点。

在非均匀性快速校正过程中，应选择一个可见光相同区域的点作为校正点。

在该点附近，可以确定一个区域，以此确定成像系统的校正系数。

其次，在选择校正点时，应选择具有相对稳定温度的物体，以避免校正结果受到外界温度的干扰。

第三步：测量校正点的温度。

在选择了一个可见光相同的校正点之后，需要测量该点的温度。

可以使用一个温度计或其他合适的测量设备进行测量。

此外，在测量过程中，应确保温度计和红外成像系统的范围和标定方式相同。

这可以确保准确度的一致性。

第四步：确定校正系数。

在测量了校正点的温度之后，需要确定校正系数以进行校正。

这需要测量在红外成像系统中检测到的校正区域中的每个像素的参数值。

根据这些值，可以计算出一个在该区域内的校正系数。

这个系数可以被应用到整个图像中，从而对红外成像系统的非均匀性进行校正。

第五步：进行校正。

在确定了校正系数之后，我们可以对不规则成像系统进行校正。

这可以通过将校正系数应用到整个图像中来实现。

在校正后，无论是图像的温度测量还是温度差异均可更加准确。

总体来说，这种红外成像系统非均匀性快速校正方法可以快速有效地进行红外成像系统的非均匀性校正。

红外成像电路非均匀性动态补偿技术研究发布时间：2023-03-03T05:41:25.274Z 来源：《中国科技信息》2022年10月19期作者：罗涛张兵[导读] 对三代制冷型红外探测器非均匀性来源进行了总结，对红外成像机芯中的竖条纹状非均匀性来源进行了分析罗涛张兵洛阳电光设备研究所，河南洛阳 471000摘要：对三代制冷型红外探测器非均匀性来源进行了总结，对红外成像机芯中的竖条纹状非均匀性来源进行了分析。

说明了探测器读出电路和信号采集电路是导致红外图像竖条状非均匀性的主要来源，采集电路温度漂移是导致红外竖条纹状非均匀性恶化的主要原因。

论证和实施了基于可调偏压的红外成像电路非均匀性补偿技术和红外电路温度漂移非均匀性补偿技术，对红外成像竖条纹状非均匀性进行补偿，经过试验验证，机芯图像非均匀性得到明显改善，图像竖条纹明显减弱，机芯环境适应性明显增强，图像非均匀性指标得到提升。

关键词：红外探测器；采集电路；温度漂移；非均匀性。

中图分类号：G632 文献标识码：A红外热成像系统是集成光学、机械、电子、半导体技术、控制等多学科的复杂系统。

因其利用物体热辐射被动成像，由于红外辐射的普遍性、被动性，探测距离远，隐蔽性好，因此被广泛应用于军事，民用等各个领域。

如微弱目标探测、导弹预警、红外制导，前视红外成像和辅助导航等领域。

红外图像非均匀性是评价红外成像系统的成像效果的指标之一，从红外成像系统来说，红外图像非均匀性主要来自于红外探测器自身带来的非均匀性，红外成像电路器件参数漂移引入的非均匀性，外界输入相关的非均匀性等。

红外焦平面探测器是红外成像系统的核心光电探测器件，传统的红外焦平面探测器读出电路采用的是多通道模拟信号以高阻输出的方式传送模拟信号[1]。

后端信号采集处理电路通过多路信号匹配电路，放大电路，滤波电路，AD采样电路转化为数字信号进行预处理。

竖条纹是红外图像非均匀性的常见表现形式之一。

对于制冷型模拟输出红外探测器而言，红外成像画面的竖条纹来源于探测器读出电路行列选择造成的输出通道之间的差异，以及后端信号采集电路不同通道之间的运放、电阻偏置和漂移差异，尤其是当采集电路所处工作环境温度变化时，采集电路不同通道之间的漂移差异会通过图像竖条表现出来。

红外成像非均匀性校正技术研究红外成像技术在军事、安防、医疗等领域具有广泛应用，但其成像过程中存在的非均匀性问题一直是制约其成像质量的关键因素之一。

红外成像非均匀性主要体现在图像中心亮度较高，边缘亮度较低的现象。

为了提高红外成像的质量，研究人员开展了红外成像非均匀性校正技术的研究。

红外成像非均匀性的产生主要是由于红外探测器在制造过程中存在的制造差异以及工作过程中的温度波动所引起的。

红外探测器的制造差异包括器件材料、探测单元数量等因素。

而温度波动则会导致红外探测器的灵敏度发生变化，进而影响成像的质量。

因此，研究人员通过对红外探测器进行校正，以消除这些非均匀性。

目前，红外成像非均匀性校正技术主要分为两种方法：硬件校正和软件校正。

硬件校正是通过在红外探测器上增加校正电路和校正器件来实现的，可以对每个像素点进行校正，但成本较高。

软件校正则是通过算法处理的方式，将非均匀性信息存储在一个表格中，在成像时进行处理，可以降低成本，但对算法的要求较高。

在软件校正方法中，最常用的是查找表法。

该方法通过在红外成像系统中加入一块低温黑体，通过调整不同像素点的增益和偏置来校正非均匀性。

此外，还有基于统计学方法的校正技术，例如使用平均值、中值、高斯滤波等方法来消除非均匀性。

此外，还有一些新的红外成像非均匀性校正技术正在不断发展中。

例如，基于深度学习的方法可以通过训练神经网络来实现非均匀性校正。

通过大量的样本数据进行训练，网络可以学习到非均匀性的特征，并进行校正。

这种方法具有较高的准确性和实时性，但对训练数据的要求较高。

总之，红外成像非均匀性校正技术在红外成像领域具有重要的意义。

通过对红外探测器进行校正，可以提高红外成像的质量，拓宽其应用范围。

随着技术的不断发展，相信在未来会有更多更先进的非均匀性校正技术出现，进一步推动红外成像技术的发展。

光电成像原理
光电成像原理是一种利用光电效应将光信号转换为电信号的技术。

这种技术已
经广泛应用于摄影、医学影像、安全监控等领域，成为现代科技发展中不可或缺的一部分。

光电成像原理的基本原理是利用光电二极管或者光电传感器等器件，将光信号
转换为电信号。

当光线照射到光电二极管或者光电传感器上时，光子的能量会激发器件内部的电子，从而产生电流。

通过测量这些电流的大小和变化，就可以得到光信号的信息，从而实现光电成像。

在摄影领域，光电成像原理被应用于数码相机和摄像机中。

传感器接收到光信
号后，会将其转换为数字信号，再经过处理和存储，最终呈现为清晰的图像或视频。

这种技术不仅提高了图像的质量和分辨率，还使得摄影和摄像更加方便和便捷。

在医学影像领域，光电成像原理被应用于X光机、CT扫描仪和MRI等设备中。

这些设备能够通过光电成像原理获取人体内部的影像信息，帮助医生进行诊断和治疗。

光电成像技术的发展，使得医学影像诊断更加准确和可靠。

在安全监控领域，光电成像原理被应用于监控摄像头和红外夜视设备中。

这些
设备能够通过光电成像原理获取周围环境的图像信息，帮助监控人员进行安全监控和防范。

光电成像技术的应用，提高了安全监控的效率和精度。

总的来说，光电成像原理是一种非常重要的技术，它在各个领域都发挥着重要
的作用。

随着科技的不断发展，相信光电成像技术将会有更广阔的应用前景，为人类的生活和工作带来更多的便利和帮助。

第一章_光电成像技术概论光电成像技术是指利用光电转换技术，将物体表面反射、散射、透射的光线转化为电信号，再经过信号处理、显示等环节，最终形成清晰可见的物体图像的一种技术手段。

光电成像技术广泛应用于军事、安防、医疗、工业等领域，对于实现目标检测、监控与控制、医学影像、工业检测等方面起着重要作用。

它通过将光信号转化为电信号，能够大大提高物体探测和识别的灵敏度和准确性，并且能够在远距离和恶劣环境条件下工作。

光电成像技术的基本原理是利用光电转换器件将可见光信号转化为电信号。

常见的光电转换器件包括光电二极管、CCD（电荷耦合器件）和CMOS（互补金属氧化物半导体）等。

其中，CCD和CMOS是最为常见和重要的光电转换器件。

CCD（Charge-Coupled Device）是一种利用电荷耦合来传输和存储电荷的器件。

它由若干个微小的感光单元组成，每个感光单元可以将光信号转化为电荷信号，并将其存储在感光单元中。

随后，通过移位寄存器的操作，将电荷信号逐个传递到输出端，最终形成整个图像。

CCD具有高灵敏度、低噪声等优点，被广泛应用于照相机、摄像机等成像设备中。

除了光电转换器件，光电成像技术还需要配备适当的光源。

常见的光源包括白炽灯、荧光灯、激光等。

光源的选择要根据不同的应用需求，如照明要求、环境条件等进行合理选择。

光电成像技术不仅仅局限于可见光范围，还可以应用于红外、紫外、X射线等不同波段的成像。

例如，红外光电成像技术可以实现夜视、隐蔽目标探测、热成像等功能；X射线成像技术可以应用于医学影像、安全检查等领域。

总结起来，光电成像技术是利用光电转换器件将物体表面反射、散射、透射的光信号转化为电信号，再经过信号处理和显示等环节，最终形成清晰可见的图像的一种技术手段。

它在军事、安防、医疗、工业等领域有着广泛的应用，并且能够应用于多种波段的成像。

随着科技的不断进步和需求的增加，光电成像技术也将不断发展和完善，为人们的生活和工作带来更多的便利和安全。

光电成像检测系统像面照度均匀性分析赵霞;刘宾【摘要】非均匀发光光源、大视场角等因素会造成光学成像检测系统像面照度分布不均匀,进而导致检测效率下降.研究非均匀发光光源和大视场角对像面照度均匀性的影响程度,首先建立光源间距与受光面接收照度间的关系模型,仿真分析不同LED间距对像面照度均匀性的影响,然后建立光学耦合系统的物面张角和像面照度间的关系模型,仿真分析物面张角对像面照度均匀性的影响.实验结果表明:在非均匀发光光源和大视场角的作用下,检测系统会造成像面照度严重不均匀现象.研究结果为后续像面照度校正算法设计提供了理论依据.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2014(035)002【总页数】5页(P260-264)【关键词】光学成像;检测;像面光照度;均匀性【作者】赵霞;刘宾【作者单位】中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP394.1;TH691.9引言光学成像检测技术从20世纪70年代初美国JPL实验室研发的第一套数字图像处理系统开始，已经作为一种高效快速的非接触测量手段应用于工业生产的多个方面，如零部件外形、尺寸检查、零件装配、过程监控等方面。

光学成像系统是实现光学成像检测的主要设备。

采用光学成像系统实现目标检测的过程通常是，采用光源对被检测对象进行一定方式的照射，携带被检对象信息的光强度分布信息通过光耦合器件将光信息耦合到光电成像器件的像面，成像器件将光信号转换成电信号，图像处理单元将信号进行抽样、量化、编码过程转换为数字图像，并进行后续处理、实现目标的检测和识别。

在此过程中，经常要面临的一个问题是像面照度不均匀。

像面照度不均匀直接导致数字图像质量下降以及基于该图像的目标识别变得困难[1-2]。

鉴于此，本文以典型光学成像系统为研究对象，详细分析造成像面照度不均匀现象的原因及影响程度，为后续的校正算法研究提供理论支撑。

成像专题非均匀介质全息成像：基于压缩感知算法实现（OSAOE）Noise suppression for ballistic-photons based on compressive in-line holographic imaging through an inhomogeneous medium本期导读本期分享探讨计算光学成像领域一个经典且实用的研究热点：散射介质成像。

众所周知，全息成像过程会受到其他非均匀介质的影响，例如透过云雾成像、透过毛玻璃成像、透过浑浊液体水下成像及透过生物组织成像等。

在多数实际应用层面，光路中的非均匀介质会在全息图中引入扰动噪声，进而严重影响成像质量。

近日，来自清华大学和杜克大学的研究人员在光学领域顶级期刊Optics Express发表了研究工作，提出利用压缩感知（Compressive Sensing）算法实现透过散射介质高信噪比成像。

技术路线该论文提出了一种基于压缩采样的散射介质无透镜成像技术，构建了基于弹道光子编码的传输退化模型，利用压缩数字全息成像算法抑制散射成像中的噪声。

与传统的反传播成像算法相比，压缩感知算法可以有效地提高重建图像的峰值信噪比。

该论文首先模拟了不同散射强度介质对无透镜全息采样的影响。

模型中多次散射光子失去了相干性，在全息编码采样中可看作是噪声项，而携带物体信息的弹道光子和蛇形光子保留有部分相干性，可看作是信号项。

图1 散射介质对无透镜全息成像的影响（文中用图由清华大学提供，下同）论文对不同信噪比的全息编码图像采用压缩感知数字全息模型进行重建，结果表明无透镜压缩采样数字全息算法具有很强的抗噪声能力。

由于全息编码的冗余性特点，物体上每一个像素的信息被编码到采样全息图的每一个像素上，非均匀介质产生的随机噪声不符合编码正向传输模型，在压缩感知重构过程中被有效的抑制，由此提高了成像系统的抗噪声能力。

论文利用峰值信噪比（PSNR）和结构相似性（SSIM）两个指标定量分析了基于反传播算法和压缩感知数字全息算法的重建图像质量。

射线数字成像检测系统不均匀性分析与校正第32卷第5期2005年5月光电工程Opto-ElectronicEngineering,,01.32.NO.5May,2005文章编号:1003—501X(2005)05—0042—04射线数字成像检测系统不均匀性分析与校正程耀瑜,李永红,张丕壮,郭洁(仪器科学与动态测试教育部重点实验室(中北大学),山西太原030051)摘要:图像高低频畸变(即不均匀)会导致射线数字检测系统检测灵敏度的下降和误判,而造成畸变的原因是系统中射线源强度分布不均匀,闪烁体屏发光不均匀,镜头渐晕,科学级CCD暗电流和光响应不均匀.在此分析的基础上提出了一种校正方法,该方法利用实验得出校正矩阵,通过软件校正,先校正CCD暗电流和光响应不均匀性,再对其它三个因素合并校正.在便携式x射线源下,对三号透度计在l5mm均匀钢板上的图像进行了校正实验,结果表明,灵敏度由校_rE前的l67%提高到1.33%,图像不均匀性得到明显改善,空间分辨力大于35lp/mm.系统具有检测灵敏度高(1.5%)和适应射线能量范围大(50keV-15MeV)的优点.关键词:射线数字成像;非均匀性校正;CCD相机;暗电流中图分类号:TH76文献标识码:AAnalysisandcorrectionfornon-uniformityofadigitalradiographicapparatusCHENGY ao-yu,LIY ong-hong,ZHANGPi-zhuang,GUOJie(Ke),LaboratoryofInstrumentScienceandnamicMeasurement, NorthUniversityofChina,Taiyuan030051,China)Abstract:Highandlowfrequencyaberration(i.e.,non-uniformity)ofanimagewillleadtored uction ofinspectionsensitivityandfalseconclusionforadigitalradiographicapparatus.Reasonsfor inducingaberrationscomefromnon-uniformityofradiographicsourceintensitydistribution,light non.uniformityofscintillatorscreen,lensvignetfiag,darkcurrentandlightresponsenon.unif ormityofscientificgradeCCDcamera.Basedontheanalysis,acorrectionmethodisproposed,bywhic ha correctionmatrixisobtainedbyexperimentsandimageiscorrectedthroughsoftware,theCC Ddarkcurrentandlightresponsenon-uniformityarefirstlycorrected,threeotherfactorsthenbycoal itioncorrection.TheafterandbeforecorrectionimagesofNo.3transmissometer(GB4730)attach edon15mmuniformitysteelplategainedbyportableX-raysourcearegiven.Theresultsshowthatthesens itivityhasbeenimprovedfrom1.67%beforecorrectionto1.33%andtheimagenon.uniformityhasb eenobviouslyimprovedwithaspatialresolutionmorethan3.51p/rnm.Thesystemhasadvantage sofhighinspectingsensitivity(1.5%)andsupportinglargerayenergyrange(50keV-15MeV). Keywords:Digitalradiographicimaging;Non—uniformitycorrection;CCDcameras;Darkcurrents1基于科学级CCD相机的工业射线成像系统简介在射线无损检测领域,数字图像射线检测技术是新技术和发展趋势.目前,应用和研究较多的是基于影像增强器和CCD相机或平板式探测器组成的数字成像系统.这两种系统主要用于低能x射线源(450kV收稿日期:200408—25:收到修改稿日期:?0()50卜l?基金项目:山西省科技攻关项目(99102I)作者简介:程耀瑜(1966一),男(汉族),山西平遥人,副教授.博士,主要从事无损检测信息处理技术研究和系统开发工作.E—mail:chengyaoyu66@I63COIll.程耀瑜等:射线数字成像检测系统不均匀性分析与校正43射线源以下)检测系统,前一种系统成像质量较差且对x射线源要求高,后一种价格高.为了解决大中型构件下高能x射线(大于1MeV)数字成像以及为工业领域提供价格较低的高性能数字成像系统,作者提出并研制了一种新型的基于单晶闪烁体转换屏和科学级制冷CCD相机为主的开放式射线数字成像系统…,系统组成方框图如图1所示,详见参考文献【2】.(国外采用光锥直接耦合到工业CCD相机的方法).闪烁体转换屏的作用是把透过被检工件后的射线分布转换为携带了工件内部信息的可见光图像,反射镜(45.反射镜)的目的是把可见光图像反射到CCD相机中,而透过转换屏的残余射线能够直线穿过反射镜,避免射线对相机的损害和引起图像噪声.由于转换后的图像为微光图像,采用动态范围大,噪声小,像元多且一致性好的制冷科学级CCD相机长时间曝光的方法获取图像,即慢扫描成像,该方法类似胶片成像(时间比胶片成像短).和射线图像增强器成像系统相比,可大大减小射线起伏和电子增强组成的图像噪声.而且该系统可在低能,高能x射线及丫射线下使用,扩大了应用范围,且具有价格低,性能指标高的优点.2系统成像不均匀性影响因素分析系统研制成功后,通过实验可知,本系统原始成像质量ScintillationI-JRenect.rComputerandimagey,creellIprocesssystemI}LenslandscientificgradeCCDcanleraL—_-j图1射线数字成像仪组成方框图Fig.1Illustrationofthedigitalradiographicapparatus并不很高,如图2是均匀钢板的图像,从图像上可看出本应灰度均匀的图像,却出现具有高频和低频性质的噪声,这种图像畸变会造成检测灵敏度下降和误判.经过仔细分析和大量实验,主要有以下几种因素.2.1射线源强度分布的不均匀射线源输出射线是锥束,中心强度大,周围强度小,对于固定的射线源,其分布是固定的,所以可以校正,它表现为低频不均匀性,使中心图像亮度高于周围亮度,影响程度与射线源及成像几何条件有关.2.2射线转换屏射线晌应的不均性通过对射线转换屏多方面因素的考虑和调研,转换屏采用csI(T1)单晶闪烁体….射线转换屏是成像的一个关键部件,其成像特性与工艺,射线硬度等有关,但其不均匀性是工艺本身固有的,所谓不均匀性是指转换屏不同位置对相同强度的射线的响应效率的差异性.图2中呈现出的一种斑状亮块(或暗块)和线状亮线(或暗线)就是由于屏制造时掺铊不均匀图2均匀钢板的成像图Fig.2h'nageofauniformsteelplate及工艺缺陷造成的,成像后图像特性是固定的,所以只要屏和CCD相对位置不变,可以校正.2.3光学系统渐晕效应光学系统主要包括45.反射镜和镜头.反射镜是平面镜,所以其插入光路不会加大物镜的渐晕.物镜会造成渐晕效应,即在物面亮度均匀的情况下,成像后轴上点亮度最大,越远离轴区域成像亮度越低,称为"光晕"或"渐晕",这是几何光学成像的基本知识,主要是镜头本身的参数决定的.对射线成像的影响和2.1的锥形射线情况相类似,所以图像中心亮,边上暗的现象是由这两方面综合的结果.2.4科学级CCD相机不一致性分析为了节约成本和满足射线检测长线传输图像的要求,本系统中的科学级CCD相机是作者在购买科学级CCD基础上研制的,但具有通用性.2.4.1CCD暗电流的不一致性6050403020l00200400600800l0O0pixie图3暗电流图像第300行的灰度曲线Fig.3DarksignalimagegrayseaIecurve0f300'uline由于本系统需较长时间曝光(一般为几十秒以上),CCD暗电流的作用必须考虑.CCD暗电流指在无光照情况下,积分一定时间后产生的载流子形成的暗信号,暗电流是器件本身产生的,大小与CCD及芯片温度有密切关系,所以相机采用制冷到一2O℃到一40~C左右温度工作.从影响成像质量来说,主要关心的是暗电流的不一致性,即各个像元之间在相同积分时间内形成的暗电荷的不一致性.由于CCD制作工艺44光电工程第32卷第5期的限制,使各个像元特性有所区别,理论和实践可知,暗电荷的不一致性表现为"固定尖峰噪声"特性,即有些像元的暗电流特别大,在图像上表现为"白点"噪声(即高频噪声),如图3所示是多幅叠加平均后的暗电流图像中第300行的灰度图(叠加平均的目的是大大减小随机噪声).通过理论和实验分析可知,暗电流不一致性是固定的,所以可以校正.2.4.2CCD像元光响应不一致性分析像元光响应不一致性是指在均匀光照下,各个像元响应灵敏度的不均匀程度.尽管科学级CCD在工艺上控制响应不一致性,但在高精度成像中,由干这种不一致性可能淹没信息.它是CCD的重要指标,造成不一致性的原因是CCD制造工艺.一般定义为:在均匀光照下,平均输出电压等于1/2饱和电压时,则不一致性用(1)式衡量c%)=±AV㈩式中n为有效像元数,为第i个像元所对应的输出电压,,,为n个像元(即所有像元)输出电压的算术平均值,通常取和Vi中绝对值最大者进行计算,以表示该器件的最大不一致性.实验证明不一致性表现为高频和低频噪声.2.5随机噪声与散射线对CCD造成的噪声影响本系统中图像的随机噪声,主要是由干电路随机噪声造成的,包括CCD读出电路,信号处理电路,A/D转换电路等,这种噪声是随机的,可通过多幅迭加的方法减小.尽管系统中采用45.反射镜及CCD相机射线屏蔽保护,但不可避免地会有一些散射线照射到CCD上,通过理论和实验分析可知,这样会造成"白点"的随机噪声,而且影响严重,甚至会损坏CCD,这种噪声没有规律且危害大,所以仍然需从系统结构和屏蔽上想办法.3系统不均匀性校正方法研究和校正结果3.1校正方法图像以矩阵形式表示,从数学角度看,暗电流是加性的,而其它是乘性的.造成一幅图像的不一致性有随机噪声,CCD暗电流和光响应不一致性,镜头渐晕,屏的不一致性,射线源的射线分布不一致性几种主要原因.除第一种外,其余几种有固定特性,对固定的系统可利用实验方法得出校正矩阵,然后可利用软件校正方法减小不均匀性噪声.需要研究校正方法和顺序问题.3.1.1首先考虑随机噪声散射线造成的噪声危害很大,需在结构和屏蔽上想办法减小,无法用软件校正,以下校正认为已经不存在散射线噪声.电路随机噪声采用多幅迭加平均的方法减小,所以无论是求暗电流校正矩阵,还是其他校正矩阵,首先是要在尽可能减小电路随机噪声下求之.3.1.2CCD暗电流不一致性校正每一幅图像都包含暗电流图像,暗电流与镜头,屏,射线源无关,所以首先应校正暗电流.多幅相同时间内的暗电流图像(盖上镜头)叠加平均得到的图像矩阵除以曝光时间就可认为是单位时间暗电流校正矩阵,记为矩阵.在光照下t时间获取的图像减去?,就得到暗电流校正后的图像. 3.1.3CCD光响应不均匀性的校正矩阵在获取CCD光响应不均匀性图像时,不能有镜头,屏,射线源的影响,所以要去掉镜头,用均匀光照射获取Ⅳ幅图像平均,然后进行暗电流校正后得到Q(i√),归一化就可获得光响应不一致性校正矩阵为H(ij)=Q(ij)/q,其中q为图像Q(i,j)各像元平均灰度值,用日表示光响应不一致性校正矩阵.3.1.4其他三个因素合并校正镜头渐晕与屏的远近有关,屏的不均匀性与射线能量(硬度)有一定的关系,射线源造成的不均匀与射线源和屏的相对位置及射线源本身都有关,当系统确定后,三个因素的影响和相互关系就确定了.为了简单和具有通用性,可在系统确定后,求得三个因素合并校正矩阵.固定系统,获得t 时间的Jv幅图像,首先求得叠加平均后的图像Jp,,然后进行CCD暗电流和光响应不一致性校正,得到图像2005年5月程耀瑜等:射线数字成像检测系统不均匀性分析与校正45P2=(PI?M-t)xI/H,设P2是FIXm的矩阵,矩阵各像元的平均值为a,则三个因素合并校正矩阵为E=PJa.3.2系统校正结果和性能指标从以上分析可知:除暗电流是"加性"外,其它是"乘性"的.要获取CCD暗电流校正矩阵,再获取CCD光响应不一致性校正矩阵H,镜头,屏,射线源造成的因素必须在系统几何关系完全确定后,获取多幅图像计算而得到合并后的矫正矩阵E.对一幅任意获取的曝光时间为,的图像A,综合校正后的图像A'为:A'=(A—M?,)×(1/H)x(1/E).采用以上方法,对用3005型国产便携式x射线源和作者研制的成像仪组成的检测系统进行了大量实验,得出了各个校正矩阵,为了验证校正方法的效果,对三号透度计在15rnm均匀钢板上的图像进行了校正.图4是校正前后的对比图,可明显看出校正后的图像不均匀性大大减小了,以校正前看到第3根,校正后看到第4根计算,相对灵敏度由校正前的1.67%提高到1.33%,而且图像不均匀性得到明显改善.4结论在获取校正矩阵时.首先在系统建成前,(a)(b)图4透度计在均匀钢板上校正前后的图像(a)校正前-(b)校正后Fig.4Thebeforeandaftercorrectionimagesoftransmissometeronsteelplate(a)Beforecorrection;(b)Aftercorrection由科学级CCD相机和单晶转换屏研制的射线成像系统有很多优点(特别是可用在便携式x射线源成像和高能加速器下成像).但系统中射线在转换屏上分布不均匀,转换屏响应不均匀,CCD本身暗电流和光响应不均匀,镜头渐晕这些因素影响了戍像的质量,而这些因素是可通过软件校正的.作者提出了利用实验方法获得各环节校正矩阵并通过软件进行校正的方法,然后分析了校正顺序.通过校正,不均匀性基本消除了,系统性能指标明显改善.使系统空间分辨力大于 3.51p/mm,透度灵敏度优于1.5%,明显好于由图像增强器构成的系统,适合于静态构件的高精度射线实时成像无损检测.已用于军工产品的检测和锅炉焊管的焊缝在线探伤.加快成像速度有待于进一步研究.参考文献:I1]程耀瑜.韩焱.潘德恒,等.高,低能x射线数字戍像内视舣的研制I-l】.仪器仪表.2002.23(6):579-583.CHENGY aoyu.HANY an,PANDeheng,eta1.theDevelopmentofInspectorforHighandLo wEnergyXRayDigitalRadiography[J].ChineseJournalOfScientificInstrument,2002,23(6):579—583.【2】胡鸥,侯卓,程耀瑜,等.射线数字成像检测仪的光电系统设计【J1_光电工程,2004,3l(2):48—50.HUY an,HOUZhuo,CHENGY ao—yu,eta1.DesignofAnElectro—OpticalSystemforDigitalRadiographicApparatus[J].Opto-ElectronicEngineering,2004.3l(2):48—50.[31NAGARKARVV.GORDONJS,D—basedhighresolutiondigitalradiographysystemfornondestructiveevaluation[J].IEEETrans.Nuc1.Sci,I997,44(3):885—889.【4】蔡文贵.CCD技术及应用【M】.北京:tq-m业出版社,1992. 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