ICS19.100 J04 中华人民共和国国家标准 GB/T29069—2012 无 损检测 工业计算机层析成像(CT) 系统性能测试方法 Non-destructivetesting—Testmethodformeasurementofindustrial computedtomography(CT)systemperformance 2012-12-31发布 2013-10-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由全国无损检测标准化技术委员会(SAC/TC56)提出并归口。 本标准起草单位:中国人民解放军重庆通信学院、重庆大学ICT研究中心、中国兵器科学研究院宁 波分院、重庆真测科技股份有限公司、山东机器集团、上海航天动力技术研究所。 本标准主要起草人:刘荣、蔡玉芳、王珏、张维国、郭智敏、俞翔、高富强、刘丰林、翟玉兰、黄建淞、 李正勇。 ⅠGB/T29069—2012 无损检测 工业计算机层析成像(CT) 系统性能测试方法 1 范围 本标准规定了工业计算机层析成像(CT)系统性能测试方法,包括测试卡的制作要求、测试要求、测 试方法、测试记录及报告。 本标准适用于工业CT系统空间分辨力、密度分辨力的测试。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T12604.2 无损检测 术语 射线照相检测 3 术语和定义 GB/T12604.2界定的术语和定义适用于本文件。 4 方法概要 4.1 概述 工业CT系统主要性能包括: a) 空间分辨力; b) 密度分辨力。 4.2 空间分辨力 空间分辨力的测试通常有线对卡法、圆盘卡法、圆孔卡法,可根据实际情况选择具体的方法。线对 卡制作要求高,测试过程简单,测试结果直观。圆盘卡制作较简单,测试过程复杂,测试结果需要繁复的 计算。圆孔卡制作要求高,测试过程简单,测试结果处理较困难。线对卡、圆孔卡、圆盘卡等标准试件的 设计与制作要求分别见附录A的A.1、A.2、A.3。 4.3 密度分辨力 密度分辨力的测试通常有空气间隙法、圆盘卡法、密度差法,可根据实际情况选择具体的方法。空 气间隙卡制作要求较高,测试过程简单,测试结果直观。圆盘卡制作较简单,测试过程复杂,测试结果需 要繁复的计算。密度差法分液体密度差法和固体密度差法两种;液体密度标准试件制作困难,易受温度 影响,密度差别小的固体密度标准试件难于获得,通常采用空气间隙卡替代;密度差法测试过程简单,测 试结果直观。空气间隙卡、液体密度差标准试件、固体密度差标准试件的设计与制作要求分别见附录 A的A.4、A.5、A.6。 1GB/T29069—2012 4.4 测试要求 根据CT系统的配置,选择适宜的标准试件和扫描参数、重建参数及显示参数。安装标准试件时, 标准试件的几何中心应与CT系统的回转中心基本重合,标准试件的基准面与扫描切片平面平行,切片 位置应与标准试件上指定的检测位置一致。如无特殊要求,标准试件图像宜占据一幅图像的2/3。 5 空间分辨力的测试 5.1 线对卡法 5.1.1 概述 用线对卡测试CT系统对空间频率的响应,从CT图像上分别测得不同宽度的线对组的最大和最 小CT值的差值,用最大的差值对各线对组的CT值差值进行归一化处理,绘制出MTF曲线,并给出所 要求调制度下的空间分辨力。 5.1.2 MTF曲线的绘制 5.1.2.1 调制度的计算 在线对卡的CT图像上,选择线条最宽的线对组,得到垂直于线条方向上CT值的分布曲线,该曲 线应有明显的上下矩形平台,线对组最大和最小CT值的差值可近似表示实际对比度(Δμ)。依次计算 其他线对组最大和最小CT值的差值,这个差值表示有效对比度(Δμ)e。如图1所示,由此计算出各线 对组对应的调制度[(Δμ)e/(Δμ)]。 图1 线对卡CT图像的CT值分布关系 5.1.2.2 MTF曲线 以空间分辨力线对数为横坐标(单位为LP/mm)、调制度[(Δμ)e/(Δμ)]为纵坐标,根据5.1.2.1的 计算结果绘制出MTF曲线,并在曲线上标示出调制度为10%时对应的分辨力,此即系统的空间分辨 力。典型的MTF曲线如图2所示。 2GB/T29069—2012 图2 典型的MTF曲线 5.1.3 空间分辨力的计算 按式(1)计算系统的空间分辨力R: R=1 2×1 Tmin…………………………(1) 式中: R———空间分辨力,单位为线对每毫米(LP/mm); Tmin———MTF曲线上与10%调制度对应的线对组中线条的宽度,单位为毫米(mm)。 5.1.4 测试结果 CT系统的空间分辨力是调制度为10%时对应的线对数。 5.2 圆孔卡法 5.2.1 MTF曲线绘制 用孔径代替线条宽度,参照5.1.2绘制MTF曲线。 5.2.2 空间分辨力的计算 根据圆孔卡的CT图像,按式(2)计算空间分辨力R。 R=1 2×1 Dmin…………………………(2) 式中: R———空间分辨力,单位为线对每毫米(LP/mm); Dmin———CT图像上能够分辨的最小孔径(指调制度为10%时分辨出的孔径大小),单位为毫米 (mm)。 5.2.3 测试结果 CT系统的空间分辨力是调制度为10%时对应的孔径大小。 3GB/T29069—2012 5.3 圆盘卡法 5.3.1 概述 通过圆盘卡的CT图像得到圆盘边缘轮廓的CT值变化曲线,获得边缘响应函数(ERF)。对ERF 求导得到点扩展函数(PSF)。计算PSF傅立叶变换的振幅,然后用在零频率处的振幅将所得结果归一 化后即可得到调制传递函数(MTF)。 5.3.2 ERF的生成 5.3.2.1 计算圆盘图像的质心位置。 5.3.2.2 以质心位置为圆心,在圆盘图像上选择一圆环区域,使圆盘的边缘图像包含在该圆环区域中。 5.3.2.3 计算出圆环区域内所有像素点到质心的距离。 5.3.2.4 将圆环区域内像素按一定的距离单位归组,同一距离范围内的像素归为一组。距离单位的大 小根据图像矩阵来选择,推荐采用的距离单位尺寸见表1。 5.3.2.5 依照距离从小到大的顺序,计算每个距离范围内像素点的平均CT值,得到距离和平均CT 值之间的关系表。 5.3.2.6 依照距离从小到大的顺序,按照表1中推荐的拟合点数,依次选取相应的点数组合。第二个 组合的第一个点应是第一个组合中的第二个点,以此类推可得到一组合序列。例如对于图像尺寸为 512的情况,所选取的每个组合应包含21个点(即21个距离和平均CT值的关系),第11个点为中 间点。 表1 推荐适用的各项参数 单位为像素 图像尺寸 圆盘图像直径 方块最大尺寸 像素距离单位 拟合点数 256 235 12 0.100 11 512 470 24 0.050 21 1024 940 48 0.025 41 2048 1880 96 0.0125 81 5.3.2.7 对每个组合的平均CT值进行最小二乘拟合,用拟合所得的中间点的CT值替代原中间点的 CT值,依次重复操作,计算出全部拟合后的CT值,从而得到距离和拟合CT值之间的关系。 5.3.2.8 删除开始端和结束端的多余数据,根据距离和拟合CT值的关系得到ERF。 5.3.3 PSF的生成 5.3.3.1 对于ERF生成的结果做类似于5.3.2的分段拟合,并对每一组拟合得到的多项式求导,再由 每个导数解析式计算中间点的导数值,得到距离和导数值之间的关系。 5.3.3.2 用最大导数值对所有导数值进行归一化处理得到PSF。 5.3.4 MTF的生成 5.3.4.1 计算PSF的傅立叶变换。图像矩阵的截止频率定义为0.5线对/像素(LP/pixel),傅立叶变 换后的最高频率应不低于图像矩阵截止频率的4倍(2LP/pixel)。按照采样定理,PSF的采样间隔不 大于0.25像素,为了获得光滑的MTF曲线,频域内的采样间隔应小于0.01LP/pixel(亦即对于PSF 的采样范围应大于100个像素)。 5.3.4.2 计算傅立叶变换的振幅。对振幅随频率的变化曲线在零频率处进行归一化处理,得到MTF 4GB/T29069—2012 曲线。 5.3.5 测试结果 除非用户与供应商之间达成其他协议,否则MTF应以可视化的方式显示或绘制成图形,并标出调 制度为10%处的频率值,该频率值即为CT系统的空间分辨力。同时,也应绘制出ERF曲线和PSF曲 线,并标出后者半高宽值。 6 密度分辨力的测试 6.1 空气间隙法 6.1.1 概述 用空气间隙卡测试不同间隙高度对应的CT值,获得不同间隙高度对应的对比度,从而得到一定置 信水平下CT系统的最大密度分辨力。 6.1.2 测试步骤 6.1.2.1 扫描时,空气间隙应包含在切片厚度范围之内,且位于切片厚度的中心。 6.1.2.2 在CT图像上,选择直径相同或相近的圆形测试范围(不少于100个像素且不大于间隙区域 的2/3),分别测试有空气间隙部位和无空气间隙部位的CT值平均值。无空气间隙部位的CT值平均 值的测试不少于5个。 6.1.2.3 有空气间隙部位的CT值平均值作为其平均CT值,用各无空气间隙部位的CT值平均值计 算均值和标准差作为无空气间隙部位的平均CT值和标准差。 6.1.2.4 若有空气间隙部位的平均CT值与无空气间隙部位的平均CT值差值的绝对值大于无空气 间隙部位平均CT值标准差的3倍,则认为此空气间隙部位的密度与无空气