国家标准 GB/T29069一2012 无损检测工业计算机层析成像(CT) 系统性能测试方法 Non-dlestretivetestng一Iesmethodtormeasurementofindustrial computedtomographyCTsystemperformance 2012-12-31发布 2013-10-01实施国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/T29069一2012 前言本标准按照GB/T1.1一2009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;人民解放军重庆通信学院、重庆大学ICT研究中心、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、王压、张维国、郭智敏、俞翔、高富强,刘丰林、翟玉兰、黄建淞李正勇
GB/T29069一2012 无损检测工业计算机层析成像(CT 系统性能测试方法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,包括渊试卡的制作要求,测试要求、测试方法、测试记录及报告本标准适用于工业C系统空间分辨力,密度分辨力的测试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术语和定义 GB/T12604.2界定的术语和定义适用于本文件方法概要 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默卡制作要求较高,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
GB/T29069一2012 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儿何中心应与cCT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. 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 5.1.2MT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(A) 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(Au). 如图1所示,由此计算出各线对组对应的调制度[(-p)./(_] CT图像 CT数分布 An (A. (A (A, 图1线对卡CI图像的C！值分布关系 5.1.2.2MT曲线以空间分辨力线对数为横坐标(单位为LP/mm),调制度[(-p)./4,)]为纵坐标,根据5.l.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
GB/T29069一2012 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 空间分辨率/(LP/mm) 图2典型的MI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= *×一式中: R -空间分辨力,单位为线对每毫米(LP/mm); Tmn -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 5.2.1MI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 2 R -× 式中: 空间分辨力,单位为线对每毫米(LP/mm); R D 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
GB/T29069一2012 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) 5.3.2ERF的生成 5.3.2.1计算圆盘图像的质心位置以质心位置为圆心,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像素距离单位拟合点数方块最大尺寸 256 235 12 0.100 512 70 0.050 24 21 1024 940 0.025 48 41 81 2048 1880o 96 0.0125 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 5.3.2.7 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 5.3.3PSr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 5.3.4M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
GB/T29069一2012 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密度分辨力的测试空气间隙法 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cCT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间隙部位(基体)的密度差可分辨由满足此条件的最小空气间隙计算出的密度分辨力代表了工业CT系统的密度分辨能力 6.1.2.5密度分辨力C按式(3)计算 .(3 ×100% 式中空气间隙高度,单位为毫米(mm). 切片厚度,单位为毫米(mm 6.1.3测试结果密度分辨力为一定测试范围(不少于100个像素且不大于间隙区域的2/3及一定置信水平 (99.7%)下的测试结果密度差法 6. .2 6.2.1概述用介质溶液(或密度块)标准试件测试不同密度溶液(或密度块)对应的CT值,获得不同密度的介质溶液(或密度块)相对于基体的对比度,从而得到一定置信水平下cT系统的最大密度分辨力 6.2.2测试步骤 6.2.2.1在密度差标准试件的CT图像上,选取直径相同或相近的圆形测试范围如10mm直径范
GB/T29069一2012 围),分别测试介质溶液(或密度块)和基体的CT值平均值基体的CT值平均值的测试部位不少于 5个 6.2.2.2介质溶液(或密度块)的CT值平均值作为其平均CT值,用基体几个测试部位的CT值平均值计算均值和标准差作为基体的平均CT值和标准差 6.2.2.3若介质溶液(或密度块)的平均CT值与密度变化呈线性关系,且与基体的平均CT值的差值的绝对值大于基体平均CT值标准差的3倍,则认为此介质溶液(或密度块)和基体的密度差可分辨最小可分辨的密度差代表了工业CT系统的密度分辨能力 6.2.2.4密度分辨力按式(4)计算 Pl c-I .(4 ×100% 式中: 密度分辨力介质溶液(或密度块)的密度值,单位为克每立方厘米(g/em); 基体的密度值,单位为克每立方厘米(g/em') 02" 6.2.3测试结果密度分辨力为一定测试范围及一定置信水平(99.7%)下的测试结果 6.3圆盘卡法 6.3.1概述在圆盘卡CT图像中心区域特定范围内选择不同尺寸的一系列方块模型对于每种方块模型,计算每个方块的CT值平均值,得到这一方块模型的总体CT值平均值和标准差随着方块尺寸的增加，建立方块尺寸和标准差之间的关系表,将标准差表示为占各自总体CT值平均值的百分比,乘以3得到 CDF 由此计算出系统在一定尺寸范围下的密度分辨力 6.3.2测定区范围测定区范围一般应选择位于圆盘卡CT图像中心、直径约为圆盘直径1/3的圆形区域,如图3 所示 6.3.3方块的规定将测定区分成大小相等,互不重叠的多个方块,如图3所示方块的大小以像素数量为单位方块大小的选取从一个像素到多个像素尺寸,从而形成了一系列方块模型方块的最大尺寸应符合表1的规定每种方块模型中方块的数量应不少于25
GB/T29069一2012 测定区的直经外径的盘图像互史型图3测定区和方块区 6.3.4方块模型标准差的计算 6.3.4.1对于每种方块模型,计算每个方块的CT值平均值(对于一个像素的情况,其CT值即为平均值),按式(5)计算方块模型的总体CT值平均值从= u从 m 式中方块模型的总体CT值平均值; 4 -该方块模型的方块数量; 1 单个方块的cT值平均值(其中i=1,2.3,,m). M 根据单个方块的cT值平均值和方块模型的总体cT值平均值,按式(6)获得方块模型的标 6.3.4.2 准差(对于一个像素的情况,方块模型的标准差等于测定区的标准差). (6 n 式中: 方块模型的标准差; -方块模型的总体CT值平均值; 4" 该方块模型的方块数量 1 单个方块的cCT值平均值(其中i=1,2,3, *”,1a M 6.3.5cDr曲线生成 6.3.5.1按照方块尺寸从小到大的顺序,建立方块尺寸和方块模型标准差之间的关系表 6.3.5.2将方块模型的标准差表示为占各自方块模型总体cT值平均值的百分比,乘以3得到方块尺寸和密度分辨力的关系,即CDF曲线 6.3.5.3将CDF曲线绘制在对数坐标系上,由此可以读出在不同方块尺寸范围下的密度分辨力
GB/T29069一2012 测试记录和报告测试记录 7.1.1测试记录一般应包括标准试件名称,检测目的、检测设备、射线源参数、扫描模式、切片厚度、切片位置,采样时间视场直径,图像矩阵,重建参数,图像描述、评定标准、检测人员,审核人、检测日期以及扫描时间等详细记录 7.1.2图像数据文件中一般应包括图像编号,标准试件名称,检测目的,检测设备、射线源参数、扫描模式、切片厚度,切片位置、采样时间、视场直径,图像矩阵,重建参数等内容 7.1.3测试记录和图像数据文件均应妥善存储在光盘或硬盘上,方便后期复查 7.2测试报告测试报告的内容一般应包括标准试件名称、检测目的检测设备、测试方法切片厚度、切片位置.、图像矩阵、,测试图像、评定标准、评定结果、检测人员、审核人、审批人、检测日期、报告日期等
GB/T29069一2012 附录A 规范性附录标准试件的设计与制作要求 A.1线对卡 A.1.1线对卡是用来测试工业CT系统空间分辨力的一种标准试件,它是由铝,钢,铜或其他由供需双方商定的材料制作的薄片构成的线对组,每个线对组由4块规格尺寸相同的薄片平行排列构成,其三维结构如图A.1,正视图如图A.2所示 " 线对卡三维结构图图A.1 检测位置 2I -基准面图A.2线对卡正视图 A.1.2每个线对组中的薄片厚度为丁,相邻片中心间距为2T T可以根据实际情况加以选择，一般可包括0.125mm,0.15mm,0.2mm,0.25mm,0.5mm、1.0mm. A.1.3每个线对组中的薄片长度!为10mm15mm 适宜的长度可根据cT系统的射线能量确定或由cT系统供应商与用户之间协商确定 A.1.4每个线对组中的薄片高度H至少为切片厚度的3倍
GB/T29069一2012 A.2圆孔卡 A.2.1圆孔卡是在均质高密度圆柱形基体(一般为钢或铜)上,加工一系列直径不同的圆形孔,圆孔按行有序排列其结构如图A.3所示 d 基体图A.3圆孔卡结构 A.2.2圆孔卡的孔径为d,孔间距为2d 孔径一般在0.1mm一2mm之间,孔深至少是切片厚度的3倍,孔的行间隔应大于相邻行的最大孔径 A.2.3圆孔卡的直径D可以根据具体情况设计 A.3圆盘卡 A.3.1圆盘卡是由均质的刚性材料制作的圆柱体,其结构如图A.4 A.3.2圆盘卡材质应与被检测物体的射线吸收特性相同或相近,推荐使用钢、铝或塑料 A.3.3圆盘卡的直径D应与被检测物体尺寸或对射线的吸收相近 A.3.4圆盘卡的厚度H至少为切片厚度！的3倍 A.3.5圆盘上下表面的平行度、圆盘圆柱度和圆柱侧面的粗糙度应与检测要求相适应 10o
GB/T29069一2012 检测位置 -基准面盘图A.4圆盘卡结构示意图 A.4空气间隙卡 A.4.1 空气间除卡是用来测试工业cT系统密度分辨力的一种标准试件,它是在均质的圆柱形刚性基体材料(一般为钢,铝或塑料等)中人工制造的具有一定直径和高度的空气间隙,使得切片厚度范围内的局部等效密度发生变化其结构如图A.5所示 A.4.2基体直径D大于空气间隙直径d的3倍且不大于工业CT系统最大穿透等效厚度的1/3 A.4.3空气间隙高度根据工业CT系统可设定的切片厚度确定,尽可能使用较大的切片厚度 11
GB/T29069一2012 基体间隙检渊位置基准面图A.5空气间隙卡剖面图 A.5液体密度差标准试件 A.5.1液体密度差标准试件是在纯水的特定范围内加人可溶性介质(一般选用氧化钠),使介质溶液和纯水形成一定的密度差液体密度差标准试件的结构如图A.6所示 12
GB/T29069一2012 介质溶液托架试管检测位置容器纠水基准面图A.6液体密度差标准试件结构图 A.5.2容器(一般选用塑料)的直径可根据实际情况规定 A.5.3试管用玻璃或塑料制成,内径、高度和数量根据实际应用情况确定试管数量不少于5个 A. .5.4托架可用塑料制作,加工相应数量的圆孔以固定试管,圆孔按圆周分布 A.5.5试管高度至少为切片厚度的3倍 A.5.6试管中介质溶液密度按编号依次增加,具体要求见表A.1 13
GB/T29069一2012 表A.1介质溶液配置表每100ml水中加人介质质量介质密度密度对比度试管编号 % g/cm 0.05 l.0005 0.05 .001 0.1 1.002 0.2 0.2 1.004 0.4 0.4 0,5 1.005 0,5 1.008 0.8 0.8 1.0 1.01 1.0 1.5 1.015 1.5 A.6固体密度差标准试件 A.6.1固体密度差标准试件是在均质的圆柱形刚性基体材料(一般为钢,铝或塑料等)的特定部位、按密度大小插人的一系列与基体密度不同的密度块,其结构如图A.7所示 A.6.2基体为已知密度的圆柱体,高度和直径可根据实际情况确定 A.6.3密度块为圆柱体,由化学成分固定,质地均匀、易加工,易复制的固体材料制成密度块在基体上按圆周分布,且数量应不少于5个密度块和基体材料之间的相对密度差根据具体应用确定，一般应覆盖待测试的工业CT系统设计的密度分辨力 14
GB/T29069一2012 密度块检渊位置基体基准面 A.6.4密度块的高度至少为切片厚度，的3倍图A.7固体密度差标准试件

无损检测工业计算机层析成像（CT）系统性能测试方法GB/T29069-2012

工业计算机层析成像（CT）系统是一种重要的无损检测技术，其性能的稳定性和准确度对于检测结果有着至关重要的影响。本文将基于GB/T29069-2012标准，为您介绍如何进行工业计算机CT系统的性能测试。

常用测试项目

在进行工业计算机CT系统的性能测试时，需要考虑以下常用测试项目：

系统分辨率：通过测量最小可分辨物质的大小来评估系统的分辨率；
线性度：评估系统是否具有线性响应，即输出信号与入射X射线强度之间的关系是否为线性关系；
空间分辨率：评估系统在空间上的分辨能力；
重复性：评估系统在多次测量中的结果一致性；
稳定性：评估系统在不同环境条件下的稳定性。

测试方法

在进行工业计算机CT系统的性能测试时，可以采用以下测试方法：

常规测试法：使用标准样品，分别对不同参数进行测量；
曝光时间测试法：通过改变曝光时间来评估系统的线性度；
空间分辨率测试法：使用具有不同直径缺陷的标准样品，在不同位置进行扫描，并测量图像中相邻缺陷之间的距离来评估系统的空间分辨率。

评价指标

在进行工业计算机CT系统的性能测试时，需要考虑以下评价指标：

系统分辨率：通常用最小可分辨物质的大小来表示；
线性度：通常用线性相关系数或曲线拟合优度来表示；
空间分辨率：通常用最小可见缺陷尺寸来表示；
重复性：通常用标准偏差或方差来表示；
稳定性：通常用输出信号的波动范围或百分比来表示。

总结

工业计算机CT系统的性能测试是确保无损检测结果准确可靠的关键步骤。本文介绍了常用测试项目、测试方法和评价指标等内容，希望对您有所帮助。