HIỆU CHUẨN VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ CHỤP ẢNH HUỲNH QUANG KỸ THUẬT SỐ DFS TẠI TRUNG TÂM ĐÁNH GIÁ KHÔNG PHÁ HỦY NDE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HẠT NHÂN & VẬT LÝ MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: HIỆU CHUẨN VÀ ĐÁNH GIÁ
HỆ CHỤP ẢNH HUỲNH QUANG KỸ THUẬT SỐ DFS
TẠI TRUNG TÂM ĐÁNH GIÁ KHÔNG PHÁ HỦY NDE

Sinh viên thực hiện

: VÕ SỸ ĐẠT

Lớp

: KTHN K57

Cán bộ hướng dẫn

: ThS. LÊ VĂN MIỄN
KS TRẦN ĐĂNG MẠNH

Hà Nội, 2017


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến bác Vũ Tiến Hà - giám đốc Trung tâm
Đánh giá không phá hủy NDE và toàn thể các anh, chị tại trung tâm đã tạo điều
kiện, giúp đỡ em rất nhiều trong thời gian thực tập và thực hiện đồ án tốt
nghiệp trong thời gian vừa qua.

Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Văn Miễn – giảng viên viện Kỹ
thuật hạt nhân và vật lý môi trường trường đại học Bách Khoa Hà Nội và kỹ sư
Trần Đăng Mạnh – Trưởng phòng hỗ trợ kỹ thuật, trung tâm Đánh giá không
phá hủy NDE, đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp tại trung
tâm NDE.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Viện Kỹ thuật hạt nhân và vật lý
môi trường – Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình giảng dạy và tạo điều kiện
thuận lợi cho em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Được sự giúp đỡ của thầy cô và các anh chị, cùng với sự nỗ lực của bản
thân, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Hiệu chuẩn và đánh giá hệ
chụp ảnh huỳnh quang kỹ thuật số DFS tại trung tâm Đánh giá không phá hủy
NDE”.
Bản báo cáo này còn nhiều thiếu sót. Kính mong thầy Lê Văn Miễn, anh
Trần Đăng Mạnh cùng toàn thể thầy cô và các anh chị xem xét góp ý để em
nắm vững hơn kiến thức cũng như hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày
tháng
Sinh viên

Võ Sỹ Đạt

năm 2017


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC CÔNG THỨC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .......................................................... 2
1.1 Giới thiệu chung về phương pháp chụp ảnh phóng xạ ...................... 2
1.1.1 Nguyên lý chung của phương pháp chụp ảnh phóng xạ............. 2
1.1.2 Các quy luật truyền qua của bức xạ trong vật chất .................... 4
1.2 Các khái niệm sử dụng trong chụp ảnh phóng xạ.............................. 5
1.2.1 Khái niệm trong chụp ảnh phóng xạ sử dụng phim ................... 5
1.2.2 Khái niệm trong chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số ........................ 6
1.2.3 Khái niệm về các thông số dùng để đánh giá hệ chụp ảnh huỳnh
quang kỹ thuật số..................................................................................... 9
CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH THỰC HÀNH ĐO ĐẠC CÁC THÔNG SỐ
ĐÁNH GIÁ HỆ CHUP ẢNH HUỲNH QUANG KỸ THUẬT SỐ DFS
..................................................................................................................... 15
2.1. Giới thiệu hệ chụp ảnh huỳnh quang kỹ thuật số DFS do trung tâm
NDE chế tạo................................................................................................ 15
2.2. Quy trình hiệu chuẩn thiết bị ............................................................ 19
2.2.1 Hiệu chỉnh các khối chức năng của thiết bị ............................... 19
2.2.2 Hiệu chỉnh tổng thể thiết bị ......................................................... 19
2.2.3 Hiệu chuẩn hình ảnh .................................................................... 20
2.3 Quy trình kiểm tra và đo đạc các thông số kỹ thuật của hệ huỳnh
quang kỹ thuật số ...................................................................................... 22
2.3.1 Các thiết bị sử dụng ...................................................................... 23
2.3.2 Độ phân giải không gian cơ bản nội suy (iSRb) ........................ 25


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2.3.3 Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu chuẩn hóa – dSNRn tại liều chiếu
1mGy ....................................................................................................... 28
2.3.4 Độ nhạy tương phản đat đươc – Csa .......................................... 32
2.3.5 Dải bề dày vật liệu đặc trưng SMTR .......................................... 35
CHƯƠNG 3: BÁO CÁO VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ĐO ĐẠC ........ 36
3.1 Kết quả đo đạc độ phân giải không gian cơ bản nội suy (iSRb) ..... 36
3.2 Kết quả đo đac tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu chuẩn hóa – dSNRn .............. 38
3.2.1 Chế độ chup 220kV với tấm lọc đồng dày 8mm ....................... 38
3.2.2 Chế độ chụp 160kV với tấm lọc thép .......................................... 40
3.3 Kết quả đo đạc độ nhạy tương phản đạt được - CSa ....................... 43
3.4 Kết quả đo đạc bề dày vật liệu đặc trưng SMTR ............................. 47
3.5. Đánh giá và phân tích kết quả........................................................... 48
3.6 Thử nghiệm hệ chụp ảnh kỹ thuật số DFS........................................ 50
KẾT LUẬN ................................................................................................ 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 56


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC CÁC BẢNG
- Bảng 2.1: Mẫu ghi số liệu % chiều sâu trong ảnh chụp IQI dupplex
- Bảng 2.2. Giá trị dSNRn của mỗi ảnh
- Bảng 3.1: Số liệu đo đạc A, B, C để đánh giá iSRb
- Bảng 3.2: Liều chiếu ứng với mỗi ảnh (tại chế độ chụp 220kV- tấm lọc đồng)
- Bảng 3.3: Giá trị GV tại các ROI trên mỗi ảnh (220kV)
- Bảng 3.4 : Giá trị nhiễu tại các ROI trên mỗi ảnh (220kV)
- Bảng 3.5: Giá trị dSNRn của mỗi ảnh kiểm tra được tính là giá trị dSNRn trung
bình của 5 vùng trên ảnh với cao áp 220kV – tấm lọc Cu
- Bảng 3.6: Giá trị GV tại các ROI trên mỗi ảnh (160kV)
- Bảng 3.7. Giá trị nhiễu tại các ROI trên mỗi ảnh (160kV)

- Bảng 3.8: Giá trị dSNRn của mỗi ảnh (160kV)
- Bảng 3.9: Giá trị đo được với mẫu bậc(64s)
- Bảng 3.10: Giá trị đo được với mẫu bậc(16s)
- Bảng 3.11: Giá trị đo được với mẫu bậc(4s)
- Bảng 3.12: Giá trị SNR với các bề dày vật liệu khác nhau
- Bảng 3.13: Bảng tiêu chuẩn ASTM–E2597M-14

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC CÁC CÔNG THỨC
- Công thức 1.1: Sự suy giảm cường độ chùm bức xạ
- Công thức 1.2: Cường độ bức xạ tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách
- Công thức 1.3: Sự suy giảm cường độ bức xạ
- Công thức 1.4: Sự suy giảm cường độ bức xa có tính tới hệ số tích lũy B
- Công thức 1.5: Công thức tính độ đen của phim
- Công thức 1.6: Tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR
- Công thức 1.7: Tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR chuẩn hóa
- Công thức 1.8: Độ tương phản C
- Công thức 1.9: Độ tương phản tương đối
- Công thức 1.10: Độ tương phản tính theo sự thay đổi bề dày
- Công thức 1.11: Độ tương phản riêng biệt tính theo sự chênh lệch cường độ bức
xạ
- Công thức 1.12: Đô tương phản riêng biệt tính theo hệ số suy giảm
- Công thức 1.13: CNR tỷ lệ nghịch với độ nhạy tương phản
- Công thức 2.1: Tính giá trị % thay đổi của tín hiệu vùng khoảng cách giữa hai
dây so với vị trí dây
- Công thức 2.2: Tính toán giá trị dSNRn

- Công thức 2.3: giá trị dSNRn trung bình
- Công thức 2.4: Tỷ lệ tương phản-nhiễu ở mức 5%
- Công thức 2.5: Giá trị độ nhạy tương phản đạt được của detector
- Công thức 3.1: hàm biểu diễn mối quan hệ giữa % độ sâu rãnh tín hiệu và đường
kính cặp dây IQI
- Công thức 3.2: hàm biểu diễn mối quan hệ giữa dSNRn và căn bậc 2 của liều
chiếu ở chế độ chụp 220kV
- Công thức 3.3 : hàm biểu diễn mối quan hệ giữa dSNRn và căn bậc 2 của liều
chiếu ở chế độ chụp 180kV

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
- Hình 1.1: Nguyên lý chung của phương pháp chụp ảnh phóng xạ.
- Hình 1.2: Đồ thị thể hiện tín hiệu và nhiễu
- Hình 1.3: Minh họa độ tương phản
- Hình 2.1: Hình ảnh tổng thể hệ chụp ảnh huỳnh quang kỹ thuật số DFS
- Hình 2.2: Hình ảnh thực tế và kích thước các cặp dây IQI duplex
- Hình 2.3: Kích thước mẫu bậc theo tiêu chuẩn ASTM E2597M-14
- Hình 2.4: Hình ảnh thực tế của mẫu bậc
- Hình 2.5: Thiết bị máy phát tia X YXLON 300HP
- Hình 2.6: Minh họa về tác dụng của hiệu chuẩn
- Hình 2.7: Giao diện cài đặt các thông số của camera
- Hình 2.8: Công cụ profiler của ISEE!
- Hình 2.9: Cách lấy các giá trị A, B, C từ profiler
- Hình 2.10: Cách lấy ROI 5 vùng và đo các giá trị cần thiết để tính dSNRn
- Hình 2.11: Đồ thị biểu diễn quan hệ dSNRn của ảnh và liều chiếu tại các mức

năng lượng khác nhau.
- Hình 2.12: Bố trí hình học để đo Csa
- Hình 2.13: Lấy ROI và đọc chỉ số tín hiệu và nhiễu trên ISEE!
- Hình 2.14: Hình ảnh 3 vùng ở mỗi bậc
- Hình 3.2: Profiler của IQI thực nghiệm thu được bằng hệ DFS
- Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa % độ sâu rãnh tín hiệu và đường
kính cặp dây IQI
- Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa dSNRn và căn bậc hai của liều
chiếu
- Hình 3.5: Hình ảnh chụp mẫu bậc tại chế độ 64s bao gồm bậc 1 và 2
- Hình3.6: Sủ dụng công cụ Statistic của phần mền ISEE!đo đac các giá trị độ
xám GV, nhiễu và giá tri SNR

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa CSa và bề dày vật liệu ở các thời
gian chụp 4s, 16s và 64s.
- Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa SNR và bề dày vật liệu ở các thời
gian chụp 4s, 16s và 64s
- Hình 3.9: Bố trí phép chụp mẫu bo mạch
- Hình 3.10: Ảnh gốc và ảnh sau khi hiệu chuẩn

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Dạng đầy đủ

Nghĩa tiếng Việt

Bundesanstalt für

Viện Nghiên cứu và Kiểm

Materialforschung und –prüfung

tra Vật liệu Liên bang Đức

CCD

Charge-Coupled Device

Thiết bị tích điện kép

CNR

Contrast to Noise Ratio

CSa

Achievable Contrast Sensitivity

DDA

Digital Detector Array

DFS

Digital Fluoroscopy System

DPI

Dots per Inch

Từ viết tắt
BAM

Tỉ lệ tương phản trên
nhiễu
Độ nhạy tương phản đạt
được
Detector mảng kĩ thuật số
Hệ chụp ảnh huỳnh quang
kĩ thuật số
Số lượng điểm ảnh trên
một inch

Differential Signal to Noise Ratio

Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu

Normalized

chuẩn hóa

GV

Grey Value

Giá trị độ xám

IP

Imaging Plate

Tấm ghi ảnh

IQI

Image Quality Indicator

RT

Radiographic Testing

SNR

Signal to Noise Ratio

SMTR

Specific Material Thickness Range

dSNRn

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57

Chỉ thị chất lượng hình
ảnh
Kiểm tra bằng chụp ảnh
phóng xạ
Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu
Dải bề dày vật liệu đặc
trưng


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Interpolated Basic Spatial

Độ phân giải không gian

Resolution

cơ bản nôi suy

ROI

Region of Interest

Vùng quan tâm

SRb

Basic Spatial Resolution

iSRb

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57

Độ phân giải không gian
cơ bản


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI MỞ ĐẦU
Kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ trong công nghiệp (Radiographic Testing)
là một trong những phương pháp kiểm tra không phá hủy (Non-destructive
testing - NDT) được sử dụng phổ biến nhất để kiểm soát chất lượng, do khả
năng phát hiện vị trí và kích thước của các khuyết tật bên trong nhiều đối tượng
khác nhau như: mối hàn, vật đúc, vật cán, vật rèn, bo mạch điện tử,
composite... Các ưu điểm của phương pháp này là kiểm tra nhanh, độ chính xác
cao, ít ảnh hưởng đến quá trình sản xuất, kiểm tra được nhiều loại đối tượng có
hình dạng phức tạp, các vị trí không thể tiếp xúc trực tiếp.
Phương pháp ghi nhận ảnh chụp bức xạ truyền thống vẫn được sử dụng
phổ biến hiện nay là dùng phim truyền thống. Tuy nhiên, các hạn chế cơ bản
của sử dụng phim truyền thống là, phim truyền thống không thể tái sử dụng,
phải có cơ sở hạ tầng lớn để lưu trữ và xử lý phim sau khi chụp, xử lý phim đòi
hỏi phải xử dụng các hóa chất độc hại, hình ảnh trên phim bị hỏng theo thời
gian, việc giải đoán ảnh trên phim phụ thuộc vào nhiều yếu tố chủ quan của
con người và khó khăn trong việc tự động hóa công việc. Với tiến bộ của khoa
học, các hạn chế nêu trên đã được giải quyết khi sử dụng các công nghệ ghi
nhận và giải đoán ảnh chụp bức xạ kỹ thuật số.
Qua những tìm hiểu về phương pháp chụp ảnh phóng xạ, cũng như trước

những nhu cầu sử dụng của nền công nghiệp chụp ảnh phóng xạ hiện nay, dựa
trên bản vẽ thiết kế của Viện nghiên cứu và kiểm tra vật liệu Liên Bang Đức
(BAM), trung tâm Đánh giá không phá hủy NDE đã thiết kế hệ chụp ảnh sử
dụng màn huỳnh quang kĩ thuật số (DFS), có khả năng thay thế các phương
pháp số hóa khác với giá thành thấp hơn. Vì thế, tôi đã quyết định chọn đề tài:
“Hiệu chuẩn và đánh giá hệ chụp ảnh huỳnh quang kỹ thuật số DFS tại Trung
tâm Đánh giá không phá hủy NDE ” cho đồ án tốt nghiệp.

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Giới thiệu chung về phương pháp chụp ảnh phóng xạ
 Phương pháp chụp ảnh phóng xạ (Radiogrphic Testing) là một trong
những phương pháp phổ biến nhất trong kiểm tra không phá hủy, phần lớn
được sử dụng phát hiện bị trí kích thước khuyết tật bề mặt và bên trong các mối
hàn, vật đúc, rèn, vật liệu tổng hợp, bê tông. Các phương pháp chụp ảnh phóng
xạ (RT) sử dụng tia X hoặc tia gamma chiếu qua đối tượng kiểm tra và được
ghi nhận ở phía đối diện.
1.1.1 Nguyên lý chung của phương pháp chụp ảnh phóng xạ

Hình 1.1: Nguyên lý chung của phương pháp chụp ảnh phóng xạ.
Nguyên lý chung của phương pháp chụp ảnh phóng xạ là chiếu chùm tia X
hoặc một chùm tia gamma rộng và đều vào đối tượng cần kiểm tra. Tùy thuộc
vào độ dày, mật độ của các cấu trúc của đối tượng đó mà mức độ suy giảm của
chùm tia phóng xạ sau khi truyền qua là khác nhau. Nhờ sự khác nhau này mà

ta tạo được “ảnh hình chiếu” của các thành phần cấu trúc trong đối tượng.
“Ảnh hình chiếu” được ghi nhận bằng một tấm thu nhận ảnh (detector hoặc
phim) đặt ở phía sau sát đối tượng. Sự phân bố cường độ của chùm tia sau khi
truyền qua đối tượng bị thay đổi không đồng nhất tạo ra sự tương phản và tạo

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ra độ đen khác nhau giữa các vùng trên tấm thu nhận ảnh. Sau khi xử lý tấm
thu nhận ảnh, ta thu được ảnh ‘’hình chiếu’’ hay ‘’bóng’’ của phần cấu trúc đối
tượng được chiếu xạ.
Khả năng phát hiện khuyết tật, thường gọi là độ nhạy phát hiện khuyết tật
phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng chủ yếu là ba yếu tố đó là, nguồn phát, mẫu
vật và phim ghi nhận. Những yếu tố này có thể được liệt kê chủ yếu như sau:
 Nguồn phát: Các yếu tố như năng lượng bức xạ và kích thước nguồn
phát bức xạ, bức xạ tán xạ, xử dụng bộ lọc, khoảng cách từ nguồn đến mẫu
và từ nguồn đến phim.
 Mẫu vật: Loại mẫu vật, hình học, hình dạng, độ dày, loại, vị trí và hướng
của khuyết tật so với chùm tia chiếu đến;
 Phim ghi nhận: Loại phim (độ nét, độ tương phản, độ hạt) qui trình xử lý
và độ đen, màn tăng cường, trình độ kỹ năng và kinh nghiệm của kỹ thuật
viên.
 Độ nhạy là thuật ngữ chung để mô tả khả năng hiển thị chi tiết hình ảnh
trong chụp ảnh phóng xạ. Độ nhạy ảnh phóng xạ phụ thuộc vào độ tương
phản, độ sắc nét và độ hạt.
 Trong thực tế, độ nhạy được xác định thông qua việc sử dụng chỉ thị chất

lượng ảnh (IQI), có nhiều loại IQI gồm loại dây, loại bậc, loại bậc và lỗ.
Trong loại IQI dây có hai cách phân loại là dây đơn và dây kép. Về nguyên
tắc thì vật liệu chế tạo IQI tương tự như vật liệu cần kiểm tra. IQI được đặt
lên bề mặt mẫu vật ở phía nguồn, hình ảnh IQI sẽ xuất hiện trên phim. Ghi
nhận đường kính dây IQI nhỏ nhất có thể nhìn thấy được. Độ nhạy được tính
theo giá trị phần trăm bề dày mẫu vật, ví dụ: 1%, 2%, 3%... Trong khuôn
khổ của đồ án này tôi có sử dụng IQI duplex [4] để kiểm tra độ phân giải
không gian cơ bản (SRb) của hệ chụp ảnh huỳnh quang kỹ thuật số.

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.1.2 Các quy luật truyền qua của bức xạ trong vật chất


Quy luật bình phương khoảng cách

Cường độ bức xạ suy giảm theo bình phương khoảng cách giữa hai điểm
đang xét:
I1

r22

= r2

I2

(1.1)

1

Trong đó I1 và I2 tương ứng là cường độ chùm bức xạ tại điểm cách nguồn
một khoảng r1 và r2.
Do liều chiếu E ~ 1/I nên ta cũng có:
E2
E1

r22

= r2

(1.2)

1

Trong đó E1 và E2 lần lượt là liều chiếu tương ứng với khoảng cách r1 và r2
 Quy luật suy giảm tuyến tính trong vật liệu
Cường độ chùm bức xạ đi trong vật chất suy giảm theo hàm e mũ:
I = I0 e-μx

(1.3)

Trong đó: I0 và I tương ứng là cường độ ban đầu và cường độ tại độ sâu x
của chùm bức xạ; μ là hệ số hấp thụ tuyến tính của vật liệu.
Trong thực tế người ta thường sử dụng hệ số hấp thụ khối μm=μ/ρ với ρ là
mật độ của vật liệu đang xét. Trong trường hợp tính đến cả sự tán xạ chùm tia

trong vật liệu, ta phải quan tâm tới hệ số tích lũy B:
I = B. I0 e−μx

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57

(1.4)

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.2 Các khái niệm sử dụng trong chụp ảnh phóng xạ
1.2.1 Khái niệm sử dụng trong chụp ảnh phóng xạ sử dụng phim


Độ đen của phim

Quá trình hiện ảnh trên phim có thể được mô tả như sau: Bức xạ tia X và tia
gamma gây ra những thay đổi về mật độ quang học (độ đen) của phim. Khi bức
xạ đi đến tương tác với lớp nhũ tương chụp ảnh của phim sẽ hình thành các
“ảnh ẩn”. Dưới tác dụng của bức xạ, các ion Br- trong tinh thể bạc bromua ở
lớp nhũ tương giải phóng electron trở về trạng thái trung hòa; electron được
giải phóng lại trung hòa ion Ag+ để tạo thành nguyên tử bạc. Các nguyên tử Br
trung hòa tách ra khỏi tinh thể, các nguyên tử Ag tự do lắng xuống. Sau quá
trình rửa phim, ảnh ẩn sẽ quan sát được.
Mật độ quang học của phim đạt được phụ thuộc vào liều chiếu mà phim
nhận được, được đo bằng cường độ dòng trong ống phát hặc hoạt độ nguồn
nhân với thời gian chiếu. Mật độ quang học D là độ đen của phim sau khi được
rửa và xử lý. Nó còn được gọi là “phản hồi phim” đối với liều phóng xạ và

được biểu diễn bằng công thức:
D= log (L0 /L)
Trong đó:

(1.5)

L0 là cường độ ánh sáng truyền tới phim;
L là cường độ ánh sáng truyền qua phim.



Độ tương phản, độ nét và độ hạt của phim

Chất lượng của ảnh chụp bức xạ được đánh giá bởi 3 yếu tố đó là độ tương
phản, độ nét (độ nhoè) và độ nhiễu ảnh (độ hạt). Cả 3 yếu tố này đều ảnh hưởng
đến khả năng phát hiện khuyết tật. Độ tương phản ảnh chụp bức xạ là sự khác
biệt độ đen giữa các khu vực trong ảnh. Rõ ràng, hình ảnh trở nên rõ nét hơn

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

khi độ tương phản lớn. Độ tương phản phục thuộc vào năng lượng tia X, bức
xạ tán xạ, loại phim và quy trình xử lý tráng rửa, độ đen.
Hiểu về độ sắc nét hoặc độ nhoè của hình ảnh. Ta có thể hiểu rằng một hình
ảnh sắc nét sẽ cho chất lượng cao hơn so với hình ảnh ít sắc nét. Độ sắc nét phụ
thuộc vào bố trí hình học khi chiếu chụp, kích thước tiêu cự, năng lượng tia bức

xạ, màn tăng cường, loại phim và quy trình tráng rửa, hệ thống xử lý hình ảnh
bức xạ được sử dụng.
Độ nhiễu ảnh, có thể được nhìn thấy trên phim (ví dụ sử dụng kính lúp
phóng đại cỡ 10 lần), phụ thuộc vào tốc độ phim (độ nhạy của phim phụ thuộc
vào kích thước hạt hoặc hệ thống lớp phim), điều kiện tráng rửa và thời gian
tiếp xúc (hoặc độ đen).
1.2.2 Khái niệm sử dụng trong chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số
1.2.2.1 Các phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số
Mặc dù chụp ảnh phóng xạ bằng phim cho hình ảnh có độ phân giải cao, nó
vẫn tồn tại nhiều khuyết điểm như cần thời gian chiếu kéo dài, không thể tái sử
dụng phim, quá trình xử lý phim đòi hỏi nhiều thời gian, công sức và trang
thiết bị, phim ảnh bị hư hỏng theo thời gian và gặp nhiều khó khăn trong tự
động hóa hoàn toàn.
Để khắc phục các nhược điểm đó, người ta đã áp dụng các công nghệ chụp
ảnh kỹ thuật số hay còn gọi là số hóa phim hoặc chụp ảnh không sử dụng phim
như sau:
-

Số hóa phim bằng laser: Phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là

số hóa từng điểm, trong đó phim được di chuyển đến trước một ống thu nhận.
Một chùm laser (bước sóng 680 nm, màu đỏ) với đường kính xác định (khoảng
50 μm) được chiếu qua phim. Ánh sáng khuếch tán truyền qua tấm phim được

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

tổng hợp lại bởi ống thu nhận và được ghi nhận bởi một ống nhân quang điện
(Photo multiplier - PMT) ở trên đỉnh ống thu. Trong quá trình quét, một gương
di chuyển chùm laser dọc theo một đường nằm ngang trên phim. Phim được di
chuyển với tốc độ 75 dòng một giây. Thế lối ra ở ông nhân quang điện tương
ứng với cường độ ánh sáng sau khi đi qua phim. Sau bộ khuếch đại thuật toán,
số hóa 12 bit cho ra GV tương ứng với mật độ quang học của phim.
-

Sử dụng các tấm ghi ảnh (IP): Một tấm ghi ảnh bao gồm một tấm đệm

polymer đàn hồi được bọc bởi một lớp nhạy. Phía bên trên được che phủ bởi
một lớp bảo vệ mỏng trong suốt. Lớp nhạy của hầu hết các hệ thống phổ biến
bao gồm một hỗn hợp tinh thể BaFBr trộn lẫn với Europium và chất kết dính.
Tia X hoặc tia gamma gây ra sự kích hoạt tâm F trong tinh thể, gây ra sự phát
ánh sáng xanh do sự kích hoạt với photon ánh sáng đỏ do một quá trình được
gọi là sự phát quang photon bằng kích hoạt. Sau khi được chiếu tia X, tấm ghi
ảnh phải được quét bằng máy quét laser để thu được một ảnh số. Cuối cùng,
thông tin còn dư được lưu trữ trong tâm F có thể được tẩy bằng cách cho tiếp
xúc với ánh sáng trắng và tấm ghi ảnh có thể được tái sử dụng lên tới 1000 lần.
- Sử dụng DDA: DDA thực chất là một ma trận các tinh thể photodiode,
các photon tia X (trong trường hợp chụp trực tiếp với tia X) hoặc photon ánh
sáng nhìn thấy (trong trường hợp sử dụng màn huỳnh quang) được hấp thụ
bởi photodiode và chuyển thành tín hiệu điện lối ra, tín hiệu này được đưa vào
máy tính để xử lý và tái tạo thành ảnh kỹ thuật số.
- Phương pháp soi ảnh bằng màn huỳnh quang: Trong phương pháp
này, thay vì sử dụng phim, người ta sử dụng một màn huỳnh quang đặt ở vị trí
phim. Màn huỳnh quang khi bị kích thích bởi tia X phát ra ánh sáng nhìn
thấy, ánh sáng này được thu nhận bởi một camera CCD và được số hóa để
đưa vào máy tính xử lý. Phương pháp này cho phép ghi nhận hình ảnh trong

thời gian thực (có thể lên đến 30 hình trên một giây).

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Ưu điểm của phương pháp chụp ảnh kỹ thuật số là có thể giảm đáng kể thời
gian làm việc cho nhân viên, nâng cao hiệu suất, ảnh không bị giảm chất lượng
theo thời gian, có thể sử dụng các thuật toán và phần mềm hỗ trợ trong việc
giải đoán ảnh, giảm thiểu đáng kể chi phí lưu trữ, thiết bị ghi nhận ảnh có thể
tái sử dụng nhiều lần.
Tóm lại, về nguyên lý chiếu chụp của các phương pháp là như nhau, nguồn
và mẫu vật là như nhau, và sự khác nhau cơ bản ở đây chính là bộ phận ghi
nhận hình ảnh, mỗi phương pháp đều có những ưu điểm nhược điểm riêng và
đều giải quyết được vấn đề chung là khắc phục những hạn chế khi chiếu chụp
bằng phim thông thường, tuy nhiên do những hạn chế về thời gian cũng như
những khó khăn về trang thiết bị thực tế và đặc biệt vì mục tiêu đề tài mà tôi
đặt ra trong đồ án này là “ Hiệu chuẩn và đánh giá hệ chụp ảnh huỳnh quang kỹ
thuật số DFS” nên trong bản báo cáo này sẽ chỉ giới thiệu về phương pháp
dùng màn huỳnh quang để thay thế cho phim thông thường, hay còn gọi là hệ
chụp ảnh huỳnh quang kỹ thuật số DFS, do trung tâm NDE chế tạo..
1.2.2.2 Các khái niệm sử dụng trong xử lý ảnh kỹ thuât số
Ảnh tự nhiên là ảnh liên tục về không gian và độ sáng. Để xử lý các ảnh đó
bằng máy tính, ảnh cần phải được số hóa. Số hóa có thể hiểu là sự biến đổi gần
đúng một ảnh liên tục thành tập hợp các điểm ảnh không liên tục sao cho
chúng phù hợp với ảnh thật về vị trí và độ xám. Khoảng cách giữa các điểm
ảnh đó được thiết lập sao cho mắt người không phân biệt được ranh giới giữa

chúng. Mỗi một điểm như vậy được gọi là điểm ảnh-Pixel (Picture Element).
Pixel được định nghĩa là một phần tử của ảnh số tại tọa độ (x,y) với một giá trị
màu sắc hoặc độ xám xác định.
Số lượng điểm ảnh có trong một ảnh số được gọi là Độ phân giải
(Resolution). Độ phân giải quyết định lượng thông tin mà ảnh có thể lưu trữ.

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mỗi điểm ảnh lưu trữ thông tin của điểm ảnh đó, bao gồm tọa độ và màu sắc
(hoặc độ xám đối với ảnh đen trắng). Độ xám (GV) được định nghĩa là cường
độ sáng được gán giá trị số của mỗi điểm ảnh. Số lượng giá trị xám mỗi điểm
ảnh được gán phụ thuộc vào chiều sâu bit của ảnh.
Chiều sâu bit (Bit depth) của ảnh là số lượng bit dùng để mã hóa thông tin
của mỗi điểm ảnh. Ví dụ, đối với ảnh được mã hóa nhị phân, ảnh 8 bit thì mỗi
điểm ảnh sẽ có 28=256 giá trị xám. Bit depth càng cao, ảnh càng có độ tương
phản rộng.
Trong chụp ảnh phóng xạ công nghiệp, ảnh số có thể được xử lý thông qua
một số hàm để hỗ trợ việc giải đoán như sau:
Các thuật toán đại số với từng điểm ảnh: Sử dụng các giá trị vô hướng để

-

chỉnh sửa từng điểm ảnh với các phép toán số học đơn giản như add, subtract,
multiply, divide...
Bộ lọc tần số cao/thấp: ảnh số được ghi nhận là một ma trận các điểm

-

ảnh, được gọi là miền không gian. Để thuận tiện cho việc xử lý, các điểm ảnh
(có thể được coi là một chuỗi rời rạc) được biến đổi thông qua hàm biến đổi
Fourier trở thành hàm sóng. Các bộ lọc tần số thấp sẽ loại bỏ các sóng có tần số
thấp
1.2.3 Khái niệm về các thông số dùng để đánh giá hệ chụp ảnh huỳnh
quang kỹ thuật số
1.2.3.1 Độ phân giải không gian cơ bản nội suy của detector (iSRb detector
– Interpolate basic spatial resolution of detector)
Trong một bức ảnh số thì những sai sót trong giải đoán khuyết tật phụ thuộc
vào độ nhoè bộ ghi nhận, độ nhoè hình học, SNR và CNR. Độ nhoè của một
bức ảnh là tổng độ nhoè hình học và độ nhoè bộ ghi nhận tạo ra. Độ nhoè do
bộ ghi nhận tao ra được hiểu như các cảm biến tạo điểm ảnh riêng biệt bị ảnh

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

hưởng mức tín hiệu bởi các cảm biến điểm ảnh lân cận. Để khảo sát độ nhoè
của bức ảnh số, do các ảnh hưởng từ độ nhoè hình học và độ nhoè bởi thiết bị
ghi nhận, thì giá trị độ phân giải không gian (SRb tính bằng μm) được đưa ra và
được hiểu kích thước SRb như là kích thước hình học nhỏ nhất mà một hệ ghi
nhận kỹ thuật số có thể phân biệt rõ được, tương đương như là một điểm ảnh
hiệu quả. SRb có thể được đo bằng một số thiết lập hoặc sử dụng phần mềm (ví
dụ như trong máy quét ảnh Computed Radiography – CR). Phương pháp tiện

lợi nhất để đo SRb và được khuyến cáo là sử dụng IQI dây kép [5] (được mô tả
trong EN 462-5, ASTM E 2002 hoặc ISO 19232-5). Các phép đo IQI dây kép
cho giá trị tổng độ nhoè ut tính bằng μm tương đương với độ phân giải không
gian. Độ phân giải không gian cơ bản SRb bằng một nửa độ nhòe tổng ut.
iSRbdetector là ký hiệu độ phân giải không gian cơ bản của detector được xác
định bằng phương pháp nội suy.
1.2.3.2 Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR – signal to noise ratio)
Độ đen và độ hạt chỉ áp dụng với phim thông thường. Để thay thế phim
thường bằng các thiết bị ghi nhận khác thì các tính chất đặc trưng tương tự
phải được kiểm soát và đảm bảo. Tỉ số tín hiệu trên nhiễu (Signal to Noise
Ratio) được tính theo công thức:
SNR=
Trong đó:

Io



(1.6)

I0 là biên độ tín hiệu;
 là biên độ tín hiệu nhiễu trung bình.

Những hình ảnh thu được bằng bộ ghi nhận kỹ thuật số thì đại lượng đặc
trưng cho biên độ tín hiệu I0 này được gọi là giá trị xám (GV). GV cao hay thấp
phụ thuộc vào cường độ tín hiệu ghi nhận ở bộ ghi nhận truyền đến. Trong đó

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57

10

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ngoài tín hiệu thực mà các cảm biến nhận được để chuyển thành mức xám điểm
ảnh thì còn các yếu tố ảnh hưởng được gọi là nhiễu do cấu trúc bộ ghi nhận tạo
ra.

Hình 1.2: Đồ thị thể hiện tín hiệu và nhiễu
Để nâng cao chất lượng ảnh thì cần hạn chế nhiễu tức là nâng cao giá trị
SNR, SNR đặc trưng cho chất lượng mỗi bức ảnh thu được.
Ở phim thường thì giá trị SNR được trên phim có độ đen hiệu dụng bằng 2
bởi diện tích hình tròn có đường kính 100µm hoặc tương đương hình vuông có
cạnh 88.6µm, vì cấu trúc ảnh số là hình vuông nên sử dụng giá trị hình vuông
kích thước 88.6 x88.6 µm để đảm bảo yếu tố tương đương, với mật độ điểm
ảnh 287 dpi. Kích thước điểm ảnh/ vùng ghi nhận này rất quan trọng bởi giá trị
SNR đo được phụ thuộc vào vùng ghi nhận. Giá trị SNR đo được gia tăng tỷ lệ
với căn bậc 2 của khu vực điểm ảnh với các điều kiện như nhau (chất lượng
bức xạ và thời gian phơi sáng). Vì vậy các tiêu chuẩn chất lượng ảnh cho CR
hay DDA trong chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số đều yêu cầu mức tỷ lệ tín hiệu
trên nhiễu chuẩn hóa SNRn tối thiểu và phân loại theo mức cao thấp khác nhau
(theo EN 14784-1). Tính SNRn từ SNR đo được bằng công thức sau:
SNRn=SNR x

88.6
SRb

(1.7)

Trong đó, SRb là độ phân giải không gian cơ bản được tính trước đó.

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.2.3.3 Tỷ lệ tương phản trên nhiễu (CNR – Contras to noise ratio)
Độ tương phản C (trong mức xám) được định nghĩa là độ chênh lệch giữa
các cường độ bức xạ thu được bởi 1 thiết bị ghi nhận, được cho bởi công thức:
C=I-Iflaw =∆I

(1.8)

Trong đó: I là cường độ bức xạ đo được tại khu vực điểm ảnh cụ thể trong
mộthình ảnh, Iflaw là cường độ bức xạ đo được tại vị trí có bất liên tục so với
vị trí đo I.
Độ tương phản tương đối Cr chủ yếu được dùng trong hệ thống chụp

ảnh

phóng xạ kỹ thuật số, được chuẩn hoá với cường độ bức xạ trong một khu vực
nhất định trên bức ảnh số:
Cr =∆I/I

(1.9)

Từ định luật suy giảm bức xạ khi đi qua môi trường vật chất, hệ số suy giảm
μeff ảnh hưởng đến khả năng phát hiện sự thay đổi nhỏ bề dày (∆w) của vật

liệu.
C=I.∆w.μeff

(1.10)

Độ tương phản riêng biệt Cs được định nghĩa là khả năng phát hiện độ chênh
lệch cường độ bức xạ ∆I tại mỗi sự thay đổi bề dày (mức xám trên mm)
Cs= C/∆w=I.μeff

(1.11)

Mức xám hiển thị mà thiết bị thu nhận được hay độ chênh lệch mức xám phụ
thuộc vào thời gian phơi sáng (liều chiếu). Do vậy các tín hiệu (S) thu được cho
một cường độ bức xạ nhất định phụ thuộc vào liều nhận được, xác định độ
tương phản riêng biệt trong bức ảnh phóng xạ theo công thức sau:
Cs=S.μeff

(1.12)

Khả năng phát hiện khuyết tật hay đọc được dây IQI không chỉ phụ thuộc

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57

12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

vào Cs mà còn phụ thuộc vào độ nhiễu ảnh. Khuyết tật hay dây IQI chỉ đọc
được khi độ tương phản riêng biệt lớn hơn độ nhiễu ảnh. CNR là tham số quan

trọng cho việc hiển thị và phát hiện khuyết tật hoặc dây IQI có thể được tính
bằng công thức sau:
CNR/∆w= (SNR)( μeff)

(1.13)

CNR tỷ lệ nghịch với độ nhạy tương phản, thường được sử dụng để đo như
phần trăm bề dày vật liệu.
1.2.3.4 Độ nhạy tương phản đạt được (Csa – Achieveable Contrast
Sensitivity)
Độ nhạy tương phản thể hiện khả năng ghi nhận sự thay đổi nhỏ nhất theo
phần trăm trong một đối tượng thông qua độ đen (đối với phim) hoặc độ tương
phản (đối với ảnh số) trong ảnh chụp bức xạ của vật đó. Độ nhạy tương phản
đạt được của một hệ chụp ảnh kỹ thuật số là độ nhạy tương phản tốt nhất mà hệ
có thể đạt dược bằng cách sử dụng phantom tiêu chuẩn với một kỹ thuật chụp
x-ray có sự ảnh hưởng rất ít của tia.

Hình 1.3: Minh họa độ tương phản
a) Có thể nhìn thấy rõ rãnh trên ảnh chụp khi bỏ qua yếu tố nhiễu
b) Không phân biết được rãnh trên ảnh chụp vì độ nhiễu quá lớn

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.2.3.5 Dải bề dày vật liệu đặc trưng (SMTR – Specific material thickness
range)

Trong ứng dụng chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số, một tham số bổ sung được
sử dụng là SMTR được hiểu là dải bề dày của một loại vật liệu cụ thể mà trong
cùng một hình ảnh thu được, các điểm ảnh không bị bão hoà ở các vùng có bề
dày nhỏ nhất và lớn nhất mà vẫn đảm bảo giá trị SNR tối thiểu. So với phim
thường, dải bề dày vật liệu đặc trưng thường giới hạn trong phạm vi độ đen
tương ứng từ 2 đến 4.5. Với ảnh số trong kỹ thuật chụp ảnh bức xạ số hóa, giá
trị này được xác định căn cứ vào giá trị SNR tối thiểu phải đạt theo từng mức
độ nhạy của phép kiểm tra.
Ví dụ: Với 160 Kv, 4s, SNR >130 thì SMTR của Nhôm trong khoảng từ 20
đến 150mm, Titanium là từ 5 đến 38mm, Inconel là từ 2,5 đến 12,5mm.
Trên đây giới thiệu sơ bộ về những thôngsố rất quan trọng được sử dụng trong
một hệ chụp ảnh kỹ thuật số, nó quyết định chất lượng độ tin cậy của một bức
ảnh kỹ thuật số, nó đảm bảo được những tính chất những yếu tố tương đương
và rất cơ bản của phương pháp chụp ảnh bằng phim thông thường, đó là hệ số
SRb- Độ phân giải không gian cơ bản, dSNRn- tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, CNRtỷ lệ độ tương phản trên nhiễu, CSa- độ nhạy tương phản riêng biệt, SMTR- dải
bề dày vật liệu đặc trưng. Trong phạm vi đồ án này các thông số trên được
khảo sát để đánh giá chất lượng và khả năng hoạt động của hệ huỳnh quang kỹ
thuật số DFS trong đề tài này. Và tiêu chuẩn dành cho những thông số trên
dược áp dụng với tiêu chuẩn ASTM – E2597 dành cho mảng detector số DDA,
đây cũng là tiêu chuẩn chủ đạo xuyên suốt của hệ chụp ảnh huỳnh quang kỹ
thuật số do trung tâm NDE trực tiếp chế tạo.

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH THỰC HÀNH ĐO ĐẠC CÁC THÔNG SỐ

ĐÁNH GIÁ HỆ CHUP ẢNH HUỲNH QUANG KỸ THUẬT SỐ DFS
2.1. Giới thiệu hệ chụp ảnh huỳnh quang kỹ thuật số DFS do trung tâm
NDE chế tạo

Hình 2.1: Hình ảnh tổng thể hệ chụp ảnh huỳnh quang kỹ thuật số DFS
Hệ chụp ảnh bức xạ huỳnh quang kỹ thuật số trong công nghiệp, do trung
tâm NDE nghiên cứ chế tạo dựa trên sơ đồ nguyên lý của một thiết bị chụp ảnh
huỳnh quang kỹ thuật số dựa trên bản vẽ của Viện Nghiên cứu và Kiểm tra
Vật liệu Lien Bang Đức (BAM) năm 2015.
Cấu tạo hệ gồm:
 Bên ngoài cùng bao bọc lấy tất cả là một thùng làm bằng nhôm tấm, dày
10 và 12mm, kích thước 350x240x235mm có chức năng giữ chắc chắn toàn bộ
hệ, đảm bảo ngăn bụi và ánh sáng bên ngoài lọt vào, để đảm bảo ngăn bụi và

VÕ SỸ ĐẠT – KTHN K57

15