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低能X射线探测与成像新系统

马鑫  
【摘要】: 工业X-CT应用于无损检测(NDT)与无损评价(NDE)领域具有突出的优点,其检测和评价的结果取决于工业CT重建图像的质量。虽然,计算机图像技术的飞速发展起到了非常重要的作用,但是辐射探测与数据采集部分作为探测成像系统中的关键子系统,其可靠性、稳定性和所采集数据的准确性、一致性都直接影响到CT系统图像重建的质量,它们性能的高低在很大程度上决定了系统的优劣程度。 目前广泛使用的由光电二极管阵列构成的线阵探测器(LDA),在图像分辨率、检测速度及信噪比等方面都大大超过了以前使用的非晶硅平板探测器,但在技术指标方面已经没有太大的上升空间。CCD作为一种新颖的光敏半导体器件,具有体积小、测量精度高、高速、高信噪比等诸多优点,使得以其为主体的探测器成为未来探测领域的一个发展趋势。对被测图像信息进行快速采样、存储及数据处理,是线阵CCD数据采集发展的新方向,而寻找满足其性能要求的处理器则成为当务之急。FPGA作为控制器件,是一种具有高速性、实时性和丰富内部资源等特点的可编程逻辑器件,无论在处理性能、工作速度、功耗方面,还是在设计开发灵活性及可利用资源等方面都要优于同类器件。 本课题正是以CCD和FPGA为基础,针对低能X射线探测与成像系统提出的。论文首先对工业X-CT系统的原理、扫描检测模式和组成进行了简要的描述,在这基础上引出探测器中最为重要的两个分支线阵探测器和CCD探测器,并以CCD探测器为重点,详细介绍了其理论基础、工作原理、信号读出方式和特性参数等内容。针对其不同特点,提出了线阵探测器与开关积分器相结合及CCD探测器与ADC相结合的两组实现方案。两者的共同点是都使用FPGA作为系统控制器来实现各个部分的时序及信号控制等功能;区别是LDA的技术已经很成熟,而CCD的高精度、高信噪比、低成本等优势可以在工业X-CT系统中得以发挥。经比较后选定后者为课题的重点实施方案,以CCD作为图像传感器,FPGA为控制核心,将原始数据经放大、滤波及模数转换后传输到上位机。利用软件Protel DXP进行硬件设计并制作PCB板,通过VHDL和Verilog HDL硬件描述语言在Altera综合开发平台QuartusⅡ上进行软件编程以及时序、功能仿真,最后对系统进行综合调试,经验证实现了课题要求。本课题实现了探测采集处理系统的设计,能完成图像成像所需的数据采集功能。


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