低能x射线探测和成像新系统

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1、中文摘要摘要工业X-CT应用于无损检测(Nl玎)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钡4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

2、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

3、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ProtolDXP进行硬件设计并制作PCB板，通

4、过VHDL和VcrilogHDL硬件描述语言在Altora综合开发平台QumusⅡ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，重庆大学硕士学位论文能完成图像成像所需的数据采集功能。关键词：电荷耦合器件；模数转换；滤波；可编程逻辑器件Ⅱ英文摘要ABSTRACTThereisoutstandingmerittoapplyX-rayIndustrialComlmtcdTomographyinthefieldofnondestructivetcstandnondestructiveevaluation．There

5、sultoftestandevaluationd印∞ds011tlaequalityofreeonsmletedimagij．Inpl-actic．,e,theradiationdetec心ganddataacquisitions蜩temacts勰acrucialsub—syst鼬ofthedetecting龃dimagingsyst锄a．Therefore，itsreliabi]ity,stabilityandtheaccuracy8rideolac,r吼eeofthedataacquiredbyitnotonlyb_asadirectinfluenceOff．theqtu

6、dityofreco删ilnaglB,butalsodecidetheperformanceofCTtoalargecXtel叱eV舶ifthehighdevelopmentofeomlmterimagingtechnologyalsohasastronginttuenee011tlaeq11alityofimage,Attheprcsonttimelineardetectorarraycomposedofphotodiodearrayisusedwidely．Altho．啦itisbe'ttertlma锄∞rph吣siliconflat-panel盘船a10fusedpre

7、viouslyinflolnlop础ormance，suelaasresolution．specdandSNR,it啪’tdevelopfllrthcr．Asasortofnoveltyplaotoeondttetivesemiconductordevice，CCDhastheadvantagesofsmallvolume,hi啦testprecisionandlai咖-speedhighSNRandSOon,whichpromotethedetcctormadeoftheCCDtothedcvelop