王 歡，夏 良，朱國春

（解放軍陸軍軍官學院,230031）

0 引言

引信是炮彈引爆的重要裝置。但是往往炮彈在運輸、裝載、使用過程中會出現(xiàn)撞擊、掉落等情況，這些情況會導致炮彈引信內(nèi)部保險裝置遭到破壞。引信保險裝置的受損會直接引起炮彈爆炸或在使用過程中出現(xiàn)炸膛。針對這種情況，目前一般使用兩種方法處理：一是對所有異常情況的炮彈進行銷毀；二是利用無損檢測技術(shù)對引信保險裝置進行檢測，判斷哪些是解脫保險的炮彈，哪些是可以繼續(xù)使用的炮彈。顯然，第二種方式可以減少不必要的損失。目前主要使用的無損檢測方式是射線照相技術(shù)和傳統(tǒng)的計算機層析成像技術(shù)（Computer Tomography，CT）。

利用射線照相技術(shù)對引信進行檢測，圖像是三維結(jié)構(gòu)的二維成像，被測部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)前后疊加，讀片困難，且不能進行足夠清晰準確地檢測，會增加誤判率。利用傳統(tǒng)的斷層CT技術(shù)進行檢測，雖然可以得到斷層圖像，但是掃描時間比較長，掃描一圈一般需要采集180到360幅圖像，每幅圖像的極限掃描時間在0.1到0.5秒，也就是說得到一個分辨率足夠高的斷層圖像至少需要3分鐘。并且要從多個斷層的圖像才能判斷出引信保險裝置的內(nèi)部情況。斷層與斷層之間的縱向分辨率較差，如果要顯示出引信的三維內(nèi)部圖像還需要專門的三維顯示程序進行重建，這又要耗費大量的計算時間。

針對上述情況，本文提出一種新的基于雙源錐束CT技術(shù)的檢測方法，該方法可以對引信進行無損、快速、準確地檢測。

1 硬件系統(tǒng)設計

1.1 掃描結(jié)構(gòu)的設計

筆者對榴-2、榴-5、時-2等幾種常用的引信進行了調(diào)研。發(fā)現(xiàn)要判斷幾種常用引信是否失效，主要要看其內(nèi)部隔爆機構(gòu)的狀況，可以將檢測范圍進一步縮小到15厘米以內(nèi)，可視為感興趣區(qū)域重建問題。所以可以選用比較適合局部區(qū)域重建的錐束Micro-CT系統(tǒng)進行檢測。由于引信本身的特點決定，不必過多考慮像人或動物對射線輻射劑量的要求，也不必考慮運動物體產(chǎn)生的運動偽影等因素，所以可以選取多源CT進行檢測。

本文設計的引信掃描結(jié)構(gòu)是將兩套錐束Micro-CT影像系統(tǒng)集成在一個設備上的雙源檢測系統(tǒng)：使用兩個射線源、兩個平板探測器，兩個探測器成90度角，分別對應一個射線源。中間掃描臺上放置被測引信，掃描臺可以以任意角度和速度進行旋轉(zhuǎn)，并且可以控制其升降。

1.2 射線源的選擇

本系統(tǒng)中，射線源是直接影像成像質(zhì)量的重要因素之一?？紤]到引信對射線穿透能力的要求，本文選擇可調(diào)節(jié)氣絕緣X射線機，管電壓設置為125kV～126kV，管電流為0.4mA（根據(jù)最大穿透公式計算，可得到，此管電壓可穿透25～27mm的鋼）。該射線源具有散熱性好，保護措施齊全，使用壽命長，穿透能力強等特點，X射線泄露劑量也符號輻射安全標準。

1.3 平板探測器的選擇

探測器是數(shù)字成像的關(guān)鍵部件之一，基于在系統(tǒng)幾何失真、空間分辨率以及射線利用率幾個方便的考慮，平板探測器都是最適合錐束CT的信息獲取設備。根據(jù)常用引信的規(guī)格技術(shù)指標，本系統(tǒng)選用了Paxscan1313 LowkV型數(shù)字成像式平板探測器。該平板探測器圖像傳輸速度可達30幀/秒，可以達到實時成像的要求；像素大小僅為127μm或194μm，空間分辨率高，可達3.97LP/mm（即線徑0.126mm）。對于引信內(nèi)部結(jié)構(gòu)，錐形束一次照射便可在平板探測器上完成一個角度投影數(shù)據(jù)的采集，不必分段升降進行掃描，大大縮短檢測時間。

1.4 控制系統(tǒng)的設計

該系統(tǒng)的控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下三個方面的控制：一是可對射線源進行開關(guān)、強度進行控制。二是對平板探測器的積分時間進行控制。三是對掃描臺的上下位置調(diào)整、旋轉(zhuǎn)的方向和速度進行控制。

2 軟件系統(tǒng)設計

2.1 重建算法的選擇

利用錐束CT投影數(shù)據(jù)進行圖像重建的算法有很多種，大致分為精確重建算法和近似重建算法兩大類。在引信內(nèi)部結(jié)構(gòu)檢測過程中，我們只需要利用重建圖像準確判斷出某些部件的位置即可，例如：榴-2引信的隔報機構(gòu)，當滑塊處于中間位置時,說明該引信處于安全狀態(tài)， 否則引信處于解脫保險狀態(tài)。針對這種情況，我們選擇可以利用一組錐束投影數(shù)據(jù)進行快速重建的標準FDK近似重建算法進行重建。該算法是由Feldkamp、Davis和Kress于1984年提出的，它比其它的精確重建算法要簡潔的多，重建時間短，而且錐角越小重建誤差越小。還有一個重要優(yōu)點是可以在縱向處理數(shù)據(jù)截斷。

2.2 成像系統(tǒng)模塊設計

基于雙源錐束CT的引信檢測系統(tǒng)主要分為以下六大模塊：

（1）參數(shù)設置模塊：首先進行操作員登錄驗證，該部分的設計主要是為了記錄相應部件的檢測責任人，可以在事后對誤檢和漏檢的引信作跟蹤；由于引信型號不同，規(guī)格也不同，所以對常見的引信建立一個引信特征數(shù)據(jù)庫，每次采集投影數(shù)據(jù)前，通過引信的型號進行相關(guān)參數(shù)設置，系統(tǒng)自動調(diào)整射線強度，探測器的積分時間，掃描臺的高度以及旋轉(zhuǎn)速度。

（2）數(shù)據(jù)采集模塊：采集不同角度下的投影數(shù)據(jù)，最后將投影數(shù)據(jù)匯聚到一個投影數(shù)據(jù)集，并對投影數(shù)據(jù)進行處理，去除無效數(shù)據(jù)。

（3）圖像重建模塊：該模塊是系統(tǒng)最主要的一個模塊，相對來說也是最為復雜的一個模塊。主要流程如下：先對采集的有效數(shù)據(jù)進行預處理，有散射校正、射束硬化校正、探測器像元響應不一致校正等，再選擇重建算法（FDK），對處理后的投影數(shù)據(jù)進行重建，重新后保存。

（4）圖像處理模塊：對重建的圖像進行圖像分割、特征提取等圖像后處理，目的是為了后續(xù)的圖像顯示和自動判別。此過程也可跳過。

（5）圖像顯示模塊：利用三維顯示技術(shù)，對重建后的引信內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像進行三維顯示。

（6）自動判別模塊：此模塊的設計是為了實現(xiàn)引信的自動檢測。系統(tǒng)會根據(jù)特征值的比對情況，對解脫保險的引信進行報警提示。

3 結(jié)論

本文所提出的雙源錐束CT引信檢測系統(tǒng)跟以往的無損檢測系統(tǒng)比較具有下列兩個方面的優(yōu)勢：

（1）掃描速度快。用傳統(tǒng)斷層CT進行引信的掃描，如果要采集64層斷面圖像，則需要192分鐘。而雙源CT由于其一次掃描就可獲得數(shù)個斷層的投影圖像，而且利用雙源的結(jié)構(gòu)，又可使時間縮短一倍，則使得整個采集投影數(shù)據(jù)時間可縮短128倍。2009年西門子在北美放射學年會上推出的雙源CT機架旋轉(zhuǎn)速度達到 0.28 秒/圈，掃描速度高達43厘米/秒，時間分辨率可達到73ms，這使得雙源結(jié)構(gòu)的CT系統(tǒng)，不僅可以針對一般物體進行快速檢測，還可以用來對運動物體進行檢測，甚至實現(xiàn)在線實時檢測。

（2）重建分辨率高。傳統(tǒng)斷層CT雖然可以重建出分辨率較高的斷層圖像，但是縱向分辨率比較低。要想重建出三維圖像，必須要獲得足夠多的斷層圖像進行差值等處理，才可生成，所以并不能稱之為真正意義上的三維重建。而與此相比，錐束CT有著獨特的優(yōu)勢，可以利用錐束二維投影數(shù)據(jù)，一次性生成被測物體的三維密度空間分布函數(shù)，從而實現(xiàn)真正意義上的三維重建，縱向分辨率和橫向分辨率一樣高。

但是雙源CT系統(tǒng)也存在著自身的一些問題。由于利用的是雙射線源，在射線強度比較低的時候，投影圖像受散射的影響就比較單源的要大很多。另外在錐角大于10度時重建圖像中偽影就比較嚴重。這些問題還需要后續(xù)用一些算法進行修正。

目前在國內(nèi)工業(yè)CT檢測領(lǐng)域，多源CT系統(tǒng)應用的還比較少。主要考慮到其需要多個射線源、多個探測器，制造成本比較昂貴。隨著近年來多源CT的發(fā)展，今后以雙源、三源等多源CT系統(tǒng)取代單源CT系統(tǒng)必然會是一個趨勢。

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[3]霍修坤.錐束CT直接三維成像算法研究[D].合肥：安徽大學計算機學院.2005.

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