ZEISS scatterControl-革新去散射偽影技術(shù)，邁向圖像質(zhì)量新紀(jì)元

CT偽影始終是制約分析、數(shù)據(jù)處理、可靠性以及準(zhǔn)確度的重大難題。毋庸置疑，偽影的種類繁多，像是射線硬化、多材料、散射或者環(huán)狀等均在其列。今日，要與諸位分享的乃是鋁壓鑄行業(yè)里最為常見的散射偽影。即便是單一材料的鋁壓鑄產(chǎn)品，通常也難逃散射偽影的影響。特別是在新能源汽車的零部件產(chǎn)品中，當(dāng)壓鑄件的結(jié)構(gòu)與尺寸愈發(fā)增大之際，散射偽影給工藝改進(jìn)、分析以及量產(chǎn)檢測(cè)造成諸多困擾；而且工作人員有時(shí)還會(huì)誤將這一偽影視作是射線硬化所導(dǎo)致。

散射和射線硬化偽影的區(qū)別：

射線硬化是由于射線無法穿透被測(cè)物所導(dǎo)致的一種偽影，原本應(yīng)是線性變化的灰度值發(fā)生了混亂所導(dǎo)致的。

X射線光子具有不同的能量范圍，例如自30至230keV 。如光子沿穿透方向能量衰減不同，則比爾-朗伯定律基于測(cè)量X射線強(qiáng)度將不足以確定穿透長(zhǎng)度。

相對(duì)于射線硬化偽影，尤其在鋁制的產(chǎn)品中經(jīng)常會(huì)看到這樣的成像效果（霧狀包裹在物體表面的散射偽影：

我們稱之為“康普頓散射”，或稱康普頓效應(yīng)（英語(yǔ)：Compton effect），是指當(dāng)X射線或伽馬射線的光子跟物質(zhì)相互作用，因失去能量而導(dǎo)致波長(zhǎng)變長(zhǎng)的現(xiàn)象。（源自：Compton scattering - Wikipedia）當(dāng)然這一現(xiàn)象在自然界中無處不在，也是因?yàn)檫@一現(xiàn)象，我們看到的天空是藍(lán)色。

CT掃描過程中，散射偽影帶來了什么？

大家都希望了解在 X 射線的運(yùn)用里，散射現(xiàn)象給我們的掃描質(zhì)量造成的影響究竟如何。我們以 100mm 鋁塊作為被測(cè)對(duì)象，并采用大于 225kV 的 X 射線源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在射線源產(chǎn)生的光子當(dāng)中，約 8%的光子能夠毫無相互作用地完美穿透材料（無相互作用 NI）。其中 46%被吸收（光電效應(yīng) PE），其余的則被散射（C -康普頓效應(yīng) 39%）。這意味著散射效應(yīng)（康普頓散射）于模擬實(shí)驗(yàn)中對(duì)掃描成像有著頗為顯著的影響。當(dāng)然，這也很好地解釋了為何在我們掃描大型鋁壓鑄件時(shí)，所得到的圖像質(zhì)量可能會(huì)較差（相較于小型產(chǎn)品而言）。

于是，在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)里，我們將塑料（其密度低于鋁）當(dāng)作被測(cè)對(duì)象。此次，我們借助兩個(gè)不同電壓的 X 射線來驗(yàn)證這一現(xiàn)象，分別運(yùn)用 225kV 和 320kV 的設(shè)備對(duì)厚度大于 230mm 的塑料測(cè)試件展開測(cè)試（選用密度較低的被測(cè)物，也是為了盡可能排除射線硬化的干擾）。

下面的圖片呈現(xiàn)了一個(gè)體積較大的塑料部件的比較情況。左圖為 320kV 和 3mm Sn 濾片的掃描圖，右圖是 200kV 和 1mm Cu 濾片的掃描圖。兩張圖片的結(jié)果近乎完全相同，不均勻的灰值并非由電壓缺乏穿透所致，而是由散射造成的，即便在高能量狀態(tài)下，散射也幾乎相等。這一結(jié)論同樣適用于鋁材料或類似密度的部件，多數(shù)時(shí)候并非電壓的問題，而是散射的光子，依據(jù)康普頓效應(yīng)，它們同樣是以高能量散射的。

散射偽影影響降低對(duì)原始圖像和表面判定帶來的變化有哪些？

01孔隙率分析影響：

對(duì)表面判定的真實(shí)性，缺陷判斷的準(zhǔn)確性，對(duì)比度受霧狀偽影影響減少并提高對(duì)比度。

02三維體積數(shù)據(jù)噪點(diǎn)影響計(jì)量檢測(cè)：

如圖示例評(píng)價(jià)如圓度，尺寸檢測(cè)，三維數(shù)據(jù)擬合得以改善。

03實(shí)際二維剖面分析：

這一技術(shù)不光可以應(yīng)用新能源汽車一體化零件的趨勢(shì)，也可以應(yīng)用在其他領(lǐng)域比如車燈（如圖）：

（使用scatterControl對(duì)整個(gè)部件進(jìn)行3D掃描，顯示了前照燈的組裝）

金屬（銅）增材制造：

帶有鋼套嵌件鋁壓鑄（傳統(tǒng)燃油車）：

此時(shí)螺柱或者空位的（位置度，直徑等）檢測(cè)的可靠性得以提升，不再受到偽影的影響導(dǎo)致測(cè)量置信度下降。

通常來說，掃描圖像質(zhì)量問題并非電壓的極限在作祟，而是散射偽影。針對(duì)大型鋁制零件的試驗(yàn)顯示，450kV、320kV、225kV 之間在質(zhì)量上并無顯著差別。幾乎只有散射光子會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量降低，并且散射光子還會(huì)以更高的能量出現(xiàn)。對(duì)于這些部件，穿透并非問題所在。ZEISS scatterControl 能夠顯著提升圖像質(zhì)量，將 CT 掃描的散射偽影降至最低限度。這種優(yōu)化有利于后續(xù)合適零件的數(shù)據(jù)處理與評(píng)估步驟，進(jìn)而讓表面測(cè)定和缺陷分析更加精確。該產(chǎn)品是高容量、高密度零件的理想選擇，例如增材制造的金屬零件和鋁鑄件（甚至帶有鋼嵌體），還有其他包含高密度材料的裝配件。該模塊能夠用于 ZEISS METROTOM 1500 225kV G3，也能夠作為改造解決方案或者購(gòu)買新系統(tǒng)的一部分。