如何选择平板探测器

平板数字探测器的选择TechnologywithPassion唐立云,上海March8,20181X射线检测设备中的核心部件----平板探测器2产品技术规格表常见参数简单说明3平板探测器结构及其核心单元---像素4“非晶硅（CsI)平板探测器vsCMOS平板探测器”工作原理及优缺点5像素矩阵排列和像素面积6常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高7A/DConversion(ADCresolution)含义8采样频率（fps）与binning9工作能量范围决定探测器寿命的关键因素10小结：关键参数的实际用途11如何选择探测器及实际举例12补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器13补充2：探测器演化历史焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）2目录X射线检测设备中的核心部件----平板探测器焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）3用途：•将不可见的X光转化为可见光，使人眼可以观察到图像•感应穿过物体X射线X射线强度。并根据各部位X射线强度，给与图像不同的黑白值（灰度等级）用户需要关心问题•物体内部缺陷放大后能否探测器能否检测到•X射线的黑白对比度是否很好，方便我们人眼看到缺陷•X射线图像噪音需要尽可能少，噪音多，有缺陷也无法清晰判别难题：•探测器太专业，涉及参数很多，用户没有时间成为专家。•因此，如何判断探测器的好坏，选择合适探测器？市场上常见探测器产品技术规格表焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）4Dexela1207CMOS探测器技术资料GEDXR250RT非晶硅探测器技术资料VarianPaxScan1313DX非晶硅探测器技术资料1X射线检测设备中的核心部件----平板探测器2产品技术规格表常见参数简单说明3平板探测器结构及其核心单元---像素4“非晶硅（CsI)平板探测器vsCMOS平板探测器”工作原理及优缺点5像素矩阵排列和像素面积6常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高7A/DConversion(ADCresolution)含义8采样频率（fps）与binning9工作能量范围决定探测器寿命的关键因素10小结：关键参数的实际用途11如何选择探测器及实际举例12补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器13补充2：探测器演化历史焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）5目录产品技术规格表常见参数简单说明焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）6英文参数名称中文名称参数含义参数示例ReceptorType探测器种类说明探测器生产工艺CMOSAmorphousSiliconConversionScreen/Sensortype闪烁体X射线转化种类CMOSactivepixelsensorCsIPixelPitch像素大小组成探测器的单个像素长x宽74.8μm127μm2PixelMatrix或Resolution像素矩阵排列方式像素排列方式，可计算组成探测器的总像素1536x8641,024x1,024PixelArea像素总面积探测器接受X射线的感应区域大小114.9x64.6mm13.0x13.0cmA/DConversion或ADCresolution模数转化决定X射线图像的灰度等级14bits16bitsFrameRate（fps)图像采集速率探测器生成X射线图像的速度24fps30fpsEnergyRange.工作能量范围容许探测器最大工作X射线能量下40-160kVpPowerDissipation功耗探测器工作的功耗，功耗大，则探测器需要有强制降温措施，如水冷12W15W1X射线检测设备中的核心部件----平板探测器2产品技术规格表常见参数简单说明3平板探测器结构及其核心单元---像素4“非晶硅（CsI)平板探测器vsCMOS平板探测器”工作原理及优缺点5像素矩阵排列和像素面积6常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高7A/DConversion(ADCresolution)含义8采样频率（fps）与binning9工作能量范围决定探测器寿命的关键因素10小结：关键参数的实际用途11如何选择探测器及实际举例12补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器13补充2：探测器演化历史焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）7目录平板探测器结构-----平板探测器结构及其核心单元焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）8像素数字电路•平板探测器是有许多一个个小方格的组成•每个小方格单独成像，并输出数字信号代表该小格的黑白值（灰度值）•这些数字信息传输到电脑，形成X射线图像•X射线图像的每个单独像素灰度值与探测器的每个小方格一一对应•由于这个原因，每个探测器小方格称为像素从这里看出：探测器图像质量好坏是由单个像素决定。图像像素是定义：指由图像是由小方格即所谓的像素(pixel)组成的，是组成图像的最小单位。它是以一个单一颜色的小格存在像素是平板探测器的核心单元-----平板探测器结构及其核心单元焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）9像素是平板探测器的核心单元•平板探测器物理结构：由许多像素拼接组成的•探测器成像能力是由单个像素决定的•探测器灰阶就是A/D的位数单个像素工作原理、结构及像素大小------平板探测器结构及其核心单元焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）10单个像素工作原理：1.闪烁体或荧光粉：接受X射线转化为可见光2.光电二极管：接收可见光，转化为电子3.电子给电容充电4.接到指令，电容放电，5.电流通过Ａ/Ｄ转换，变为数字信号6.补充：•A/D实际功能：将X射线强度转化为数字信号•A/D的位数就是图像的灰阶•14位的A/D，则探测器就是14位单个像素物理结构1.闪烁体+光电二极管+电容+A/D转换模块单个像素大小：是光电二极管尺寸决定•如果光电二极管尺寸为127微米，则像素尺寸为127um•如果光电二极管尺寸为50微米，则像素尺寸为50um不同像素尺寸的有不同的优缺点------平板探测器结构及其核心单元焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）111.如果像素尺寸小，同一几何放大倍数情况下，探测器可以显示更小的缺陷•物体缺陷要被平板探测器检测的前提：放大后的物体缺陷图像投影最少盖住一个像素•如果放大倍数是200倍1.如果探测器像素为127um，则可以显示物体缺陷为0.64um2.如果探测器像素为50um，则可以显示物体缺陷为0.25umX射线系统将物体放大放大的缺陷投影完全盖住一个像素物体缺陷被X放大一个像素2.如果像素尺寸为1微米，我们可以看到无穷小缺陷，不是最好吗？•如果像素尺寸过小，则电容尺寸很小，则电容的容量很小•电容的容量很小，探测器吸收很少的X射线，电容充电已经饱和•这样，导致X射线图像信噪比很差，X图像不清晰，因为:•本体噪音是一个恒定值（来源：本体电路的电子学噪声）•X射线图像量子噪声与像素吸收到的有用X射线光子的比例很少•有用X射线信号无法抑制噪音，X图像不清晰•因此：探测器像素越大，其信噪比升高，，X图像越清晰如何依据像素大小参数选择探测器------平板探测器结构及其核心单元•像素大小与探测器两个关键参数（最小缺陷检测能力、探测器信噪比）相关联•像素尺寸越小，同一几何放大倍数情况下，探测器最小缺陷检测能力更强•探测器像素越大，探测器信号的信噪比越高，X图像越清晰做X射线检测的需求：在发现物体内部缺陷的前提条件下，我们希望图像越清晰却好因此，我们必须采用折中的办法选择探测器的像素尺寸，•不能一味追求大，也不能一味追求小，是最小缺陷检测能力、探测器信噪比的平衡•针对同种制造工艺的探测器•半导体和SMT产品，•物体缺陷小，微米级（甚至是1微米）•被检测产品的密度相对低，X射线穿透物体的时候二次散射少，从而“X射线图像量子噪声”少因此，我们要侧重：“探测器的最小缺陷检测能力”，需要选择像素小一点的探测器•金属产品（如铸件）•物体缺陷大，毫米级•被检测产品的密度相对低，X射线穿透物体的时候二次散射多，从而“X射线图像量子噪声”少因此，我们要侧重：“探测器信噪比”，需要选择像素大一点的探测器焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）121X射线检测设备中的核心部件----平板探测器2产品技术规格表常见参数简单说明3平板探测器结构及其核心单元---像素4“非晶硅（CsI)平板探测器vsCMOS平板探测器”工作原理及优缺点5像素矩阵排列和像素面积6常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高7A/DConversion(ADCresolution)含义8采样频率（fps）与binning9工作能量范围决定探测器寿命的关键因素10小结：关键参数的实际用途11如何选择探测器及实际举例12补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器13补充2：探测器演化历史焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）13目录非晶硅（CsI)平板数字探测器工作原理基本工作过程原理：1.入射的X射线图像经碘化铯闪烁晶体转换为可见光图像，2.可见光图像由下一层的非晶硅光电二极管阵列转换为电荷图像3.对电荷信号逐行取出，转换为数字信号，再传送至计算机，从而形成X射线数字图像碘化铯（CsI:T1闪烁体）结构特点：•连续排列、针状•直径约为6-7μm•厚度为500-600μm•外围用铊包裹减少漫射焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）14闪烁:是指单个高能粒子在闪烁体上瞬时激发的闪光脉冲非晶硅（CsI)平板探测器优缺点焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）15•优点•CsI里面的晶体结构为针状，极大提高了光电转化的效率•单个像素大于100um，探测器信噪比高；Ｘ射线图像灰度值分辨率和黑白对比度更强•采用并联电路，即使探测器单个像素死亡，探测器仍然正常工作•缺点•如果Ｘ射线检测系统几何放大倍数（光学放大）能力不够，因探测器像素大，物体的内部微小缺陷可能无法检测到像素的填充率很高晶体结构为针状放大倍数不够，缺陷投影盖不住一个像素物体缺陷被X光放大一个像素并联电路CMOS平板探测器工作原理焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）16•CMOS全称：Complementarymetal–oxide-semiconductor荧光定义：指在X线激发停止后，持续（10-8s）发光的过程基本工作过程原理：1.入射的X射线图像经萤光材料转换为可见光图像，2.可见光图像由下一层的CMOS光电二极管阵列转换为电荷图像3.对电荷信号逐行取出，转换为数字信号，再传送至计算机，从而形成X射线数字图像萤光材料特点：•转化效率地低•荧光材料被X激发后，连续发光•连续发光对探测器成像会产生叠加成像效果，叠加效果在最后X射线图像上呈现为噪音形式CMOS平板探测器优缺点焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）17•优点•探测器像素小，一般小于100um•即使Ｘ射线检测系统几何放大倍数（光学放大）能力不够，因探测器像素小，物体的内部微小缺陷也可能盖住一个像素•可以帮助提高X射线检测系统最小缺陷检测能力•缺点•使用荧光材料实现光电转化，而且荧光材料填充率低,导致转化效率非常低•探测器像素一般为50um到75um之间，导致探测器信噪比低；X射线图像灰度值分辨率和黑白对比度差•采用串联电路。当一个像素死亡，整条电路上像素也会死亡，探测器将会出现1条黑色的死线放大倍数不够，缺陷投影盖不住一个像素物体缺陷被X光放大一个像素荧光材料实现光电转化荧光材料填充率低串联电路非晶硅（CsI)平板探测器和CMOS平板探测器综合比较焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）18非晶硅（CsI)平板探测器CMOS平板探测器转化体CsI（碘化铯）萤光材质工作原理接收X射线，产生脉冲可见光通过萤光材质，产生的可见光为萤光可见光表现特性脉冲光，没有延时萤光为持续（10-8s）发光，有延时，像素大小大于100um50um到100um之间结论•非晶硅（CsI)的信噪比比CMOS的信噪比高，图像清晰•在放大倍数受限的情况下，CMOS可以检