如何將射線底片掃描輸入電腦

夏紀真

《無損檢測資訊網》 www.ndtinfo.net

摘要:本文介紹了將射線照相檢測得到的X或γ射線底片通過掃描輸入電腦的方法,以便于保存、檔案管理或進行培訓教學使用。
關鍵詞:無損檢測 射線檢測 電子掃描
前言
在射線照相檢測技朮的應用中,檢測完成后得到的X或γ射線底片的保存與管理是比較繁瑣和麻掃煩的問題,一方面是對底片的保存條件有一定的要求(例如環境溫度、濕度以及保存期限等),另一方面是一旦需要查找時就很不方便,如果需要應用這些底片用作培訓教學使用,則由于人手的反復拿取和經受觀片燈的強光照射等因素而導致底片容易損壞,即便是用過去的老辦法,即在暗室里在曝光箱上用膠片翻拍,但是因為第一次翻拍得到的是正片,還需要再次翻拍才能成為和原來一樣的負片,這樣不僅操作繁瑣,而且因為多次曝光翻拍以及操作上的問題,導致失真度較大且清晰度變差。
目前已經有專門的膠片掃描數字成像系統(FDR),也可以使用平面透射式掃描儀,將X或γ射線底片通過掃描輸入電腦,從而大大方便了射線照相檢測圖像的保存與管理,也極大地方便了培訓教學的需要。
1.膠片掃描數字成像系統FDR
這是專用的X光膠片數字化掃描儀,可對已有的傳統X線膠片掃描使之轉換成數字化圖像。它利用光電轉換的原理,使用氦氖激光,通過多面體旋轉式反光鏡對已有的X射線膠片進行掃描,由快速多路自動跟蹤接收器將接收到的光信號轉變為電信號,經過模擬/數字(A/D)轉換器轉換成數字信號資料,實現了膠片圖像轉換為數字化圖像,從而可以在計算機中存儲并再利用。高性能的X光膠片數字化掃描儀已經能使轉換損失導致的失真度達到很小。
1Agfa公司的X光膠片數字化掃描儀照片,圖2為柯達公司激光膠片數碼儀照片。
 1 Agfa公司的X光膠片數字化掃描儀
2柯達公司激光膠片數碼儀
2.平板掃描儀
掃描儀(Scanner)是將圖像、文字等各種文檔輸入到計算機中的一種設備。最常見的是平板式掃描儀(此外還有滾筒式、手持式等)。
平板式掃描儀的特點是將被掃描的圖片、文件平鋪放置在透光性良好的平板玻璃上。一般的平板式掃描儀屬于反射式掃描儀,其基本原理如圖3所示。它適合于不透明的文件、圖片的掃描。對于膠片,包括普通照相膠卷底片、醫用X光底片、印刷行業的制版底片直至工業無損檢測技朮中的X或γ射線底片,即光可以通過去的,稱為可透射文稿,則需要采用透射式掃描,其基本原理如圖4所示。

反射式掃描儀的結構原理示意圖

透射式掃描儀的結構原理示意圖
簡單地說,反射式掃描儀的結構原理是光源和感光器件同在一側,光源發射的光投射到被掃描文件或圖片上再反射下來被感光器件接收并傳送到圖像處理系統而成為數字圖像﹔透射式掃描儀的結構原理是光源和感光器件不在同一側,而是分別位于被掃描膠片兩側,光源發射的光透射過被掃描膠片被感光器件接收并傳送到圖像處理系統而成為數字圖像。
注:目前掃描儀的感光器件基本上都是采用CCD技朮,即采用CCDCharge Coupled Device-電荷耦合器件)作為感光元件,它配合由光源、反射鏡和光學鏡頭組成的成像系統,在傳感器表面進行成像,有一定景深,甚至能掃描凹凸不平的實物(如計算機板卡)。但是由于成像系統中存在反射鏡和透鏡,因此會產生一定的色彩偏差和光學像差,需要通過掃描儀配置的軟件進行校正,此外還要注意CCD的抗震能力較差。
目前生產可透射膠片的掃描儀的廠家有不少,著名的有日本愛普生公司、Agfa、美國Plustek以及我國的清華紫光Uniscan和台灣MUSTEK等。
可透射膠片的掃描儀其結構大多以反射式掃描儀為基礎,當需要透射膠片的時候,把反射式掃描儀上方的白色背景壓板(上蓋板)換成“膠片透掃適配器(也稱作透明膠片適配器)”,被透射膠片被平鋪夾在中間,膠片透掃適配器中帶有可與對側CCD相對准并同步移動掃描的光源。這樣的平板掃描儀可以同時兼顧反射式與透射式掃描的需要,在價格上也遠遠低于上述的專用X光膠片數字化掃描儀。
以日本愛普生公司適合掃描常規尺寸300x80mm的膠片的掃描儀Epson Expression 10000XL為例,其光學分辨率2400dpi,成像元件為6線矩陣CCD,掃描光源采用高亮度氙光源,掃描幅面310x437mm(最大掃描膠片309x420mm),色位深度48bit,為掃描膠片需配膠片透掃適配器(TPU),可透射光密度(OD)為3.8DEpson Perfection 4990 PHOTO型光學分辨率可達4800dpi,可透射光密度達到4.0D,但最大掃描膠片僅為203x254mm)。
在這里順便對于平板式掃描儀的一些最主要的性能簡單解釋如下:
光學解析度(光學分辨率):是掃描儀最基本的也是最重要的技朮參數。它的單位是dpi,意思是水平方向每英寸長度上分布的點數(Dot Per Inch),例如600dpi表示每英寸中就有600個像素可感應影像。分辨率反映掃描圖像的清晰程度。分辨率越高(dpi值越大),即像素越多,表示掃描儀對影像的解析能力越強,掃描出來的圖像越清晰。掃描儀的說明書有時以兩個數值相乘的形式來標示解析度,例如600×1200dpi600表示的是光學解析度,1200表示的是機械解析度,它代表掃描器中帶動燈管的懸臂馬達在每英寸的垂直范圍內可以停留多少步,由掃描儀傳動機構的精密程度決定,這里的1200就是指馬達一次的移動可以精確到1/1200英寸。掃描儀最重要的是“光學”解析度。
色彩位度(又稱色彩位元、色階):直接決定掃描儀本身辨別色彩的能力,它是指色彩的表現力。色彩位度的單位是bit。例如有的掃描器產品規格中標明為36bit,就表示這款機器所用的紅綠藍三種顏色每種都能夠達到36bit次的變化,10bit就是210次方,36bit就可表現687億種顏色即1024種顏色。色彩位數反映掃描圖像色彩的與實物色彩的接近程度,色彩位數越高的掃描儀,掃描出來的圖像色彩越丰富。
灰度:指掃描儀對從白到黑之間的層次變化的識別能力,用“級”表示。灰度級反映掃描圖像由暗(純黑)到亮(純白)的層次。灰度級位數越多的掃描儀,掃描出的圖像的層次越分明。
接口類型:指掃描儀與計算機的連接和傳輸數據的方式。目前較為常見的方式是USB接口,其最大的特點是支持熱插拔,速度較快。
在使用和維護掃描儀的時候,還應該注意:
[1]在進行掃描時還應當注意使被掃描的膠片、照片或文本貼緊掃描儀的玻璃面,可以保障掃描的清晰度而不至模糊,掃描完成的圖像最好用jpg格式存盤,因為該格式是壓縮格式,以免圖像太大占據過大的硬盤空間,同時應注意命名為容易記憶的文件名以便于日后查找。

[2]盡量不要將掃描儀放在灰塵多或潮濕的環境里(例如地上)。因為一旦光學儀器、鏡頭沾到灰塵或受潮,就會影響光線的穿透率,進而影響掃描質量。而且掃描儀的鏡面也應該小心保護,掃描前記得將文稿中的訂書針或回形針去掉,避免玻璃面划傷、磨損,偶而也可用軟布輕擦表面保持鏡面的干淨。遇到要搬動掃描儀的情況應該盡量小心,若機體上裝置有防震鎖最好將它鎖緊再搬動。

[3]掃描儀的電源是通過專用的電源適配器提供的,當不使用掃描儀時,應當將電源適配器從市電插座上拔開,防止長期通電燒壞電源適配器和光源。
3.結束語

隨著我國無損檢測事業的飛速發展,相信X或γ射線底片轉換成數字圖像以實現現代化管理以及滿足培訓教學的需求會越來越大,也必然是一種發展趨勢。以上作為一種方法性的介紹,筆者相信很快會有更多我國自行研發制造的類似儀器出現,將以性能更優越、價格更便宜的優勢得到迅速的普及應用。

 

何謂掃描器?用途為何?

掃描器是一種捕捉影像的輸入裝置, 它能將補捉來的影像,並將之轉換成讓電腦可以顯示、編輯、儲存的數位格式。主要有饋紙式及平台式兩種主要的掃瞄方式,但目前市面上較常見的掃瞄器多是平台型掃瞄器,使用方式有點類似影印機,不同的是將捕捉到的文件或影像,經過數位化的過程,使其能儲存於電腦中,當然也可以與印表機搭配,達到影印的效果。目前由於網際網路的發達,在工作上,往往有些文件需透過掃瞄器做處理,以MAIL的方式傳送,但卻可以在效率上、管理上更加輕鬆,讓您的工作更順暢。

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掃描器如何工作

掃描器得影像的方式,是將一固定光源照射到掃描文件上,光線反射回來後會折折射入CCD (Charge-Couple Device, 電荷耦合元件的感光元件。掃描文件上較暗的部份會反射較弱的光,較亮的部份反射較強的光,CCD感應到不同強弱的光後,將它轉換成數位訊號,如此將可使得掃描器本身能讀取此數位訊號與電腦進行資料傳輸。

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何謂TWAIN 有何功用

TWAIN 或是 (Tool Without An Interesting Name)是被一個軟體工業的標準,介於硬體裝置與軟體程式之間的發展標準介面,  The "TWAIN" 協定, 就如同它的名字般, 其成員有from Aldus Caere Eastman Kodak Hewlett Packard and Logitech. TWAIN協定尚未製訂出來前,使用者需使用掃描器特定使用的應用軟體下做掃描後,再將儲存掃描影像到其它應用程式做編輯, TWAIN 協定可大大的精簡此問題;只要遵照TWAIN協定的軟體就能搭配掃描器使用,而不僅限於特殊應用程式下使用。

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關於bitmap 圖像

電腦的座標法中兩種主要的種類, 向量法和位置法向量座標法, 就像其名稱指定的, 是直線與弧線來定義的,數學上稱為向量法。總而言之,向量法是由向量程式來建立的,然而將是不會被討論在這份文件中,掃描器,其它數位影像輸入裝置和製圖與編輯圖像程式轉換成位置法,也稱為光學影像,了解到此內容將有助於更了解如何建立和編輯數位影像. 位置法使用在小方格中的格點來得知像素, 像素分配一個特殊位置和色值,舉例而言,籃球在位置法中是由像素馬賽克且配何橘色或是其它背景色彩在其位置來替代其型狀製成使用位置法是來編輯像素而非圖像物體或形狀。

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圖像解析度Image Resolution

列印長度每單位的顯示像素數目來描述影像,通常解析度是每英吋的點數或是每英寸像素來測量.影像解析度決定於影像被建立且能被大多的影像軟體來改變的如果此影像來自於掃描器,此掃描解析度將變成影像解析度, 對於同樣的列印尺寸,一個高解析度的影像將比低解析度的影像包涵更多更小的像素 對於一個影像輸入裝置的掃描器, 掃描一個高解析度通常比較低解析度衍生出更詳細的影像。

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像素尺寸Pixel Dimensions

像素的數目沿著影像的寬度與高度 當由掃描器建立影像,像素尺寸的效果為掃描解析度乘上掃描區域,舉例說明,假如我們掃描4X6100dpi解析度的照片,其結果必為400X600 像素,而其檔案大小比例根據其像素尺寸, 然而掃描較高解析度將會製造出大檔案,然而,顯示器的大小對於影像尺寸或是列印紙的大小,像素的尺寸只是增加輸出裝置的解析度罷了.  請參考掃描解析度,螢幕解希度和列表機解析度來了解更多知識。

 

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色階Color Depth

在圖像中在每不同的顏色中顯示每像素的最大數目,有時後可以用位元數來量測,通常表現的色彩模示為黑白模式、灰階與RGB三原色,其色階如下:

黑白模式

1 bit (2 to the 1st = 2 colors)

灰階模式

8 bits (2 to the 8th = 256 different gray levels)

全彩模式

24 bits (2 to the 24th = 16.7 millions colors)

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檔案大小File Size

檔案大小為像素尺寸乘上色階,舉例而言,100 像素x80像素黑白的圖像大小為1000個位元組(100x80x1)在同樣的像素中以灰階顯示的大小為8000個位元組(100X80X8),而RGB三原色的影像將需要24000個位元組 (100X80X24).有一些影像壓縮影像壓縮格式 ,能夠大大的減少檔案的大小,然而,必須了解的是只有減少儲存容量.舉例說明,如果你掃描一個letter-size的尺寸300dpi彩色模式, 你將會轉換成一個24MB(8.5x300 x 11x300 x 24 bits) .實際上緩衝區需要將你在掃描後的影將經由電腦經過超過3次壓縮 以相同的例子來說,如果你以JPEG格式儲存,將會佔用不到1MB的硬碟空間,但是在你使用影像編輯軟體來編輯圖像時,將會需要比24MB還多的緩衝區來顯示與處理該影像檔.

以下列表為24bit影像的檔案大小對照表

Resolution
(DPI)

Image Dimension

1" x 1"

4" x 6"

8.5" x 11"

72

15 KB

365 KB

1420 KB

100

29 KB

703 KB

2739 KB

200

117 KB

2813 KB

10957 KB

300

264 KB

6328 KB

24653 KB

400

469 KB

11250 KB

43828 KB

500

732 KB

17578 KB

68481 KB

600

1055 KB

25313 KB

98613 KB

1200

4219 KB

101250 KB

394453 KB

4800

67500 KB

1620000 KB

6311250 KB

 

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掃描器解析度、螢幕解析度、列表機解析度

對掃描器而言,就可能如你所知的有幾種解析度,稱為光學解析度,機械解析度軟體插值解析度,對於一個典型的平台掃描器,光學解析度是設定於光學模組CCD或是CIS)的,而機械解析度是設定於掃描器中的步進馬達, 所以說如果掃描器說有300x600 dpi 解析度,它是指光學解析度為300 dpi,可以水平解析每英吋300個點,而600dpi為機械解析度,步進馬達可控制垂直解析到每一步為1/600英吋,為了使掃描器可以達到光學解析與硬體解析度, 掃描器軟體使用演算法來估算且可算出硬體漏的像素並佈置像素的顏色所以結果會比光學解析度來的高,此比光學解析度高的解析度稱為軟體插值解析度,(有時表示為最大解析度),但是有時後看起來掃描影像會模糊多了這是因為演算法插點後所造成的.

螢幕解析度是每點或像素的數目顯示在每單位長度的螢幕上,通常測量的方式為每英吋的點數,螢幕解析度是依照營幕可顯示的範圍和它的像素設定, 舉例說明,一個15吋的螢幕,寬11吋,高8.25吋,如果顯示卡的設定解析度為800x600,如此螢幕解析度約為72dpi (800 pixels / 11 inches or 600 / 8.25). 假如你設定顯示1024x768在同樣的螢幕上,那麼螢幕的解析度將成為93dpi 螢幕解析度可以幫助了解為什麼影像在螢幕上顯示的尺寸為什麼時常不同於原始的或是列印尺寸

列表機解析度是雷射印表機或是噴墨印表機的每英吋中墨點的數目,印表機用墨點來表是一個最小的單位來產生彩色灰階的影像,舉例來說,600dpi的印表機可能只能夠產生每英吋150個像素 (PPI). 因此最好的影像結果與掃描的解析度是成比例的, 可是不同於掃描解析度的是印表機的最大列印解析度是越高越好的.

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什麼是最佳掃描解析度?

解析度越高越好是一種誤解.在掃描圖像並非是解析度越高越好,以高解析度掃描影像,需要更長的時間,更多記憶體和磁碟空間。在選擇設定掃描解析度時,需要考慮掃描的影像類型和列印輸出的方式。印刷時有印刷所用的解析度,用 lpilines per inch,每英吋線數)來度量,它與電子影像的解析度(dpi)是不同的。一個計算最佳解析度的簡易辦法就是用輸出設備所列印的線數(lpi)乘以1.5  2.0。例如,為了讓您掃描的影像適用於以 133 lpi 的雜誌印刷,用 133 乘以 1.5  2.0,得到 199.5  266,在這種情況下,最佳的掃描解析度應該是 200 dpi  266 dpi(取決於對輸出品質的要求)。lpi 的數值,取決於印刷工作所要求的品質。報紙大約用 85 lpi,雜誌大約用 133 lpi 150 lpi,精美的藝術書籍則有可能用高達 200 lpi  300 lpi 的解析度。如果您要在螢幕上顯示影像(例如多媒體的工作),不需要以高於 72 dpi 的解析度掃描,因為螢幕只能顯示大約 72 dpi 的影像品質。使用更高的解析度掃描影像,只會增加影像檔的大小,並不能提高影像在螢幕上顯示的清晰度。但不要忘記,解析度越高,掃描得到的影像檔就越大。例如,對於一幅 8.5 x 11 英吋的標準信紙大小彩色圖片,如果用 75 dpi 的解析度掃描,約需要 1.6 MB,如果解析度增加一倍用 150 dpi 掃描,則檔案大小變成 4    6.3 MB,再進一步用 300 dpi 的解析度掃描,檔案大小將變成約 25.2 MB
您所要做的是在仍能保持良好影像品質的前題下,儘量選擇最低的解析度,使檔案不至於太大。
何時使用高解析度
當您以高階的彩色影像系統處理連續色調的影像時,較高的解析度是非常重要的,這是因為較高的解析度可以明顯改善影像中像素的銳利度和清晰度。
何時使用插值解析度
當掃描黑白影像或者放大較小的原稿時,插值解析度十分有用。對於黑白影像:將解析度設定為輸出設備的解析度。例如,假設您要將黑白影像用 1200 dpi 的網片輸出機輸出,就用 1200 dpi 的插值解析度以得到良好的影像,產生平滑的線條,消除部份鋸齒影響。
在放大較小的原稿時:假定我們用 300 dpi 的解析度掃描 1 x 2 英吋的照片,同時假定最大的光學解析度也是 300 dpi。如果希望得到兩倍於原稿大小的尺寸而不失其細節,則掃描解析度仍定為 300 dpi,而縮放比例設定於 200%,如此而來實際掃描時相當於使用 600 dpi 的插值解析度。此時盡管列印出來的尺寸大了一倍,但影像的銳利度和清晰度仍然可表現的相當好。 
 

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那一種檔案格式是較為適合用來儲存影像的 

通常您都會將掃描進來的影像儲存為影像檔。有數種可使用的影像格式,每一種檔案格式各有其優缺點。為了保留最好的掃描結果,應該熟悉每一種影像格式的優劣之處,並了解它們與影像編輯軟體和輸出設備的相容性。

TIFF : TIFF  Tagged Image File Format 的縮寫,是目前最通用的影像格式之。可適用於不同解析度、不同色彩模式和不同的壓縮方式,並有許多商業軟體支援此格式。

EPS : EPS 
 Encapsulated PostScript 的縮寫,很適合於儲存向量圖,但不適用於儲存黑白影像。當影像要輸出到PostScript 格式的印表機時,它提供較多的控制,所以是應用程式列印時的理想格式。

PSD : Adobe Photoshop 
軟體內建的影像格式。此格式的優點在於用 Photoshop 製做合成影像時所用的 layer mask 都可一起儲存;另外此格式還可儲存 48-bit RGB 彩色影像。

GIF : 用於儲存 256 色或 256 階灰階影像的檔案格式。如果影像是由單純的少數色彩所組成,例如用於網頁上的文字或商標;則 GIF 是一種相當合適的檔案格式。但若為連續色調或是有複雜色彩的影像,則 GIF 並不合適;如皮膚或是在亮部暗部處具有豐富層次的影像。

JPEG : 使用壓縮運算法則來儲存大的彩色或灰階影像的一種檔案格式。JPEG 可以將原始資料壓縮到數十分之一的大小,但由於其屬於一種破壞性壓縮,因此存檔後與原始資料已不相同。JPEG 壓縮是可調整的,越高壓縮比時影像失真程度越大,不過如壓縮比在 10 左右時可能大部份的人無法分辨出其與原先的差別。相較於 GIF,若為連續色調或是有複雜色彩的影像,JPEG 是值得推荐的。

PCX :  Z-Soft 公司為許多繪圖程式而開發出的檔案格式。也適用於儲存掃描進來的影像,廣泛的使用在 PC

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4-bit 掃描器 VS 30-bit 掃描器 VS 36-bit 掃描器

也許你現在已經注意到了,30-bit 掃描器只有輸出24-bit 圖像一個彩色圖像是被三原色-紅色、綠色、藍色所組成的,一個 30-bit 的掃描器,每顏色掃描器會收集10Bit的資料,36Bit的掃描器,掃描器每顏色收集12Bit 就像一些使用者有注意到,24Bit掃描器掃出的影像偏黑 當你強制調整亮度,gamma值,對比,將會漏失掉一些色調值...30bit 36Bit 的掃描器,在30Bit掃描器掃描中資料可能遺漏2Bit 36Bit掃描器可能會遺有 4 bits會遺漏掉,所以一個24Bit的圖片由30Bit36Bit的掃描器產出的圖片會看起來比24Bit掃描器的效果更好

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CIS 光學模組 vs CCD 光學模組

最近的日子中CIS掃描模組以經揭開了代替傳統CCD光學模組的風潮,最明顯的就是CIS尺寸只有CCD20%,較少的零件在CIS中,如此的維修成本也較少外機構的損壞也相對減少了...CIS模組需要較少的電量且較CCD輕, 當然並非CCD不好,只是我們相信CIS是未來的一種趨勢。

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  • Dan
  • 寫得很好,雖然是三年前的文章,不過預設字體小,觀看不方便,得要自己將字體放大