Source–Object–Detector에서 시작되는 영상 정보

X-ray Source에서 발생한 X-ray는 검사 대상물을 통과하면서 위치별로 서로 다른 정도의 감쇠를 받습니다. 재질, 조성, 밀도와 두께가 다른 부분은 서로 다른 투과 세기를 만들며, 대상물 뒤에 배치된 Detector는 이 공간적인 투과 신호 차이를 측정합니다.

따라서 X-ray 영상의 가장 기본적인 정보는 대상물을 통과한 뒤 Detector에 도달한 X-ray 세기의 위치별 차이입니다. 산란선이 Detector에 유입되거나 Source의 스펙트럼, 검사 형상 등이 달라지면 측정 신호와 영상 대비에도 영향을 줄 수 있습니다.

Detector는 X-ray를 디지털 신호로 변환합니다

대표적인 간접변환형 X-ray Detector에서는 Scintillator가 입사한 X-ray 에너지의 일부를 가시광으로 변환하고, Photodiode가 이 빛을 전기적 신호로 변환합니다. 이후 Readout 회로와 A/D Converter를 거쳐 각 Pixel의 신호가 디지털 값으로 출력됩니다.

Detector 방식에 따라 변환 구조는 달라질 수 있습니다. 예를 들어 직접변환형 Detector는 별도의 Scintillator 없이 X-ray에 의해 생성된 전하를 직접 수집합니다. 따라서 X-ray 영상의 형성 원리는 공통적이지만 X-ray를 전기적 신호로 바꾸는 세부 과정은 Detector 기술에 따라 다릅니다.

Line Scan 데이터가 2차원 영상이 되는 과정

X-ray Line Detector는 한 번의 취득에서 Detector 길이 방향의 1차원 Line 데이터를 얻습니다. 대상물이 일정한 속도로 이동하고 Line 취득이 일정한 주기로 수행되면, 각 Line은 이동 방향의 서로 다른 위치에 대응하게 됩니다.

이렇게 연속적으로 취득한 Line 데이터를 이동 순서대로 쌓으면 가로 방향은 Detector의 Pixel 배열, 세로 방향은 대상물의 이동에 따른 시간·위치 정보를 갖는 2차원 X-ray 영상이 형성됩니다. 이동 방향의 공간 샘플링은 Conveyor Speed와 Line Rate의 관계에 영향을 받으므로 두 조건을 함께 설정해야 합니다.

Pixel 값과 영상의 밝기·대비

각 Pixel의 디지털 값은 Detector에 도달한 X-ray 신호와 Detector의 응답을 반영합니다. 일반적으로 대상물에서 감쇠가 크게 일어난 위치와 감쇠가 작은 위치 사이의 신호 차이가 영상 대비의 기초가 됩니다. 하지만 실제 표시 영상에서는 Calibration, Gain/Offset 보정, 정규화와 영상 처리 과정이 적용될 수 있습니다.

또한 화면에서 높은 투과 신호를 밝게 표시할지 어둡게 표시할지는 영상 표시 규칙이나 소프트웨어 설정에 따라 달라질 수 있습니다. 따라서 X-ray 영상에서 특정 영역이 밝거나 어둡다는 사실만으로 물리적 의미를 단정하기보다, 사용 중인 데이터 처리 및 표시 방식을 함께 확인해야 합니다.

영상 품질을 결정하는 주요 요소

최종 X-ray 영상 품질은 투과 대비 하나만으로 결정되지 않습니다. X-ray Source의 에너지와 출력, 대상물의 감쇠 특성, Detector의 Pixel Pitch와 감도, Integration Time, Line Rate, 산란선, 전자적 Noise 등이 함께 영향을 줍니다.

또한 Detector Calibration과 Bad Pixel Correction, 신호 정규화 및 후처리는 균일성과 가시성에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 산업용 검사 시스템에서는 Source, 대상물, Detector, 기구 조건과 데이터 처리 과정을 하나의 시스템으로 함께 최적화해야 합니다.