CN116892893A - 工业ct锥束中心投影点量测方法及存储介质 - Google Patents

工业ct锥束中心投影点量测方法及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工业CT锥束中心投影点量测方法，包括以下步骤：将模版放置于射线源与平面探测器之间，使模板与锥束中心线相交且垂直于锥束中心线；沿着锥束中心线方向移动模板到第一位置，移动时保证模板两端始终能在平面探测器上测量到，且移动过程中锥束中心线两侧模板的长度保持不变，测量出模板两端位置坐标，设为、；基于上述条件，再移动模板一次，达到第二位置，测量出一组新坐标，设为、；计算获得锥束中心线X轴坐标；本发明提供一种基于“一”字模板的中心投影点测量方法，即可计算出中心投影点。本发明提供的量测方法实施便捷，成本较低，非常容易推广实施。

Description

工业CT锥束中心投影点量测方法及存储介质
技术领域
本发明涉及工业CT领域，特别是涉及一种工业CT锥束中心投影点量测方法。
背景技术
CT是一种计算机X线断层技术简称，CT的工作原理是：根据被扫描物体对X线吸收的不同，应用高灵敏度换能器进行数据采集，由计算机进行图像重建被扫描物体断面层或三维立体图像，从而发现被扫描物体内的细小不同。
工业CT（industrial computerized tomography）是指应用于工业中的核成像技术。其基本原理是依据辐射在被检测物体中的减弱和吸收特性。同物质对辐射的吸收本领与物质性质有关。所以，利用放射性核素或其他辐射源发射出的、具有一定能量和强度的X射线或γ射线，在被检测物体中的衰减规律及分布情况，就有可能由探测器陈列获得物体内部的详细信息，最后用计算机信息处理和图像重建技术，以图像形式显示出来。
现有技术对于工业CT锥束中心投影点量测需要复杂集合探测板情况，一般采样尽量简单的探测板，如4点正方形探测板。由于4点探测板采集到的数据不如复杂探测板多，因此计算误差较大。对于涉及到的几何关系复杂情况，一般假设一些变量为理想值或者在可接受误差内，如探测板的偏角，通过人工预设可以控制在一个可接受范围内（如0.1度），可以简化几何关系，但是也会导致其它变量的计算误差。对于特定参数的计算需要假设其他参数为理想值。
以由4个点组成的正方形高精度模型为例，目前锥束CT***参数是基于标准模型计算得到，即先确定一个标准模型，通过模型在不同位置的投影，利用几何关系计算锥束CT***参数，如射线源坐标、探测板偏角等。目前通过标准探测板投影计算锥束CT***参数的方法存在以下问题：
1、需要复杂的标准探测板与初始位置：为了适应对锥束CT***所有参数的计算，需要的探测板比较复杂，一般采用带4点或更多点的探测板。
2、涉及到的几何关系复杂：由于探测板复杂，涉及到的几何关系复杂，需要复杂的几何变换和计算。
3、即使只需要计算特定参数，按照目前方法也会存在1、2两个问题。
中国专利CN201820980783.8一种桌面型工业CT锥束CT机械***传动装置，它包括底座，底座的上端中部固定安装有置物台，底座的上端左右两侧分别固定连接有立柱A和立柱B，立柱A和立柱B通过支撑板固定连接，支撑板的下端固定安装有液压缸，液压缸的活塞杆下端固定连接有连杆，连杆的下端固定连接有连接板，连接板下端中部设置有凹槽，凹槽左侧通过轴承座安装有电机，电机的输出轴通过联轴器连接有蜗杆，蜗杆通过蜗杆支撑座与凹槽固定连接，蜗杆一侧啮合有蜗轮，蜗轮安装于旋转轴的上端，旋转轴的下端固定连接有旋转臂，旋转臂的下部左右两侧分别固定安装有X射线发射器和平板探测器。该方案提供了一种通过复杂结构进行工业CT锥束定位的方案，该方案成本较高也不利于推广使用。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明要解决的技术问题是提供一种仅通过两点量测就能准确计算获得工业CT锥束中心投影点的量测方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的工业CT锥束中心投影点量测方法，包括以下步骤：
S1，定义平面探测器的长宽作为X轴向与Y轴向，将模板放置于射线源与平面探测器之间，使模板与锥束中心线相交且垂直，并与X轴平行；
S2，沿着锥束中心线方向移动模板到第一位置，移动时保证模板两端始终能在平面探测器上测量到，且移动过程中锥束中心线两侧模板的长度保持不变，测量出模板两端的X轴坐标，设为、/>；
进一步说明，在实际操作中是通过计算机控制载物台沿着垂直于探测板的轨道移动，因此该条件，易实施；
S3，基于上述条件，再移动模板一次，达到第二位置，测量出一组新坐标，设为、/>；
S4，计算获得锥束中心线X轴坐标。进一步的说明，测量的是本发明描述的坐标系下的“中心投影点”的X轴坐标。在工业CT扫描中，需要根据“中心投影点”的X轴坐标计算载物台旋转中心与锥束中心线的距离，而Y轴坐标不需要精确测量。
可选择的，进一步改进所述的工业CT锥束中心投影点量测方法，实施步骤S4时，采用下述公式计算；/> （4）。
本发明所提供第一种计算方案是利用上述公式（4），该第一种/>计算方案相对第二种/>计算方案计算过程简单，能够快速获得结果，但该第一种/>计算方案计算结果的精度不如第二种/>计算方案。
可选择的，进一步改进所述的工业CT锥束中心投影点量测方法，实施步骤S4时采用以下子步骤计算；
S4，包括以下子步骤；
S4.1,重复执行M次步骤S3，得到M组坐标；
对于任意一组坐标，满足如下关系：
设：/>，/>得到：/>，分别是锥束中心线两侧模板的长度，即/>是常数，当/>取得正确值时，/>与满足线性关系；
对于当取得正确值时，/>与/>满足线性关系，进一步说明如下；
“中心线”是一条存在的线，指的是从射线源发出，与探测板垂直相交的这条线，本发明求此交点的坐标（只需要求X轴坐标）。
从射线源发出的是一束射线，以射线源为顶点，呈圆锥状，所以在上述步骤S4.1所描述中，定义的与/>都是变量，/>是一个未知常量，涉及到的公式成立的前提为/>是中心线与探测板交点的X轴坐标；而在/>是常数的前提下，/>与/>满足线性关系；
S4.2,从S4.1中的M组坐标中选择范围最大的一组坐标作为查找区间，将查找区间均分为N段，得到N+1个待选值；
S4.3,遍历N+1个待选值，对于任意一个待选值，代入S4.1的公式：/>，；
因有M组，所以能够得到M组/>坐标，对这M组/>坐标进行最小二乘法线性拟合并计算拟合损失；
S4.4,基于S4.3得到的N+1个拟合损失，从这N+1个拟合损失中得到最小的两个拟合损失对应的与/>，/>对应的损失最小；
S4.5,如果满足精度要求则停止查找，/>即为最终结果；如果/>不满足精度要求则跳至S4.2并将查找区间替换为/>后继续往下执行。需要说明的是，上述精度要求是指定的，根据使用的容忍度决定。
本发明所提供第二种计算方案利用上述步骤S4.1~S4.5本质上是在推导出/>与/>满足线性关系条件下，通过统计多组数据，然后线性拟合的方法去查找/>，而非直接计算；这也是与第一种/>计算方案公式（4）的根本不同点。
该第二种计算方案相对第一种/>计算方案需要参数多，计算过程复杂，但该第二种/>计算方案计算结果的精度高于第一种/>计算方案。
可选择的，进一步改进所述的工业CT锥束中心投影点量测方法，所述模板是长条形或长棍形。
可选择的，进一步改进所述的工业CT锥束中心投影点量测方法，所述模板长宽比大于等于10。
本发明提供一种计算机可读存储介质，其内部存储有一计算机程序，所述程序被执行时，用于实现上述任意一项所述CT锥束中心投影点量测方法中的步骤。
本发明提供一种基于“一”字模板的中心投影点测量方法，通过“一”字模板在平面探测器上的投影点，仅需要两次测量即可计算出中心投影点。本发明提供的量测方法实施便捷，仅需要通过“一”字模板即可以实现精准量测，成本较低，非常容易推广实施。
附图说明
本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明流程示意图。
图2是本发明射线关系示意图。
图3是本发明立***置示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。应当理解的是，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。不同的是，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。在全部附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。如在这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意组合和所有组合。
第一实施例；
参考图1结合图2、图3所示，本发明提供一种工业CT锥束中心投影点量测方法，包括以下步骤：
S1，定义平面探测器的长宽作为X轴向与Y轴向，将模板放置于射线源与平面探测器之间，使模板与锥束中心线相交且垂直，并与X轴平行；
S2,沿着锥束中心线方向移动模板到第一位置，移动时保证模板两端始终能在平面探测器上测量到，且移动过程中锥束中心线两侧模板的长度保持不变，测量出模板两端的X轴坐标，设为、/>；
S3，基于上述条件，再移动模板一次，达到第二位置，测量出一组新坐标，设为、/>；
S4，计算获得锥束中心线X轴坐标；/>，由公式(1)和公式(2)可得到公式(3)：；/>分别是模板在锥束中心线两侧的长度，/>是射线源，/>与/>是射线源到模板与锥束中心线交点的长度，/>是射线源到平面探测器与锥束中心线交点的长度；解得公式(4)：/> （4）。
第二实施例；
参考图1结合图2、图3所示，本发明提供一种工业CT锥束中心投影点量测方法，包括以下步骤：
S1，定义平面探测器的长宽作为X轴向与Y轴向，将模板放置于射线源与平面探测器之间，使模板与锥束中心线相交且垂直，并与X轴平行；
S2,沿着锥束中心线方向移动模板到第一位置，移动时保证模板两端始终能在平面探测器上测量到，且移动过程中锥束中心线两侧模板的长度保持不变，测量出模板两端的X轴坐标，设为、/>；
S3，基于上述条件，移动模板一次，达到第二位置，测量出一组新坐标，设为、；
S4，包括以下子步骤；
S4.1, 重复执行M次步骤S3，得到M组坐标；
对于任意一组坐标，满足如下关系：
设：/>，/>可得到：/>；分别是锥束中心线两侧模板的长度，即/>是常数，当/>取得正确值时，/>与满足线性关系；
S4.2,从S4.1中的M组坐标中选择范围最大的一组坐标作为查找区间，将查找区间均分为N段，得到N+1个待选值；
S4.3,遍历N+1个待选值，对于任意一个待选值，代入S4.1的公式：，/>；因有M组/>，所以能够得到M组/>坐标，对这M组/>坐标进行最小二乘法线性拟合并计算拟合损失；
S4.4,基于S4.3得到的N+1个拟合损失，从这N+1个拟合损失中得到最小的两个拟合损失对应的与/>，/>对应的损失最小；
S4.5,如果满足精度要求则停止查找，/>即为最终结果；如果/>不满足精度要求则跳至S4.2并将查找区间替换为/>后继续往下执行。
第三实施例；
本发明提供一种计算机可读存储介质，其内部存储有一计算机程序，所述程序被执行时，用于实现上述第一实施例或第二实施例所述CT锥束中心投影点量测方法中的步骤。
所述计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括非暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
除非另有定义，否则这里所使用的全部术语（包括技术术语和科学术语）都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种工业CT锥束中心投影点量测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，定义平面探测器的长宽作为X轴向与Y轴向，将模板放置于射线源与平面探测器之间，使模板与锥束中心线相交且垂直，并与X轴平行；
S2，沿着锥束中心线方向移动模板到第一位置，移动时保证模板两端始终能在平面探测器上测量到，且移动过程中锥束中心线两侧模板的长度保持不变，测量出模板两端的X轴坐标，设为、/>；
S3，基于上述条件，再移动模板一次，达到第二位置，测量出一组新坐标，设为、；
S4，计算获得锥束中心线X轴坐标。
2.如权利要求1所述的工业CT锥束中心投影点量测方法，其特征在于，实施步骤S4时，采用下述公式计算；
（4）。
3.如权利要求1所述的工业CT锥束中心投影点量测方法，其特征在于，实施步骤S4时采用以下子步骤计算；
S4.1，重复执行M次步骤S3，得到M组坐标；
对于任意一组坐标，满足如下关系：
设：
，/>得到：
，/>分别是锥束中心线两侧模板的长度，即/>是常数；当取得正确值时，/>与/>满足线性关系；
S4.2，从S4.1中的M组坐标中选择范围最大的一组坐标作为查找区间，将查找区间均分为N段，得到N+1个待选值；
S4.3,遍历N+1个待选值，对于任意一个待选值，代入S4.1的公式：/>，得到M组/>坐标，对这M组/>坐标进行最小二乘法线性拟合并计算拟合损失；
S4.4,基于S4.3得到的N+1个拟合损失，从这N+1个拟合损失中得到最小的两个拟合损失对应的与/>，/>对应的损失最小；
S4.5,如果满足精度要求则停止查找，/>即为最终结果；如果/>不满足精度要求则跳至S4.2并将查找区间替换为/>后继续往下执行。
4.如权利要求1所述的工业CT锥束中心投影点量测方法，其特征在于：所述模板是长条形或长棍形探测板。
5.如权利要求1所述的工业CT锥束中心投影点量测方法，其特征在于：所述模板长宽比大于等于10。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于：其内部存储有一计算机程序，所述程序被执行时，用于实现权利要求1-5任意一项所述CT锥束中心投影点量测方法中的步骤。
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杨民;刘静华;李保磊;吴文晋;王钢;: "三维显微CT扫描***的X射线源焦点投影坐标测量方法", 光学学报, no. 05 *
韩玉;闫镔;李磊;李永丽;李建新;: "一种迭代的锥束CT螺旋轨迹几何参数标定算法", 仪器仪表学报, no. 07 *

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