CN1240948A - 利用层析x－射线照相***获取图像的方法 - Google Patents
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Abstract
一采用层析X－射线照相***并通过对先前获取的截面图像数据进行计算获取图像的方法,其不需将物体移动,或反复在物体上照射。其步骤为:获得物体参考截面图像,获得物体其他截面假想过渡截面图像,得到假想过渡截面图像的中心点。通过合成假想过渡截面图像以便在中心点D聚焦并平均,得到物体另外截面的图像。其可迅速获得物体的多个截面图像,适于医院的CT扫描,印刷电路板,电子元件,和机械零件的检测过程采用。
Description
本发明涉及一种用于无损检测的层析X-射线照相***，具体说涉及在预定的高度极限内获取物体各截面图像的方法。
现已证明，在焊接部位的无损检测领域中层析X-射线照相是非常有用的。例如，在印刷电路板上，很难用肉眼检查焊接部位的状态(以确定该元件是否已经牢固地被焊接固定)。在这种情况下，可以利用层析X-射线照相***获取该物体的截面图像。
用于获取被检测物体的截面图像的层析X-射线照相***如图1所示。
如图1所示，层析X-射线照相***包括XYZ-平台10，扫描X-射线管20，图像放大器30，视图选择器40，和照相机50。被检测物体1放在XYZ一平台10上。扫描X-射线管20将X-射线放射到装载在XYZ-平台10上的物体1上。图像放大器30将穿过物体1的X-射线转换为可视的光线。视图选择器40从在图像放大器30的成像平面上投射出的多个截面图像中选出要求检测的截面的截面图像。照相机50将从视图选择器40接收的图像转换成电信号。
虽然在图中未示出，层析X-射线照相***还可以包括用于移动XYZ-平台的驱动部分，用于控制偏转线圈的控制部分，以及通过计算机与照相机50电连接的显示器，其中偏转线圈用于对从扫描X-射线管20中放射出的X-射线进行偏转。
下面描述层析X-射线照相***的检测过程。
首先，将需要检测的物体1固定装载在XYZ-平台10上。然后，上下左右地往复移动XYZ-平台10，直到物体1的需要检测的截面高度被置于聚焦平面上。
之后，从扫描X-射线管20放射出X-射线，并照射到XYZ-平台10上的物体1上。从扫描X-射线管20的端部放射出的X-射线照射在物体1上，并且在扫描X-射线管20与物体1保持平行关系的同时，X-射线被旋转地照射在物体1上。
照射在物体1上的X-射线穿过物体1并且在图像放大器30的成像平面以过渡图像的形式聚焦。然后，视图选择器40就从这些图像中选出需要的并且将选出的图像传输给照相机50。照相机50将图像发送给显示器，在显示器上将这些图像以一个图像的形式显示。
下面参照图2对获取物体1的截面图像的方法进行更详细的描述。
图2是解释采用如图1所示层析X-射线照相***获取截面图像的基本原理的视图。图2是这个***的关于层析X-射线照相***的中心轴线C截取的截面图。尽管X-射线实际上是在X-射线束旋转平面(2-1)上转动的，而在示意性的截面图图2的描述下，仅示出了中心轴线C和X-射线的两个位置。
当X-射线从X-射线束旋转平面(2-1)的位置RS处放射出来并照射到位于截面平面(2-2)上的物体1时，在图像放大器30的透视成像平面(2-3)上形成过渡图像，即RS(2-4)，其与X-射线束旋转平面(2-1)的位置RS成对角线关系。与上文类似，当X-射线从X-射线束旋转平面(2-1)的位置-RS处放射出来，在图像放大器30的透射成像平面(2-3)上出现物体1过渡图像，即-RS(2-5)，其与X-射线束旋转平面(2-1)的位置-RS成对角线关系。
于是在透视成像平面上形成了关于物体在截面平面(2-2)的中心点(O)的图像RS(2-4)和-RS(2-5)，以使中心点(O)的过渡图像RS(2-4)和-RS(2-5)相互重叠。合成图像RS(2-4)和-RS(2-5)被平均(除以2)，从而得到物体在截面(2-2)的截面图像。
同时，为了获取类似如图2所示的RS和-RS间隔一百八十度(180°)的图像，可以通过下述步骤获得更多相并截面图像，即由从多个角度放射X-射线获取多个过渡图像，再对图像进行合成和平均。这样，物体1在截面(2-2)上的截面图像则清晰地显示出来，同时其它平面(高于或低于截面(2-2))的截面图像就被抹去。
因此，当得到物体在一个截面的截面图像后，如果使用者需要获取物体上相异截面的图像，就需要将物体的另外一个截面再次调整到截面平面，并再一次用X-射线照射物体。如果使用者需要检测分别安装在印刷电路板的上侧和下侧的多个电子元件的焊接状态，例如，他首先将安装在印刷电路板的一侧的电子元件的焊接部分调整到***的截面平面，并获取该焊接部分的截面图像；之后，使用者必须将安装在印刷电路板的另外一侧的电子元件的焊接部分重新调整到***的截面平面，并获取其截面图像。如上所述，为了用传统方法获取相异的截面图像，物体必须经过向上或向下移动而反复被调整到***的截面平面。这意味着繁重的劳动和较常的拍摄时间。而且，为了从各个截面获取截面图像，X-射线必须反复照射过物体。
本发明是针对上述问题提出的，因此本发明的目的是提供一种在预定的高度范围内获取被检测物体的各个截面的截面图像的方法，不需要用X-射线反复照射过物体，也不需要反复向上、向下调整物体，而只需要对先前通过层析X-射线照相***得到的截面图像数据进行计算。
本发明的目的是这样实现的，即提供一种通过层析X-射线照相***获取图像的方法，包括下述步骤：
a)调整被检测物体的截面，以使截面位于层析X-射线照相***的聚焦平面上；
b)从扫描X-射线管生成的X-射线在扫描X-射线管的圆周上的至少两个位置照射物体；
c)通过合成在图像放大器的成像平面上汇聚出的至少两个过渡图像，以便将其关于其中心点彼此重叠，并对合成图像进行平均，从而获得参考截面平面的截面图像；
d)通过构造图线，获得关于参考截面平面的预定高度范围内的上侧和下侧平面的假想过渡图像，通过构造图线，获得假想过渡图像的中心点D；和
e)通过在重叠假想过渡图像的中心点D的同时，合成假想过渡图像，并且平均合成的假想过渡图像，从而得到物体在预定高度上的一截面在新截面平面上的新截面图像。
此处，中心点D是从中心距离Ri和距离dRi的和获得的，其中Ri即是与参考截面平面对应的过渡图像的中心距离，而dRi则是与物体的截面平面的高度变化相对应的距离放大，也即中心点D可以从公式Ti+dRi得到，其中Ri可以由公式-Rs×Hi/Ho得到，并且dRi可以由公式-Rs(Hi+dH)/(Ho-dH)-Ri得到。
上述公式中的‘Rs’，‘Ho’，和‘Hi’是层析X-射线照相***的光学***的输入值，更具体说，‘Rs’是在X-射线旋转平面上X-射线放射位置的距离，‘Ho’是从X-射线旋转平面到截面平面的距离，‘Hi’是从截面平面到透视成像平面的距离。而且，‘dH’是从参考截面平面到新截面平面的高度。
本发明还包括下列步骤，f)调整假想过渡图像的尺寸R2，使其与在步骤d)后得到的参考截面图像的尺寸相等。此处，可以通过公式R2＝R1×(Ho-dH)/Ho得到。
由此，一旦获得了在预定范围内的截面的截面图像，则其上、下截面的其它截面图像可以通过计算获得，因此不需要移动物体，或反复用射线照射过物体。结果，检测过程可以方便地高速地进行。
通过下述参照附图对优选实施例的描述，可以使本发明的上述目的和优点更为明显。附图中：
图1是传统层析X-射线照相***的透视图；
图2是解释采用如图1所示***获取截面图像的基本原理的视图；
图3是解释根据本发明获取截面图像的方法的视图；
图4是解释利用根据本发明的方法获取截面图像的最大极限的视图。
如上文所述，在传统技术中为了获取被检测物体的截面图像，必须获取该物体的截面平面的图像中心。随后，获取了关于图像中心的两个图像(当X-射线从X射线束旋转平面的两个位置上放射出时，会出现上述情况；但是，X-射线也可以从不同数目的位置上放射出)，并对这两个图像进行合成和平均。
根据本发明之获取截面图像的基本原理，在从如图3所示的构造图线获取了物体的于预定高度的一截面在截面平面的假想过渡截面图像之后，通过获取过渡图像的新中心D，从而从先前获得的截面图像获得在物体预定高度的其它截面的新截面图像，这样不必移动物体，也不必再用X-射线照射物体。
下面参照图3更详细地描述上述过程。
如图3所示，截面平面(2-2)的图像中心是点‘E’，该点与X-射线束旋转平面(2-1)的中心C的距离为‘Ri’，其中截面平面(2-2)与X-射线束旋转平面(2-1)的距离为‘Ho’。类似的，需要得到的截面平面B的图像中心点是D，该点与X-射线束旋转平面(2-1)的中心C的距离为‘Ri+dRi’，其中截面平面B与X-射线束旋转平面(2-1)的距离为‘Ho-dH’。由此，当透视成像平面(2-3)的左边和右边的图像关于D点(该点与X-射线束旋转平面(2-1)的中心C的距离为‘Ri+dRi’)合成并平均时，就获得了物体的另一个截面的截面图像。
下面详细描述用于获得新的图像中心点D的方法。
在图3中，Ho∶Hi＝-Rs∶Ri (1)
从公式(1)，令m＝Hi/Ho，由于三角形ABO和OCD是相似的，公式(1)可以写成如下形式：
(Ho-dH)∶(Hi+dH)＝-Rs∶(Ri+dRi)。
关于dRi重新整理公式，得：
dRi＝-Rs(Hi+dH)/(Ho-dH)-Ri，
并且将m代入公式，得
dRi＝-Rs[(Hi+dH)/(Ho-dH)-m] (2)
如图3所示，‘D’距中心C的距离等于Ri+dRi，因此‘Ri’可以从公式1得到，并且当将下面提到的四个值代入公式(2)时，就可得到‘dRi’的值。
上述公式中的‘Rs’，‘Ho’，和‘Hi’是层析X-射线照相***的光学***的输入值，其中，‘Rs’是在X-射线旋转平面(2-1)上X-射线放射位置的距离，‘Ho’是从X-射线旋转平面(2-1)到截面平面(2-2)的距离，‘Hi’是从截面平面(2-2)到透视成像平面(2-3)的距离。‘dH’是从参考截面平面(2-2)到物体新截面平面B的高度。此外，‘Ri’是从X-射线旋转平面(2-1)中心C到参考截面平面(2-2)的过渡图像的图像中心E的距离，‘dRi’是从过渡图像的中心E到新中心D的距离，该值是关于截面平面的变化的高度而被放大的。
一旦从上述公式中得到过渡图像的中心‘D’，则通过将左侧和右侧的过渡图像关于新图像中心‘D’合成并平均，即可得到预定高度上的新截面图像。
而且，如图3所示，在参考截面平面(2-2)上的图像的图像比例是(Hi+Ho)/Ho，同时与参考截面平面(2-2)相距‘dH’的物体的截面平面B的图像则以下述比例投射到透视成像平面(2-3)上：
在dH的图像比例＝(Hi+Ho)/(Ho-dH)
由于dH＞0，所以投射图像(过渡图像)的尺寸将大于参考截面平面(2-2)的过渡图像的尺寸。因此，通过下述公式，可以使与参考截面平面(2-2)离开该距离的截面平面B的过渡图像的图像比例与参考截面平面(2-2)的过渡图像的比例一致。
R2＝R1×(Ho-dH)/Ho (3)
其中，公式(3)中的R1是参考截面平面(2-2)的过渡图像的尺寸，Ho是X-射线旋转平面(2-1)到参考截面平面(2-2)的距离，dH是新截面B到参考截面平面(2-2)的高度，而使用者需要获取的是截面B的截面图像。
通过将新截面的截面图像的图像比例调整并统一到先前得到的截面图像(上述参考截面平面的过渡图像)的图像比例上，物体的两个不同截面可以进行充分比较。
同时，上述方法不能获得物体的所有截面的截面图像。就是说，当通过对参考截面平面获得的截面图像数据进行计算而获得参考截面平面上侧和下侧的截面的截面图像时，存在着高度极限。
为从公式(2)中解出dH，
dH×(-Rs)+Hi(-Rs)＝Ho(Ri+dRi)-dH(Ri+dRi)
dH(-Rs+Ri+dRi)＝Ho(Ri+dRi)-Hi×(-Rs)
dH＝[Ho(Ri+dRi)-Hi×(-Rs)]/(-Rs+Ri+dRi)
参考上述公式和图4，当‘dH’为正值(+)的最大值时，‘dRi’是一个正值，与照相机视野的一半对应。当‘dH’为负值(-)的最大值时，‘dRi’是一个负值，与照相机视野的一半对应。通过这种方法，使用者可以对可通过合成参考截面图像得到物体的各截面图像的极限进行估计，由此不必进行试验，同时避免了误差。
如上所述，根据本发明中的用于获得物体截面图像的方法，在通过传统方法获得参考截面平面图像之后，通过对参考截面平面图像的数据进行计算，可以迅速精确地获得物体预定高度极限内其它截面的图像。因此，被检测的物体不必反复移动和调整，并且X-射线也不必反复照射物体。
根据本发明，在预定截面获得了参考截面图像后，不必移动物体，也不必反复用X-射线照射物体，就可获得在预定的上侧下侧高度极限内的截面图像。因此，检测工作就变得简单，并且暴露在射线下的可能也减少。
尽管结合优选实施例对本发明进行了详细描述，本领域技术人员应该理解的是，在不超出所附权利要求限定的精神和范围下，可以对本发明的形式和细节作各种修改。
Claims (2)
1.一种通过层析X-射线照相***获取图像的方法，包括下列步骤：
a)调整被检测物体的一截面，以使该截面位于层析X-射线照相***的聚焦平面上；
b)从扫描X-射线管生成的X-射线在扫描X-射线管的圆周上的至少两个位置照射物体；
c)通过合成在图像放大器的成像平面上会聚出的至少两个过渡图像，而将其关于其中心点彼此重叠，并对合成图像进行平均，从而获得参考截面平面的截面图像；
d)通过构造图线，获得关于参考截面平面的预定高度范围内的上侧和下侧截面的假想过渡图像，通过构造图线，获得假想过渡图像的中心点D；和
e)通过在重叠假想过渡图像的中心点D的同时，合成假想过渡图像，并且平均合成的假想过渡图像，从而得到物体在预定高度上一截面在新截面平面上的新截面图像，
Ri＝-Rs×Hi/Ho (1)
dRi＝-Rs(Hi+dH)/(Ho-dH)-Ri (2)
D＝Ri+dRi (3)
其中，Rs是在X-射线旋转平面上的X-射线放射位置的距离，Ho是从X-射线旋转平面到参考截面平面的距离，Hi是从参考截面平面到透视成像平面的距离；dH是从参考截面平面到物体新截面平面的高度；Ri是从X-射线旋转平面中心到参考截面平面的过渡图像的图像中心的距离，dRi是从过渡图像的图像中心到新图像中心的距离，该值是关于参考截面平面的变化的高度而被放大的。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤f)，通过下述公式(4)调整假想过渡图像的尺寸R2，使其与在步骤d)后得到的参考截面图像的尺寸相等，公式(4)为
R2＝R1×(Ho-dH)/Ho (4)
其中R1是参考截面平面的过渡图像的尺寸，Ho是X-射线旋转平面到参考截面平面的距离，dH是新截面B到参考截面平面的高度。
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