KR20160056194A - 다층 구조 평판형 x선 검출기 및 이를 이용한 다중에너지 x선 영상구현방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일정 에너지 레벨의 X선으로부터 둘 이상의 서로 다른 에너지 레벨의 X선 영상신호를 동시에 획득할 수 있는 X선 검출기 그리고 상기 X선 검출기를 이용하여 원하는 신체조직이 강조된 고품질의 X선 영상을 구현할 수 있는 X선 영상구현방법에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명은 X선의 진행방향을 따라 배치되고, 각각 상기 X선을 검출하여 X선 영상신호를 생성하는 제 1 및 제 2 X선 검출부; 상기 제 1 및 제 2 X선 검출부 사이에 개재되어 두 에너지의 차이를 증가시킬 목적의 필터를 포함하는 X선 검출기를 제공한다.
또한 본 발명은 상기의 X선 검출기를 이용한 X선 영상구현방법으로서, (a) X선이 조사되고 상기 제 1 및 제 2 X선 검출부가 각각 에너지 레벨이 상이한 제 1 및 제 2 X선 영상신호를 생성하는 단계; (b) 상기 제 1 및 제 2 X선 영상신호 중 어느 하나에 가중치를 적용하는 단계; (c) 상기 제 1 및 제 2 X선 영상신호의 차분영상을 획득하는 단계를 포함하는 X선 영상구현방법을 제공한다.
구체적으로 본 발명은 X선의 진행방향을 따라 배치되고, 각각 상기 X선을 검출하여 X선 영상신호를 생성하는 제 1 및 제 2 X선 검출부; 상기 제 1 및 제 2 X선 검출부 사이에 개재되어 두 에너지의 차이를 증가시킬 목적의 필터를 포함하는 X선 검출기를 제공한다.
또한 본 발명은 상기의 X선 검출기를 이용한 X선 영상구현방법으로서, (a) X선이 조사되고 상기 제 1 및 제 2 X선 검출부가 각각 에너지 레벨이 상이한 제 1 및 제 2 X선 영상신호를 생성하는 단계; (b) 상기 제 1 및 제 2 X선 영상신호 중 어느 하나에 가중치를 적용하는 단계; (c) 상기 제 1 및 제 2 X선 영상신호의 차분영상을 획득하는 단계를 포함하는 X선 영상구현방법을 제공한다.
Description
본 발명은 X선 검출기(X-ray detector) 및 이를 이용한 X선 영상구현방법(X-ray image implementation method)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 일정 에너지 레벨의 X선으로부터 둘 이상의 서로 다른 에너지 레벨의 X선 영상신호를 동시에 획득할 수 있는 X선 검출기 그리고 상기 X선 검출기를 이용하여 원하는 신체조직이 강조된 고품질의 X선 영상을 구현할 수 있는 X선 영상구현방법에 관한 것이다.
X선은 물체를 투과하는 과정 중에 콤프턴산란(compton scattering), 광전효과(photoelectric effect) 등 X선의 에너지 및 물질종류에 따른 일정한 감쇄(attenuation) 현상을 수반한다.
X선 촬영은 이와 같은 감쇄현상을 이용하여 촬영대상의 내부구조를 평면에 투영 표시하는 방사선사진법(radiography)으로서, X선 발생기에서 X선을 발생시켜 촬영대상에 조사하고, 촬영대상을 투과한 X선을 X선 검출기로 검출하여 위치별 X선의 세기를 그레이 스케일(gray scale)로 표시한다.
촬영대상을 환자로 가정하면, X선 검출기에서 검출되는 X선의 세기는 X선 에너지 및 X선의 진행경로 상에 놓인 신체조직의 구성물질의 특성(원자번호 및 밀도 등) 등에 따른 X선 감쇄계수의 영향을 받는다. 일례로, 인체 내 공기, 지방, 물, 뼈의 밀도는 0.00129, 0.91, 1.00, 1.85 g/cm의 순서인 동시에 평균 원자번호 역시 같은 순서로 증가하므로 X선의 감쇄계수는 공기, 지방, 물, 뼈의 순서로 증가하고, X선 검출기에서 검출된 X선의 세기는 해당 순서에 따라 감소한다.
한편, 이 같은 감쇄현상의 X선 에너지 의존성으로 인해 원하는 진단영상을 얻기 위한 X선의 에너지 레벨은 신체조직에 따라 상이할 수 있다.
예를 들면, 피부와 같은 연조직의 진단영상을 위해서는 상대적으로 낮은 X선 에너지 레벨이 적합하고, 뼈나 치아와 같은 경조직의 진단영상을 위해서는 상대적으로 높은 에너지 레벨의 X선이 적합하다.
하지만, 인체 내에는 연조직과 경조직이 복합적으로 분포하므로 일정 에너지 레벨의 X선으로 얻어진 진단영상의 품질에는 명확한 한계가 존재한다.
도 1은 연조직과 경조직이 복합적으로 분포된 촬영대상의 간단한 단면 모식도로서, X선 진행경로 상에 촬영대상의 연조직인 피부(S)와 경조직인 뼈(B)가 함께 존재한다. 때문에 X선 검출기(10)에서 검출된 X선에는 피부(S)와 뼈(B)의 X선 감쇄계수가 각각의 두께에 비례해서 복합적으로 반영된다.
이를 수식으로 표현하면 아래와 같다.
* I는 X선 검출기에서 검출된 X선 강도
* Io는 X선 발생기에서 발생된 X선 강도
* 
,
는 각각 뼈(B)와 피부(S)의 X선 감쇄계수
*
, 
는 각각 뼈(B)와 피부(S)의 두께)
따라서 일정 에너지 레벨의 X선으로는 특정 신체조직(예, 병변)을 강조하는 고품질의 진단영상을 얻기 어렵다. 이에 따라 서로 다른 에너지 레벨의 X선을 사용하여 이중 또는 복수 회 촬영한 후 적절한 연산과정을 통해 특정 신체조직을 강조한 영상을 얻을 수도 있다. 하지만 이 경우 X선 촬영 간 시차가 존재하여 장기 또는 촬영대상의 움직임으로 인한 모션 아티팩트(motion artifact)가 발생하며, 촬영시간과 촬영비용의 증가는 물론 촬영대상에 대한 피폭량이 증가할 수도 있다.
본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 안출된 것으로서, 촬영대상에 조사된 일정 에너지 레벨의 X선으로부터 둘 이상의 서로 다른 에너지 레벨의 X선 영상신호를 일회 촬영으로 동시에 획득할 수 있는 X선 검출기를 제공하는데 그 목적이 있다.
아울러 본 발명은 상기의 X선 검출기로 얻어진 둘 이상의 서로 다른 에너지 레벨의 X선 영상신호를 이용하여 원하는 신체조직이 강조된 고품질의 X선 영상을 구현할 수 있는 구체적인 방도를 제시하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, X선의 진행방향을 따라 배치되고 각각 상기 X선을 검출하여 X선 영상신호를 생성하는 제 1 및 제 2 X선 검출부; 상기 제 1 및 2 X선 검출부에서 각각 검출되는 X선 에너지의 차이를 증가시키기 위해 상기 제 1 및 제 2 X선 검출부 사이에 개재되는 필터를 포함하는 X선 검출기를 제공한다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 X선 검출부는 직접변환방식 또는 간접변환방식의 플랫 패널인 것을 특징으로 하고, 상기 필터는 금속 또는 비금속의 박막 또는 그리드인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 X선의 진행방향을 따라 나란히 배치되어 상기 X선을 각각 검출하는 제 1 및 제 2 X선 검출부, 상기 제 1 및 2 X선 검출부에서 각각 검출되는 X선 에너지의 차이를 증가시키기 위해 상기 제 1 및 제 2 X선 검출부 사이에 개재되는 필터를 포함하는 X선 검출기를 이용한 X선 영상구현방법으로서, (a) X선이 조사되고 상기 제 1 및 제 2 X선 검출부가 각각 에너지 레벨이 상이한 제 1 및 제 2 X선 영상신호를 생성하는 단계; (b) 상기 제 1 및 제 2 X선 영상신호 중 어느 하나에 가중치를 적용하는 단계; (c) 상기 제 1 및 제 2 X선 영상신호의 차분영상을 획득하는 단계를 포함하는 X선 영상구현방법을 제공한다.
이때, 상기 (b) 단계는, 상기 제 1 및 제 2 X선 영상신호의 동일 조직에 대한 컨트라스트가 최소가 되도록 상기 가중치를 적용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 X선 검출기는 일정 에너지 레벨의 X선으로부터 둘 이상의 서로 다른 에너지 레벨의 X선 영상신호를 동시에 획득할 수 있다. 따라서 장기 또는 촬영대상의 움직임으로 인한 모션 아티팩트, 촬영시간과 촬영비용의 증가, 촬영대상에 대한 피폭량이 증가 없이도 1회의 X선 촬영으로 목적하는 에너지 레벨의 X선 영상신호를 동시에 획득할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 X선 검출기는 X선 검출부와 필터의 수량, 두께, 재질을 조절하여 원하는 에너지 레벨의 X선 영상신호를 획득할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 X선 영상구현방법은 둘 이상의 서로 다른 X선 영상신호를 이용하여 원하는 신체조직이 강조된 고품질의 X선 영상을 구현할 수 있다. 따라서 1회의 X선 촬영으로도 사용자가 원하는 신체조직에 대한 고품질의 X선 영상을 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 X선 촬영방법을 나타낸 모식도.
도 2는 본 발명에 따른 X선 검출기의 모식도.
도 3은 본 발명에 따른 X선 검출기의 일례를 나타낸 모식도.
도 4 내지 도 6는 각각 본 발명에 따른 X선 검출기의 여러 가지 예시도.
도 7은 본 발명에 따른 X선 영상구현방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 X선 검출기의 모식도.
도 3은 본 발명에 따른 X선 검출기의 일례를 나타낸 모식도.
도 4 내지 도 6는 각각 본 발명에 따른 X선 검출기의 여러 가지 예시도.
도 7은 본 발명에 따른 X선 영상구현방법을 나타낸 순서도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일례를 상세히 살펴본다.
첨부된 도 2는 본 발명에 따른 X선 검출기(20)의 모식도이다.
보이는 것처럼, 본 발명에 따른 X선 검출기(20)는 X선의 진행경로를 따라 배치된 n(단, n은 2 이상의 정수, 이하 동일하다.)개의 X선 검출부(22,32) 그리고 바람직하게는 n개의 X선 검출부 사이에 적절히 개재된 필터(42)를 포함한다.
X선 검출부(22,32)는 X선을 각각 검출하는 단위 검출장치로서 조사면으로 입사되는 X선의 위치별 세기에 따라 X선 영상신호를 생성한다.
이를 위한 X선 검출부(22,32)는 각각 X선에 감응하는 복수의 X선 센서가 2차원 평면을 따라 매트릭스 형태로 배열된 플랫 패널(flat panel) 검출기일 수 있다. 세부적으로 X선 검출부(22,32)는 CdTe, CdZnTe, GaAs, Se, PBI2 등의 반도체 재질의 광전물질(photoconductors)을 이용해서 X선을 직접 전기신호로 변환 및 검출하는 직접변환방식(direct conversion method) 또는 GADOX, CsI(Tl) 등의 섬광체를 이용해서 X선을 가시광선으로 변환한 후 광소자를 통해 전기적 신호로 변환하는 간접변환방식(indirect conversion method)을 채택할 수 있다.
필터(42)는 X선 검출부(22,32) 사이에 개재되어 각 X선 검출부에서 측정되는 X선의 평균 에너지의 차이를 증가시킨다.
이를 위한 필터(42)는 소정의 X선 투과율을 나타내는 금속 또는 비금속 재질의 박막(thin film)이나 그리드(grid)일 수 있고, 필터(42)의 X선 투과율은 그 재질 내지는 형태에 따라 결정된다. 그리고 필터(42)는 X선의 진행방향에 대해 선 후단에 존재하는 적어도 하나의 X선 검출부(22,32)에 일체로 형성되거나 별도로 개재될 수 있고, n-1개 이하의 수로 n개의 X선 검출부(22,32) 사이에 적절히 배치된다.
참고로, 본 발명에 따른 X선 검출기(20)에 포함되는 X선 검출부(22,32)의 수량은 X선 영상에서 강조하고자 하는 촬영대상 내부의 신체조직 종류 및 수량 내지는 목적에 따라 조절될 수 있다.
그 결과 본 발명에 따른 X선 검출기(20)는 X선을 각각 검출하는 n개의 X선 검출부(22,32)가 필터(42)를 사이에 두고 X선의 진행방향을 따라 순차적으로 배치된 형태를 나타낸다. 따라서 X선은 n개의 X선 검출부(22,32)를 차례로 투과하면서 그 사이의 필터(42)에 의한 선속경화(beam hardening)에 의해 더욱 감쇄되고, 이로써 n개의 X선 검출부(22,32)는 에너지 레벨이 서로 상이한 X선을 각각 검출한다.
따라서 본 발명에 따른 X선 검출기(20)는 일정 에너지 레벨의 X선으로부터 서로 다른 2 이상 에너지 레벨의 X선 영상신호를 동시에 검출할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 X선 검출기의 일례로 X선 검출부(22,32)가 2개인 경우를 나타낸 모식도로서, 제 1 및 제 2 X선 검출부(22,32)에서 각각 검출되는 X선의 에너지 스펙트럼을 함께 나타내었다.
보이는 것처럼, 본 발명에 따른 X선 검출기는 제 1 X선 검출부(22)에서 검출되는 X선의 평균 에너지 레벨과 제 2 X선 검출부(32)에서 검출되는 X선의 평균 에너지 레벨이 서로 상이한 것을 확인할 수 있다.
이때, 제 2 X선 검출부(32), 즉 임의의 X선 검출부에서 검출되는 X선의 에너지 레벨은 제 1 X선 검출부(22), 즉 그 이전의 X선 검출부의 두께 및 X선 감쇄계수와 그 사이에 개재된 필터(42)의 두께 및 X선 감쇄계수에 의해 영향을 받는다. 따라서 본 발명에 따른 X선 검출기에서 X선 검출부(22,32)의 두께 및 X선 감쇄계수와 필터(42)의 두께 및 X선 감쇄계수를 적절히 조절하면 각각의 X선 검출부(22,32)에서 원하는 에너지 레벨의 X선을 검출할 수 있다. 이때, X선 검출부(22,32)의 두께 및 X선 감쇄계수에 의해 원하는 특정 에너지 레벨의 X선을 얻을 수 있다면 필터(42)는 생략되는 것도 가능하다.
도 4 내지 도 6는 각각 본 발명에 따른 X선 검출기(20)의 여러 가지 예시를 나타낸 도면이다. 편의상 X선 검출부가 2개인 경우로 나타내었다.
도 4는 제 1 및 제 2 X선 검출부(22,32)가 모두 간접변환방식인 경우로서, 제 1 및 제 2 X선 검출부(22,32)는 각각 포토다이오드 등의 광소자가 픽셀(pixel) 단위의 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 제 1 및 제 2 지지기판(24,34) 그리고 X선의 입사방향을 향해 제 1 및 제 2 지지기판(24,34) 일면에 적층된 제 1 및 제 2 섬광체층(25,35)을 포함한다.
도 5는 제 1 및 제 2 X선 검출부(22,32)가 모두 직접변환방식인 경우로서, 제 1 및 제 2 X선 검출부(22,32)는 각각 제 1 및 제 2 지지기판(24,34) 그리고 X선의 입사방향을 향하는 제 1 및 제 2 지지기판(24,34) 일면의 픽셀전극(pixel electrode, 26,36)과 상부전극(top electrode, 28,38) 사이에 배치된 제 1 및 제 2 광도전층(27,37)을 포함한다.
도 6은 제 1 및 제 2 X선 검출부(22,32) 중 하나가 간접변환방식이고 나머지 하나가 직접변환방식인 경우로서, 임의로 제 1 X선 검출부(22)는 포토다이오드 등의 광소자가 픽셀 단위의 매트릭스 형태로 배열된 제 1 지지기판(24) 및 X선 입사방향을 향해 제 1 지지기판(24) 일면에 적층된 섬광체층(25)을 포함하고, 제 2 X선 검출부(32)는 제 2 지지기판(34) 및 X선의 입사방향을 향하는 제 2 지지기판(34) 일면의 픽셀전극(36)과 상부전극(38) 사이에 배치된 광도전층(37)을 포함한다.
참고로, 본 도면에 있어서 제 1 및 제 2 X선 검출부(22,32)는 X선 진행방향에 대해 순서를 달리할 수 있음은 물론이다. 더 나아가, 도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 X선 검출기(20)의 몇 가지 예시에 지나지 않으며, 앞서 살펴본 것처럼, X선 검출부(22,32)와 필터(42)의 수량, 두께, 재질 등은 목적에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 X선 검출기는 일정 에너지 레벨의 X선으로부터 둘 이상의 서로 다른 에너지 레벨의 X선 영상신호를 동시에 획득할 수 있는바, 본 발명은 둘 이상의 서로 다른 에너지 레벨의 X선 영상신호를 이용하여 사용자가 원하는 특정 신체조직이 강조된 영상을 구현할 수 있는 X선 영상구현방법을 함께 제공한다.
도 7은 본 발명에 따른 X선 영상구현방법의 일례를 나타낸 순서도로서, 편의상 도 3을 함께 참조하여 살펴본다.
본 발명에 따른 X선 영상구현방법을 위해서는 먼저, 본 발명에 따른 X선 검출기(20)를 이용하여 촬영대상을 X선 촬영한다.(st1)
그 결과 본 발명에 따른 X선 검출기(20)의 제 1 및 제 2 X선 검출부(22,32)에는 각각 서로 다른 에너지 레벨의 X선이 검출되고, 각각 서로 다른 에너지 레벨의 제 1 및 제 2 X선 영상신호가 얻어진다. 참고로, 제 1 및 제 2 X선 검출부(22,32)는 X선 발생부와 거리가 서로 다르므로 확대율의 차이가 있을 수 있다. 따라서 필요하다면 제 1 및 제 2 X선 영상신호의 확대율을 동일하게 할 수 있다.
이때, 제 1 X선 검출부(22)에서 검출된 X선의 에너지 레벨은 제 2 X선 검출부(32)에서 검출된 X선의 에너지 레벨에 비해 상대적으로 높고, 그 차이는 제 1 X선 검출부(22)와 필터(42)의 두께 및 감쇄계수에 따른다.
이어서, 제 1 및 제 2 X선 영상신호 중 적어도 하나에 가중치 적용한다.(st2)
이때, 가중치를 적용하는 방법은 제 1 및 제 2 X선 영상신호에 있어서 동일 조직의 컨트라스트(contrast)가 최소가 되는 값을 이용할 수도 있고, 감쇄계수를 이용하여 해석적인 방법으로 구할 수도 있다.
연조직 또는 경조직을 강조하는 영상을 획득하기 위해 필요한 가중치는 서로 다르기 때문에 목적에 따라 각기 따로 구해야 하나, 가중치를 구하는 방법은 서로 같다.
마지막으로, 제 1 및 제 2 X선 영상신호의 차분 영상을 구현한다.(st3)
이때, 연조직 또는 경조직을 강조하는 영상을 획득하기 위해 구한 가중치를 제 1 검출부(22)에서 획득한 영상에 취한 후 제 2 검출부(32)에서 획득한 영상과의 차분영상을 구현한다.
이로써, 사용자가 원하는 특정 신체조직이 강조된 고품질 영상을 구현할 수 있다.
한편, 앞서 설명한 것처럼, 본 발명에 따른 X선 검출기(20)의 X선 검출부의 수량(22,32)은 진단목적 내지는 촬영대상 내 신체조직의 종류 및 수량에 따라 결정될 수 있고, 각각의 X선 검출부로부터 서로 다른 에너지 레벨의 X선 영상신호를 획득할 수 있는바, 이들 X선 영상신호를 이용하면 사용자가 원하는 신체조직이 강조된 고품질 영상을 구현할 수 있음은 추가의 설명이 없더라도 당업자라면 충분히 이해할 수 있다.
즉, 이상의 설명 및 도면은 본 발명의 예시에 지나지 않으며, 본 발명은 얼마든지 다양한 변형이 있을 수 있다. 하지만, 이들 변형이 본 발명의 기술사상 내에 있다면 본 발명의 권리범위에 속한다 해야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위를 통해 확인할 수 있다.
20 : X선 검출기
22,32 : 제 1 및 제 2 X서 검출부
42 : 필터
22,32 : 제 1 및 제 2 X서 검출부
42 : 필터
Claims (5)
- X선의 진행방향을 따라 배치되고, 각각 X선을 검출하여 X선 영상신호를 생성하는 제 1 및 제 2 X선 검출부; 및
상기 제 1 및 2 X선 검출부에서 각각 검출되는 X선 에너지의 차이를 증가시키기 위해 상기 제 1 및 제 2 X선 검출부 사이에 개재되는 필터를 포함하는 다층 구조 평판형 X선 검출기.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 X선 검출부는 직접변환방식 또는 간접변환방식의 플랫 패널인 다층 구조 평판형 X선 검출기.
- 청구항 1에 있어서,
상기 필터는 금속 또는 비금속의 박막 또는 그리드인 다층 구조 평판형 X선 검출기.
- X선의 진행방향을 따라 나란히 배치되어 X선을 각각 검출하는 제 1 및 제 2 X선 검출부, 상기 제 1 및 2 X선 검출부에서 각각 검출되는 X선 에너지의 차이를 증가시키기 위해 상기 제 1 및 제 2 X선 검출부 사이에 개재되는 필터를 포함하는 X선 검출기를 이용한 다중에너지 X선 영상구현방법으로서,
(a) X선이 조사되고 상기 제 1 및 제 2 X선 검출부가 각각 에너지 레벨이 상이한 제 1 및 제 2 X선 영상신호를 생성하는 단계;
(b) 상기 제 1 및 제 2 X선 영상신호 중 적어도 하나에 가중치를 적용하는 단계; 및
(c) 상기 제 1 및 제 2 X선 영상신호의 차분영상을 획득하는 단계를 포함하는 다중에너지 X선 영상구현방법.
- 청구항 4에 있어서,
상기 (b) 단계는, 상기 제 1 및 제 2 X선 영상신호의 동일 조직에 대한 컨트라스트가 최소가 되도록 상기 가중치를 적용하는 다중에너지 X선 영상구현방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020140156292A KR20160056194A (ko) | 2014-11-11 | 2014-11-11 | 다층 구조 평판형 x선 검출기 및 이를 이용한 다중에너지 x선 영상구현방법 |
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ID=56103333
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| KR (1) | KR20160056194A (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190010249A (ko) * | 2017-07-21 | 2019-01-30 | 주식회사바텍 | 듀얼 에너지 엑스선 프로젝션을 이용한 금속 이미지 구분 방법, 금속 인공음영 제거 방법 및 이를 이용한 엑스선 영상 획득 장치 |
| CN111973205A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-11-24 | 深圳市安健科技股份有限公司 | 一种多层x射线探测器图像处理方法及终端 |
| US20210082114A1 (en) * | 2018-05-29 | 2021-03-18 | Fujifilm Corporation | Image processing apparatus, radiography system, image processing method, and image processing program |
| CN115018720A (zh) * | 2022-05-18 | 2022-09-06 | 深圳市安健科技股份有限公司 | 一种用于多层平板探测器的几何校正方法及装置 |
-
2014
- 2014-11-11 KR KR1020140156292A patent/KR20160056194A/ko not_active Application Discontinuation
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