本发明专利技术公开了一种中子层析成像旋转轴线偏摆角的误差补偿方法，本方法是基于平行束中子射线的投影几何对称性原理，将样品360度旋转范围内的投影数据进行叠加获得具有唯一对称轴的合成投影图像，合成投影图像的对称轴即为样品旋转轴线的投影线；进一步统计出合成投影图像的像素值梯度角直方图，该直方图分布为一偶函数。求取该偶函数的对称中心，该对称中心位置对应的梯度角即为旋转轴线的偏摆角。将测量所得的偏摆角作为修正参数引入到重建算法中，即可实现对旋转轴线偏摆角的误差补偿，从而保证样品各重建断层清晰度的一致，有效提高重建精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种中子层析成像旋转轴线偏摆角的误差补偿方法，可用于中子照相 领域中的无损检测及工业计算机断层扫描。
技术介绍
中子照相技术在检测含氢材料、重金属组件结构、原子序数相近的不同元素、放射 性材料等方面有着X射线无法具备的优势，因而在军事、航空、航天、考古等领域有着重要 的应用。作为中子照相的一个重要分支--中子CT(Computed Tomography，计算机断层成 像术）也日益得到重视和快速的发展，并在检测样品内部结构及质量状态方面发挥了重要 的作用。 图1为传统中子层析成像系统的层析扫描原理图，中子射束1为一组平行线，被检 测样品3在旋转平台2的带动下绕旋转轴线4旋转360度，探测器5采集被检测样品3在不 同旋转位置的投影图像，然后利用成像系统中的图像重建模块反演出样品的断层图像。由 图1可知，图像重建模块所采用的图像重建方法是基于样品旋转轴投影线41要严格平行于 探测器坐标系1轴。在进行图像重建时，各个断层的反投影点仅是探测器坐标系X d轴上的 变量，且该反投影点的计算是以样品旋转轴投影线41为基准。由此可知，当旋转轴投影线 41平行于探测器坐标系Y d轴时，该投影线在X d轴上的坐标为一常数，因此各个断层的反投 影地址的基准也均等于一个常数，此种情形下进行断层图像重建时，采用统一的标准重建 算法，即可确保重建出的各断层图像清晰度保持一致。 但是，在中子层析成像系统的实际搭建中，由于机械部件的制造和安装误差，导致 样品旋转轴投影线41不平行于探测器坐标系Y d轴，即样品旋转轴投影线41相对于探测器 坐标系Yd轴产生了一定的偏角，如图2所示。此时样品旋转轴投影线41在X d轴上的坐标 就不等于常数，从而导致各个断层的反投影点的基准也不为常数。在图像重建时如果仍按 照常数进行计算，就会导致Y d轴方向上所重建断层的清晰度分布不均，影响三维重构模型 的精度和特征信息测量的可信度。 该问题解决的关键就是精确标定出样品旋转轴投影线41与探测器坐标系Xd轴的 夹角，本专利技术中将该角度称为旋转轴线偏摆角α。为此，本专利技术设计出了一种针对中子层析 成像系统样品旋转轴线偏摆角的自动测量方法。将测量所得的偏摆角作为修正参数引入到 重建算法中，即可实现对旋转轴线偏摆角的误差补偿，从而保证样品各重建断层清晰度的 一致，达到提高三维重构分辨率的目的。
技术实现思路
本专利技术方法是基于平行束中子射线的投影几何对称性原理，将样品360度旋转范 围内的投影数据^进行阈值分割以消除背景信息的干扰，然后将分割后的所有投影图像 思进行叠加获得具有唯一对称轴的合成投影图像P are。根据平行束投影的几何属性可得合 成投影图像Pare的对称轴即为样品旋转轴投影线，该投影线与探测器坐标系Xd轴的夹角即 为旋转轴线偏摆角Ct ;进一步统计出合成投影图像Pare的像素梯度角直方图，该直方图分 布为一偶函数F(P);求取函数F(P)的对称中心位置对应的梯度角β。，β。即为旋转轴线 的偏摆角α。将测量所得的偏摆角α作为修正参数引入到重建算法中，即可实现对旋转轴 线偏摆角的误差补偿，从而保证样品各重建断层清晰度的一致，达到提高三维重构分辨率 的目的。 本专利技术是，其特 征在于包括有下列步骤： 步骤一、样品投影信息的获取； 将投影图^分割后的投影图记为分割投影图巧〗，分割投影图与投影图^的宽 度和高度是相等的，第η个分割投影图内任意一点的投影数据记为/^(Λ·~V/)，那么Ostu 阈值分割可表示为： 表示第η个分割投影图il的第i行第j列的采样点投影值； pn(Xl，y])表示探测器采集到的第η个投影图Pn的第i行第j列的采样点投影值； TValue为基于类间方差最小准则获取的最优分割阈值； 步骤二、合成投影图的获取； 将所有分割投影图植:叠加，则获得另一幅二维投影图像，该二维投影图像即为上 述的合成投影图像P av% Pare内的任意一个投影值P (X u y])的计算式为： 其中η = 1，2, 3......M，M表示样品在360度旋转范围内的投影总数目。 步骤三、获取梯度角及梯度角直方图； 求取合成投影Pave的所有像素点的梯度角，Pave内任意投影值p( Xl，y])梯度角 β (Xi，y_j)的计算公式如下： 其中，表示任意投影值P (Xi, y_j)在Xd轴方向的梯度值，表示 任意投影值P (Xl，y])在Yd轴方向的梯度值。β表示任意像素的梯度角，X 1为探测器坐标 系Xd轴上的变量，y .,为探测器坐标系Y d轴上的变量。 统计所有像素点的梯度角的直方图，梯度角直方图的计算式如下： 其中F(P)表示直方图函数，该函数自变量为像素点的梯度角β，w表示合成投影 图像P are的宽度，h表示合成投影图像Pare的高度，η(β)表示梯度角等于β的像素点的个 数。 步骤四、获取旋转轴线偏摆角； 求取梯度角直方图函数F(P)的中心点坐标β。，该坐标即为旋转轴投影线41与 Xd轴的夹角α，计算公式如下： 步骤五、旋转轴线偏摆角误差补偿； 将计算出的旋转轴投影线41与XjiJ的夹角α作为修正参数引入到中子层析成 像系统的重建算法中，即可实现对旋转轴线偏摆角的误差补偿。 本专利技术标定方法的优点在于： ①本专利技术解决了由于机械部件的制造和安装误差造成的样品转轴偏摆的问题，在 保证样品各重建断层清晰度一致的同时，降低了重建图像像质对扫描平台制造和安装精度 的要求，降低了生产和装配成本。 ②本方法基于平行束中子射线的投影几何对称性原理，直接利用样品的原始投影 信息即可反求出旋转轴线的偏摆角，不需要制作专门的校准模体和进行单独的扫描来实现 误差补偿。 ③本专利技术将旋转轴线偏摆角的测量转换为求取合成投影图像对称轴线倾角的问 题。由于对称轴线的唯一性，从而保证了测量结果的唯一性，因此在实际实施中不易出现假 解。 ④本专利技术方法适用于平行束扫描模式下任何具有旋转扫描功能的CT系统，且实 现中无需对CT扫描系统进行任何改动，即可嵌入现有CT重建软件中作为辅助升级模块，有 效提高了 CT系统的适应能力。【附图说明】 图1是标准中子层析成像原理图。 图2是样品旋转轴线发生偏摆时的中子层析成像原理图。 图3是合成投影图像示意图。 图4是实际的合成投影图像。 图5是本专利技术合成投影图像的梯度角直方图。 图6是旋转轴线偏摆角误差未补偿时的重建断层图像。 图7是采用本专利技术方法后的旋转轴线偏摆角误差补偿后的重建断层图像。 【具体实施方式】 下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。 如图1所示，样品旋转轴线4虚拟不可见，其在探测器平面的投影41亦不可见。当 旋转轴线投影41平行于探测器坐标系Y d轴时，所述旋转轴线投影41与X d轴的夹角为90 度，且在探测器坐标系XdOdYd中的方程为X = X c，X为探测器坐标系Xd轴上的变量，X c为旋 转轴投影线41与探测器坐标系Xd轴的交点坐标。在中子层析成像系统的实际搭建中，由 于机械部件的制造和安装误差，导致样品旋转轴投影线41不平行于探测器坐标系1轴，即 样品旋转轴投影线41相对于探测器坐标系Y d轴产生了一定的偏角。此时，旋转轴当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适用于中子层析成像系统的旋转轴线偏摆角的误差补偿方法，其特征在于包括有下列步骤：步骤一、样品投影信息的获取；将投影图Pn分割后的投影图记为分割投影图分割投影图与投影图Pn的宽度和高度是相等的，第n个分割投影图内任意一点的投影数据记为那么Ostu阈值分割可表示为：表示第n个分割投影图的第i行第j列的采样点投影值；pn(xi,yj)表示探测器采集到的第n个投影图Pn的第i行第j列的采样点投影值；TValue为基于类间方差最小准则获取的最优分割阈值；所述步骤二、合成投影图的获取；将所有分割投影图叠加，则获得另一幅二维投影图像，该二维投影图像即为上述的合成投影图像Pave，Pave内的任意一个投影值p(xi,yj)的计算式为：其中n＝1,2,3......M，M表示样品在360度旋转范围内的投影总数目。所述步骤三、获取梯度角及梯度角直方图；求取合成投影Pave的所有像素点的梯度角，Pave内任意投影值p(xi,yj)梯度角 β(xi,yj)的计算公式如下：其中，表示任意投影值p(xi,yj)在Xd轴方向的梯度值，表示任意投影值p(xi,yj)在Yd轴方向的梯度值。β表示任意像素的梯度角，xi为探测器坐标系Xd轴上的变量，yj为探测器坐标系Yd轴上的变量。统计所有像素点的梯度角的直方图，梯度角直方图的计算式如下：其中F(β)表示直方图函数，该函数自变量为像素点的梯度角β，w表示合成投影图像Pave的宽度，h表示合成投影图像Pave的高度，n(β)表示梯度角等于β的像素点的个数。步骤四、获取旋转轴线偏摆角；求取梯度角直方图函数F(β)的中心点坐标β0，该坐标即为旋转轴投影线41与Xd轴的夹角α，计算公式如下：步骤五、旋转轴线偏摆角误差补偿；将计算出的旋转轴投影线41与Xd轴的夹角α作为修正参数引入到中子层析成像系统的重建算法中，即可实现对旋转轴线偏摆角的误差补偿。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐彬，霍合勇，吴洋，孙勇，尹伟，王胜，李航，曹超，刘斌，朱世雷，张旸，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院核物理与化学研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51
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