一种基于计算机分层扫描成像CL系统的校正方法技术方案

一种基于计算机分层扫描成像CL系统的校正方法，通过使具有确定参考点或参考图形的模体在平板探测器上成像，同时调整所述系统中X射线源焦点的空间位置、探测器的位置、载物台的位置，在调整过程中观察所述参考点或参考图形的投影变化，根据投影变化指导调整方向和幅度，将所述X射线源校正到转臂旋转所形成的球心位置、平板探测器的位姿校正到与所述转变旋转形成球面相切且无扭摆角。通过所述校正方法，仅需利用简单的模体，就可在较短时间内，直接对CL系统各部件的几何位姿和相对关系进行校正。

Correction method based on computer layered scanning imaging CL system

A correction method of hierarchical computer scanning imaging system based on CL, which has determined through phantom referencepoints or graphic imaging in flat panel detector, and adjust the space position, X ray source focus in the system, the position of the stage of the projection position, to observe the change of the reference point or reference the graphics in the adjustment process, adjust the direction and magnitude of the projection of guidance, will correct the X ray source to pose the center position, flat panel detector arm to rotate the correction to the change of rotation and no twist angle spherical surface cutting. Through the correction method, the geometry, position and relative relation of each part of the CL system can be corrected directly in a relatively short time by using a simple module.

【技术实现步骤摘要】
一种基于计算机分层扫描成像CL系统的校正方法
本专利技术涉及X射线成像检测
，尤其涉及一种基于计算机分层扫描成像CL系统的校正方法。
技术介绍
X射线计算机分层扫描成像(CL-ComputedLaminography)技术是一种采用非同轴有限角度扫描成像技术，即CL系统进行扫描时X射线沿与板状样品平面法线成一锐角穿过，避免了传统CT扫描中射线沿板状被检物体长轴方向无法穿透的情况。因此，可以很好地解决多层印刷电路板、片状化石、飞机机翼、太阳能电池等板状构件的内部检测问题。对于这类板状构件的检测，CL系统优于传统的计算机断层扫描成像(CT-ComputedTomography)技术。一种现有的CL系统扫描装置，参见图1所示，是公开号CN103196929A的中国专利技术专利申请，该专利技术记载了CL系统的扫描装置。根据方案记载，该扫描装置包括X射线源1，载物台2，转臂3，平板探测器4，固定支架6。其中，X射线源1位于装置的最底端，用于向上发射锥束X射线；载物台2设置在X射线源的上方，可在空间三维方向上作平移运动；检测时，物体7放置在载物台2上；载物台的正上方设置有固定支架6，固定支架6与转臂3相连，用于固定转臂3，并使转臂3以绕虚拟转轴5为轴心旋转运动，形成围绕载物台2的半球面；转臂上设置有导轨，平板探测器4位于该导轨上，并可利用该导轨在转臂3上滑动；该平板探测器4结合其在转臂3上下滑动以及转臂3自身的旋转运动，而可定位于所述半球面的任意位置。平板探测器4的每一行像素9与转臂3垂直，平板探测器4的行像素9与列像素8垂直。由于未校准的CL系统得到的扫描数据与理想的数据之间存在差异，无法得到准确的重建图像。为了得到尽可能精确的断层图像重建结果，就需要通过校正使CL系统的实际几何结构与系统的设计结构尽可能的保持一致。其中，所述CL系统用于检测时，其理想的几何结构包括：X射线源须位于该半球面的球心位置；平板探测器4必须与转臂3旋转形成的球面相切；平板探测器4无扭摆角。扭摆角是指平板探测器表面所在的平面内，平板探测器一行像素9与水平线的夹角。平板探测器4无扭摆角，即平板探测器4的行像素9保持水平。从理想几何条件可以看出，所述CL系统相关部件需要满足其自身及其之间的精准几何位置姿的要求，这就需要复杂的系统校正工作。目前还没有针对所述CL系统的几何结构校正方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于计算机分层扫描成像CL系统的几何校正方法，该校正方法能够直接、快速地对系统各相关部件进行几何位姿的校正。本专利技术的另一目的是提供一种基于计算机分层扫描成像CL系统的各相关部件几何参数的快速获取方法。本专利技术提供的校正方法，是通过使具有确定参考点或参考图形的模体在平板探测器上成像，同时调整所述系统中X射线源焦点的空间位置、探测器的位置、载物台的位置，在调整过程中观察所述参考点或参考图形的投影变化，根据投影变化指导调整方向和幅度，将所述CL系统的各组件调整至理想的几何位姿。所述方法校正的内容包括：①校正X射线源使其焦点位于转臂的转轴上；②校正平板探测器与转臂转动所形成的球面相切，以及③校正平板探测器无扭摆角；④校正X射线源使其焦点位于转臂旋转形成球面的球心位置；其中，②、④需在①之后完成，③并不必须依赖其他校正步骤。为了保证校正的效果，可能需要几个步骤反复多次执行。根据本专利技术的校正方法，校正X射线源使其焦点位于转臂的转轴上的操作包括：a)在载物台呈水平时，将一个具有上下两个参考点的模体放置于载物台上，所述两个参考点的连线垂直于水平面，移动平板探测器到转臂的顶端；b)使X射线源的射线竖直穿过模体，使所述两个参考点的投影在平板探测器上重合，此时X射线源的焦点与模体上两个参考点位于同一条直线上，记录此时所述参考点的投影坐标；c)旋转转臂，使平板探测器随转臂转动，若所述参考点的投影坐标没有变化，则说明该X射线源位于转臂的转轴上，否则进行下一步操作；d)对平板探测器旋转过程中所述参考点的不同投影坐标进行椭圆拟合，且将该X射线源和所述参考点向拟合的椭圆的中心方向移动；再重复步骤b)和c)，直到所述参考点的投影坐标不再随着平板探测器的旋转发生变化，此时X射线源焦点位于转臂的转轴上，完成该步校正。根据本专利技术的校正方法，校正X射线源使其焦点位于转臂旋转形成球面的球心位置的操作包括：将一个模体与平板探测器相对固定，并位于所述X射线源与所述平板探测器之间；保持转臂不转动，使该模体跟随平板探测器在转臂上滑动，若该模体在平板探测器上的投影位置不变，则表示该X射线源的焦点已经位于球心位置；否则，根据两次的成像大小变化或在平板探测器上投影位置的变化，来判断X射线源1的焦点是应该沿着转轴向上还是向下移动，从而将所述X射线源移动到该转臂旋转形成球面的球心。根据本专利技术的校正方法，所述校正平板探测器与转臂转动所形成的球面相切的操作包括：在完成校正所述X射线源的焦点位于所述转轴上之后，将所述平板探测器移动至所述转臂顶端，将一个具有确定形状的参考图形的模体放置在载物台上；观察该模体参考图形在平板探测器上的投影，若投影与该参考图形为几何相似图形，则说明平板探测器与转臂转动所形成的球面相切；否则，根据投影的畸变，调整平板探测器的平面方向，直到投影与所述参考图形为几何相似图形，则完成校正。根据本专利技术的校正方法，所述具有确定形状的参考图形是一个中心对称的多边形。根据本专利技术的校正方法，校正平板探测器无扭摆角的操作包括：在载物台上放置一个具有参考点的模体，使模体的参考点在平板探测器上成像；使平板探测器沿着转臂滑动同时保证在滑动过程中，该模体的参考点都能够在该平板探测器上成像；记录滑动过程中，该参考点在平板探测器上投影位置；当投影位置的轨迹都在平板探测器的某一列像素上，则说明平板探测器无扭摆角；否则，根据该参考点的成像位置的轨迹与一列像素的夹角，调整该平板探测器的扭摆角。根据本专利技术的校正方法，所述方法还包括一个获取所述X射线源的焦点到平板探测器的距离的步骤，其包括：将一具有已知尺寸的模体放在已知高度差的两种高度位置进行扫描，在平板探测器上成像，根据两次投影成像的尺寸不同计算出射线源焦点到平板探测器的距离。根据本专利技术的校正方法，所述具有确定参考点或参考图形的模体为一个透明长方体，其顶面具有“田”字形槽，底面具有“十”字形槽，且顶面“田”字形槽的中心点与底面的“十”字形槽的中心点连线与所述长方体垂直；其中所述中心点构成所述确定的参考点，所述田字形槽的正方形外框构成所述确定的参考图形。根据本专利技术的校正方法，所述顶面“田”字形槽的外框可替换为任何非正方形的中心对称图形。根据本专利技术的校正方法，在校正X射线源使其焦点位于转臂旋转形成球面的球心位置的过程中，所使用的模体为一个金属小球，该金属小球通过一个固定支架与所述平板探测器相对固定。在本专利技术中，“位姿”的定义包括特定部件的“位置”和“姿态”。本专利技术校正方法的有益效果是，借助相对简单的具有参考点或已知形状的模体，对CL系统各部件的几何位姿进行快速准确的校正。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于计算机分层扫描成像CL系统的校正方法，其特征是，通过使具有确定参考点或参考图形的模体在平板探测器上成像，同时调整所述系统中X射线源焦点的空间位置、探测器的位置、载物台的位置，在调整过程中观察所述参考点或参考图形的投影变化，根据投影变化指导调整方向和幅度，将所述CL系统的各组件调整至理想的几何位姿。

【技术特征摘要】
1.一种基于计算机分层扫描成像CL系统的校正方法，其特征是，通过使具有确定参考点或参考图形的模体在平板探测器上成像，同时调整所述系统中X射线源焦点的空间位置、探测器的位置、载物台的位置，在调整过程中观察所述参考点或参考图形的投影变化，根据投影变化指导调整方向和幅度，将所述CL系统的各组件调整至理想的几何位姿。2.根据权利要求1所述的校正方法，其特征是，所述方法校正的内容包括：①校正X射线源使其焦点位于转臂的转轴上；②校正平板探测器与转臂转动所形成的球面相切，以及③校正平板探测器无扭摆角；④校正X射线源使其焦点位于转臂旋转形成球面的球心位置；其中，②、④需在①之后完成，③并不必须依赖其他校正步骤；所述校正步骤①-④的各步骤执行一次或多次。3.根据权利要求2所述的校正方法，其特征是，校正X射线源使其焦点位于转臂的转轴上的操作包括：a)在载物台呈水平时，将一个具有上下两个参考点的模体放置于载物台上，所述两个参考点的连线垂直于水平面，移动平板探测器到转臂的顶端；b)使X射线源的射线竖直穿过模体，使所述两个参考点的投影在平板探测器上重合，此时X射线源的焦点与模体上两个参考点位于同一条直线上，记录此时所述参考点的投影坐标；c)旋转转臂，使平板探测器随转臂转动，若所述参考点的投影坐标没有变化，则说明该X射线源位于转臂的转轴上，否则进行下一步操作；d)对平板探测器旋转过程中所述参考点的不同投影坐标进行椭圆拟合，且将该X射线源和所述参考点向拟合的椭圆的中心方向移动；再重复步骤b)和c)，直到所述参考点的投影坐标不再随着平板探测器的旋转发生变化，此时X射线源焦点位于转臂的转轴上，完成该步校正。4.根据权利要求2所述的校正方法，其特征是，所述校正平板探测器与转臂转动所形成的球面相切的操作包括：在完成校正所述X射线源的焦点位于所述转轴上之后，将所述平板探测器移动至所述转臂顶端，将一个具有确定形状的参考图形的模体放置在载物台上；观察该模体参考图形在平板探测器上的投影，若投影与该参考图形为几何相似图形，则说明平板探测器与转臂转动所形成的球面相切；否则，根据投影的畸变，调整平板探测器的平面方向，直到投影与所述参考图形为几何相似...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏增辉，刘宝东，邵雨濛，王雅霄，舒岩峰，袁路路，柴佳彬，魏存峰，魏龙，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11