一种X射线柱面三维锥束计算机层析成像方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种X射线柱面三维锥束计算机层析成像方法及装置，该方法包括：获取探测器采集到的二维投影图像序列；对所述二维投影图像序列进行对数解调获得二维线积分图像序列；利用柱面三维滤波反投影重建算法对二维线积分图像序列进行图像重建获得物体柱面三维CT切片图像。本发明专利技术实施例相比于现有基于正交平面切片的CT扫描技术，无需通过图像旋转和三维空间插值等操作，即可高清三维可视化物体沿柱面的结构特征，不仅减小了重建体积，节约了图像处理时间，而且提高了重建图像质量，增强了图像的可读性。

A computer tomography method and device for X ray cylindrical three-dimensional cone beam

【技术实现步骤摘要】
一种X射线柱面三维锥束计算机层析成像方法及装置
本专利技术涉及X射线计算机层析成像
，尤其涉及一种X射线柱面三维锥束计算机层析成像方法及装置。
技术介绍
在X射线计算机层析成像(ComputedTomography，简称CT)系统中，X射线源发出X射线，从不同角度穿过被检测物体的某一区域，放置于射线源对面的探测器在相应角度接收。然后，根据各角度射线不同程度的衰减，利用一定的重建算法和计算机进行运算，重建出物体被扫描区域的射线线衰减系数分布映射图像，从而实现由投影重建图像，无损地再现物体在该区域内的介质密度、成分和结构形态等特征。CT技术广泛应用于工业无损检测、材料科学性能评价以及公共安全检查等领域，在提高产品质量、促进新材料研发、保障公共安全等方面发挥了重要作用。受成像原理制约，CT重建切片图像都是正交平面切片图像，在异型构件检测方面存在较大局限性。特别是，对于诸如航空发动机壳体、储油罐、飞机机身舱段等典型的中空圆柱体结构，将难以高分辨可视直观地呈现柱面特征及缺陷，而且还会花费巨大时间，用于重建无谓的中空体积。近年，LiuT.等，Differentialreconstructionforplanarobjectincomputedtomography，JournalofX-rayScienceandTechnology,vol.17,No.2,pp:101-114,2009，实现了一种针对面状物体的CT成像技术(ComputedLaminography，简称CL)，能减小重建体积，提高三维可视化精度。但该技术重建的仍是正交平面切片图像，仍然难以解决中空圆柱体柱面结构的CT成像问题。目前，尚未发现有能解决上述问题的X射线计算机层析成像技术。
技术实现思路
本专利技术提一种X射线柱面三维锥束计算机层析成像方法及装置，以减小物体CT重建体积，提高成像效率和重建精度，增强图像可读性。本专利技术的一个方面是提供一种X射线柱面三维锥束计算机层析成像方法，包括如下步骤：步骤1、获取探测器采集到的二维投影图像序列，所述二维投影图像序列是物体沿着轴向转动过程中，所述探测器周期性采集透射过所述物体的射线投影后获得的多个二维投影图像，且一个采样周期对应一个所述物体的二维投影图像；步骤2、对所述二维投影图像序列进行对数解调获得二维线积分图像序列；利用新型柱面三维滤波反投影重建算法对二维线积分图像序列进行图像重建，获得所述物体柱面三维CT切片图像。进一步地，步骤1还包括：物体放置于倾斜转台上，在扫描过程中物体随着转台转动而转动；所述物体沿着旋转轴的旋转中心匀速转动360度，且在转动过程中成像区被锥束覆盖。进一步地，所述对所述二维投影图像序列进行对数解调获得二维线积分图像序列，包括：依据公式(1)对所述二维投影图像序列I(i,m,n)进行对数解调获得二维线积分图像序列p(i,m,n)：其中，i表示扫描角度，(m,n)表示在所述探测器的垂直面内探测通道的二位坐标，ln表示自然对数运算，mean表示二维均值运算，1∶10表示从1取到10，1∶K表示从1取到K，I(i,1∶10,1∶K)表示所述二维投影图像序列中第i个二维投影图像中宽度为10、高度为K的区域。进一步地，所述采用新型柱面滤波反投影重建算法对所述物体的二维线积分图像序列进行图像重建获得所述物体柱面的三维CT切片图像，包括：依据公式(2)-(5)对所述物体对应的二维线积分图像序列进行图像重建获得所述物体柱面的三维CT切片图像f：其中，f(x,y,r)表示被重建的三维物体，(x,y,r)表示三维物体质点在柱面坐标系中的位置。其中，r代表柱面距离柱面坐标系原点的距离，x和y表示柱面展开成平面的二维直角坐标。D表示射线源到探测器的距离,D0表示射线源到探测器的距离，p(β,s,v)表示进行对数解调后获得的二维线积分图像序列，(s,v)表示某像素在二维图像坐标系中的坐标位置，对应三维物体质点映射到二维线积分图像上的投影地址，β表示旋转角度，h(s)是一维滤波器。本专利技术的另一个方面是提供一种X射线柱面三维锥束计算机层析成像装置，包括：获取模块，用于获取探测器采集到的二维投影图像序列，所述二维投影图像序列是物体沿着轴向转动过程中，所述探测器周期性采集透射过所述物体的射线投影后获得的多个二维投影图像，且一个采样周期对应一个所述物体的二维投影图像；计算模块，用于对所述二维投影图像序列进行对数解调获得二维线积分图像序列；利用新型柱面三维滤波反投影重建算法对二维线积分图像序列进行图像重建，获得所述物体柱面的三维CT切片图像。进一步地，获取模块还包括：物体放置于倾斜转台上，在扫描过程中物体随着转台转动而转动；所述物体沿着旋转轴的旋转中心匀速转动360度，且在转动过程中成像区被锥束覆盖。进一步地，所述计算模块具体用于依据公式(1)对所述二维投影图像序列I(i,m,n)进行对数解调获得二维线积分图像序列p(i,m,n)：其中，i表示扫描角度，(m,n)表示在所述探测器的垂直面内探测通道的二位坐标，ln表示自然对数运算，mean表示二维均值运算，1∶10表示从1取到10，1∶K表示从1取到K，I(i,1∶10,1∶K)表示所述二维投影图像序列中第i个二维投影图像中宽度为10、高度为K的区域。进一步地，所述计算模块具体用于依据公式(2)-(5)对所述物体的二维线积分图像序列进行图像重建获得所述物体柱面的三维CT切片图像f：其中，f(x,y,r)表示被重建的三维物体，(x,y,r)表示三维物体质点在柱面坐标系中的位置。其中，r代表柱面距离柱面坐标系原点的距离，x和y表示柱面展开成平面的二维直角坐标。D表示射线源到探测器的距离,D0表示射线源到探测器的距离，p(β,s,v)表示进行对数解调后获得的二维线积分图像序列，(s,v)表示某像素在二维图像坐标系中的坐标位置，对应三维物体质点映射到二维线积分图像上的投影地址，β表示旋转角度，h(s)是一维滤波器。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术能够解决圆柱物体柱面三维成像问题，能根据探测器获得的投影图像序列，快速高精度直接重建出物体柱面CT图像；(2)步骤简单，仅包含数据获取与图像重建模块；(3)重建效率高，重建体积减小一个数量级以上；(4)重建图像质量高，柱面CT图像可以直接重建得到，无需通过三维笛卡尔坐标系空间插值转换，没有插值误差；(5)重建出来的切片图像是展开的物体柱面，易读性强，三维可视化精度高。附图说明图1为本专利技术实施例提供的X射线柱面三维锥束计算机层析成像方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的X射线柱面三维锥束计算机层析成像系统原理图；图3为采用X射线柱面三维锥束计算机层析成像方法获得的实际物体在一些扫描角度下的二维线积分图像；图4为采用X射线柱面三维滤波反投影重建算法获得的实际物体重建后柱面CT图像；图5为采用传统重建算法重建获得的实际物体的CT图像；图6为本专利技术实施例提供的X射线柱面三维锥束计算机层析成像装置的结构图。图中：20为X射线源，21为X射线束，22为待测圆柱物体，23为转台，24为探测器，25为计算机，60为X射线柱面三维锥束计算机层析成像装置，61为获取模块，62为计算模块。具体实施方式下面结合附图以及具体实施方式进一步说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种X射线柱面三维锥束计算机层析成像方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、获取探测器采集到的二维投影图像序列，所述二维投影图像序列是物体沿着轴向转动过程中，所述探测器周期性采集透射过所述物体的射线投影后获得的多个二维投影图像，且一个采样周期对应一个所述物体的二维投影图像；步骤2、对所述二维投影图像序列进行对数解调获得二维线积分图像序列；利用新型柱面三维滤波反投影重建算法对二维线积分图像序列进行图像重建，获得所述物体柱面三维CT切片图像。

【技术特征摘要】
1.一种X射线柱面三维锥束计算机层析成像方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、获取探测器采集到的二维投影图像序列，所述二维投影图像序列是物体沿着轴向转动过程中，所述探测器周期性采集透射过所述物体的射线投影后获得的多个二维投影图像，且一个采样周期对应一个所述物体的二维投影图像；步骤2、对所述二维投影图像序列进行对数解调获得二维线积分图像序列；利用新型柱面三维滤波反投影重建算法对二维线积分图像序列进行图像重建，获得所述物体柱面三维CT切片图像。2.根据权利要求1所述的X射线柱面三维锥束计算机层析成像方法，其特征在于，步骤1还包括：物体放置于倾斜转台上，在扫描过程中物体随着转台转动而转动；所述物体沿着旋转轴的旋转中心匀速转动360度，且在转动过程中成像区被锥束覆盖。3.根据权利要求2所述的X射线柱面三维锥束计算机层析成像方法，其特征在于，所述对所述二维投影图像序列进行对数解调获得二维线积分图像序列，包括：依据公式(1)对所述二维投影图像序列I(i,m,n)进行对数解调获得二维线积分图像序列p(i,m,n)：其中，i表示扫描角度，(m,n)表示在所述探测器的垂直面内探测通道的二维坐标，ln表示自然对数运算，mean表示二维均值运算，1:10表示从1取到10，1:K表示从1取到K，I(i,1:10,1:K)表示所述二维投影图像序列中第i个二维投影图像中宽度为10、高度为K的区域。4.根据权利要求3所述的X射线柱面三维锥束计算机层析成像方法，其特征在于，所述采用新型柱面滤波反投影重建算法对所述物体对应的二维线积分图像序列进行图像重建获得所述物体柱面的三维CT切片图像，包括：依据公式(2)-(5)对所述物体对应的二维线积分图像序列进行图像重建获得所述物体柱面的三维CT切片图像f：其中，f(x,y,r)表示被重建的三维物体，(x,y,r)表示三维物体质点在柱面坐标系中的位置，其中，r代表柱面距离柱面坐标系原点的距离，x和y表示柱面展开成平面的二维直角坐标，D表示射线源到探测器的距离，D0表示射线源到探测器的距离，p(β,s,v)表示进行对数解调后获得的二维线积分图像序列，(s,v)表示某像素在二维图像坐标系中的坐标位置，对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅健，何钊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11