【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及辐射成像和ct，具体涉及一种扩大横向视场的成像方法及系统、电子设备和应用。
技术介绍
1、计算机断层成像技术(computer tomography,ct)通过采集不同角度下物体的x射线投影图像并运用特定图像重建算法可以获得物体三维结构，相比光学成像技术，ct技术可以提供物体的内部结构信息，目前已经成为最主要的无损检测技术。ct技术的应用领域已经不限于最初的医学诊断，开始逐步向工业检测、地质分析、文物考古等众多领域深入拓展。
2、在常规的x射线ct扫描方式下，探测器视场需要在横向上覆盖全部被检工件，因此可检工件的其横向尺寸受限于x射线图像探测器的尺寸，当前面阵列探测器一般在50cm以下，线阵列探测器一般在100cm以下。在航天航空、船舶、轨道交通等领域，被检测的工件尺寸往往远大于图像探测器的尺寸，如果直接使用被横向截断的扫描数据进行ct重建，会产生显著的截断伪影，严重干扰后续的数据分析。为扩展横向视场，各种偏置ct扫描方式相继提出，主要分为旋转台单侧偏置、双侧偏置两种方式。
3、基于旋转台单侧偏置的方法是将旋转台中心沿着垂直于光轴的水平方向移动一定距离后进行扫描，扫描视场只覆盖了略多于工件横向视场的1/2，单侧偏置的理论基础是圆轨道ct扫描时数据具有冗余性，可以根据工件单侧的投影数据计算出工件另一侧的投影数据，从而获得完整工件的投影数据，但是数据冗余性条件只在圆轨道扫描方式的中心平面严格成立，在非中心平面的小锥角内(一般≤±3°)近似成立，偏离中心平面的ct重建图像质量会随着纵向锥角增加而明
4、基于旋转台双侧偏置的方法是将旋转台中心沿着垂直于光轴的水平方向移动一定距离后进行第一次扫描，然后再反向移动相同距离进行第二次扫描，采用数据重排算法将锥束投影数据重排为平行束投影数据，可以将两次扫描的图像拼接为完整工件的投影图像，是一种精确的图像拼接方式，因此ct重建质量要高于旋转台单侧偏置扫描方式。但是由于数据重排时需要对投影角度、图像行列进行三维插值，计算量很大，而且由于采样角度数量一般远小于图像行列数量，有限角度插值会造成图像分辨率下降。
5、此外，以上两种偏置扫描方式只能用于圆轨道ct扫描，无法直接应用于螺旋轨道ct扫描，应用于不同ct扫描轨道时需要采用不同的重排插值算法，不具有通用性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种扩大横向视场的成像方法及系统、电子设备和应用，该成像方法不仅解决现有旋转台单侧偏置采用数据冗余近似进行图像扩充时，会引起ct图像几何畸变和伪影以及现有旋转台双侧偏置需要对投影数据进行重排和角度插值，计算量大、计算时间长的问题，且具有通用性。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种扩大横向视场的成像方法，包括以下步骤：
4、s1、将工件安装在旋转台上，使用位移台将旋转台中心沿垂直于光轴的水平正向移动距离d，然后进行第一次扫描，得到第一次投影图像集；
5、s2、完成第一次扫描后，旋转台回到第一次扫描的初始角度，然后再用位移台将旋转台中心沿垂直于光轴的水平方向移动距离2d，方向与第一次移动方向相反，将旋转台顺时针旋转角度δθ，然后进行第二次扫描，得到第二次投影图像集；其中，δθ目的是使得在工件坐标系中两次扫描的视角方向保持一致；
6、s3、建立虚拟探测器，所述虚拟探测器与射线源-转轴连线垂直，且虚拟探测器中心在射线源-转轴连线上，光源到虚拟探测器的距离与原来的源像距s2相同；
7、s4、将原探测器的像素p(x,z)映射到虚拟探测器的像素p'(x',z')完成两次扫描数据拼接，获得完整工件的投影图像集；
8、s5、在虚拟探测器成像几何下，使用拼接后的完整工件投影图像集在新的源物距s1′下进行成像重建，得到完整工件的成像数据。
9、本专利技术的第二次扫描不同于现有的旋转台双侧偏置，本专利技术是将旋转台中心沿垂直于光轴的水平方向移动距离2d，将旋转台顺时针旋转角度δθ，然后进行第二次扫描，通过旋转台精确匹配两次偏置的视角，再结合虚拟探测器映射方法实现横向视场拼，不需要进行角度插值或将数据重排为平行束投影，图像拼接时只需要对行列二维插值，因此极大地减少了图像拼接时间，且不不依赖于数据冗余条件，因此ct重建时不会引入新的伪影，既可以用于普通的辐射成像(digital radiography，dr)，也可以用于ct扫描成像，该方法与具体的ct扫描方式无关，因此也可以直接应用于圆轨道、螺旋轨道、直线轨道等各种ct扫描场合，算法具有很强的通用性。
10、进一步地，步骤s1中，根据探测器宽度wd、待检测工件横向半径r、源物距s1和源像距s2，以充分利用探测器宽度和避免设备安装误差的影响为目标构建偏置距离d的计算模型。
11、进一步地，步骤s1中，偏置距离d的计算模型如下所示：
12、
13、进一步地，步骤s2中，δθ是的计算模型如下：
14、
15、其中，θd为旋转台中心沿垂直于光轴的水平方向移动距离d后，光轴与射线源-转轴连线之间的夹角。
16、步骤s4中，p(x,z)和p'(x',z')的映射关系满足：
17、x＝s2tan(β-θd)
18、
19、
20、其中，s2为源像距；θd为旋转台中心沿垂直于光轴的水平方向移动距离d后，光轴与射线源-转轴连线之间的夹角，β为虚拟探测器坐标系下像素-光源连线与光轴的夹角在x'轴的分量；
21、步骤s5中，s′1的计算模型如下：
22、
23、其中，s1为源物距，d为偏置距离。
24、进一步地，射线源包括x射线、中子或质子。
25、进一步地，成像方式包括辐射成像或ct扫描。
26、一种扩大横向视场的成像系统，包括：
27、数据存储模块，用于存储基础数据，所述基础数据包括探测器宽度wd、待检测工件横向半径r、源物距s1和源像距s2；
28、旋转角度计算模块，用于基于设定的偏置距离d和源物距s1计算第二次扫描所需的旋转角度δθ；
29、执行单元，包括位移台、旋转台和探测器，其中，位移台用于执行控制单元发出的水平方向移动指令，旋转台用于执行控制单元发出的旋转指令，探测器用于完成第一次扫描和第二次扫描；
30、控制单元，用于控制位移台和旋转台进行水平方向移动和旋转动作以及探测器的扫描动作；
31、数据采集模块，用于采集投影图像集，所述投影图像集包括第一次投影图像集和第二次投影图像集；
32、模型构建模块，用于在实际的扫描系统构上构建虚拟探测器；
33、图像拼接模块，用于将原探测器的像素p(x,z)映射到虚拟探测器的像素p本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种扩大横向视场的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种扩大横向视场的成像方法，其特征在于，步骤S1中，根据探测器宽度wd、待检测工件横向半径r、源物距s1和源像距s2，以充分利用探测器宽度和避免设备安装误差的影响为目标构建偏置距离d的计算模型。
3.根据权利要求2所述的一种扩大横向视场的成像方法，其特征在于，步骤S1中，偏置距离d的计算模型如下所示：
4.根据权利要求1所述的一种扩大横向视场的成像方法，其特征在于，步骤S2中，Δθ是的计算模型如下：
5.根据权利要求1所述的一种扩大横向视场的成像方法，其特征在于，步骤S4中，P(x,z)和P'(x',z')的映射关系满足：
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种扩大横向视场的成像方法，其特征在于，射线源包括X射线、中子或质子；成像方式包括辐射成像或CT扫描。
7.一种扩大横向视场的成像系统，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述一种扩大横向视场的成像系统，其特征在于，还包括：
9.如权利要求7或8所
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种扩大横向视场的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种扩大横向视场的成像方法，其特征在于，步骤s1中，根据探测器宽度wd、待检测工件横向半径r、源物距s1和源像距s2，以充分利用探测器宽度和避免设备安装误差的影响为目标构建偏置距离d的计算模型。
3.根据权利要求2所述的一种扩大横向视场的成像方法，其特征在于，步骤s1中，偏置距离d的计算模型如下所示：
4.根据权利要求1所述的一种扩大横向视场的成像方法，其特征在于，步骤s2中，δθ是的计算模型如下：
5.根据权利要求1所述的一种扩大横向...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭伯仲，阳庆国，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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