一种连续扫描三维锥束工业ＣＴ角度增量确定方法技术

本发明专利技术属于Ｘ射线计算机层析成像（ＣＴ）技术领域，具体为一种连续扫描三维锥束工业ＣＴ角度增量确定方法，步骤为：（１）进行单圆轨道锥束ＣＴ扫描，获得一组二维投影图像；（２）对步骤（１）中二维投影图像进行对数解调，获得一组二维线积分图像；（３）计算步骤（２）中第一幅二维线积分图像与步骤（２）中其他二维线积分图像的相关系数，形成一个一维相关系数数组；（４）搜索步骤（３）获得的一维相关系数数组中的最大值，记录下该最大值在该数组中的序号；（５）将步骤（４）获得的最大值对应的序号减１，并除２π，结果即为连续扫描三维锥束工业ＣＴ的角度增量。本发明专利技术实现过程简单、高效，精度高，不需要特殊的硬件和额外的锥束扫描投影数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种连续扫描三维锥束工业CT角度增量确定方法，属于X射线计算机 层析成像(CT)

技术介绍
在X射线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受，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。 因为较高的成像效率，基于面阵探测器的X射线三维锥束工业CT成像技术在航 空、航天、核工业等领域得到了越来越广泛的应用。通常，这类系统采用单圆轨道锥束扫描 方式实施CT扫描。在这种扫描方式下，X射线源和探测器是静止的，而物体放置于转台，在 360°范围内步进旋转；探测器在每个扫描角度下采集透过物体的X射线投影信号，形成一 组二维投影图像；最后，基于这组二维投影图像和FDK类型的重建算法重建物体三维CT图 像。这类系统的成像速度主要由扫描速度和重建速度决定。目前，由于图形处理单元(GPU) 及其相应并行运算架构CUDA的应用，锥束CT的重建速度已显著提高，大大高于扫描速度。 因此，为进一步提高成像效率，必须减小扫描时间。减小扫描时间的一种方法是用连续扫描 方式取代步进扫描方式。 在实际应用中，与步进扫描方式相比，连续扫描方式存在一个突出问题由于 难以做到探测器和转台的工作时序完全同步，CT扫描角度增量不能准确确定。U.Kumar 等，A statistical correction method for minimization of systemic artefact in aconti皿ous—rotate X—ray based industrial CT system, Nuclear Instruments andMethods in Physics Research A， Vol. 515， pp. 829-839， 2003，描述了一种用于连续扫 描二维工业CT角度增量确定方法。这种方法首先计算二维工业CT投影正弦图第一行数据 与其他各行数据差值的标准差，然后以最小标准差对应的扫描位置为完成360°扫描的位 置，进而确定扫描角度增量。但是，这种方法仅适用于基于线阵探测器的二维工业CT系统， 难以为基于面阵探测器的连续扫描三维锥束工业CT系统采用。 目前，尚未发现有用于基于面阵探测器的连续扫描三维锥束工业CT系统的角度 增量确定方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对基于面阵探测器的连续扫描三维锥束工业CT系统角度增量确定问题，提供一种基于投影图像相关性的角度增量确定方法。该方法实现 过程简单、高效，精度高，不需要特殊的硬件和额外的锥束扫描投影数据。本专利技术采用的技术方案连续扫描三维锥束工业CT角度增量确定方法，其特征在于包括下列步骤 (1)进行单圆轨道锥束CT扫描，获得一组二维投影图像； (2)对步骤(1)中所述二维投影图像进行对数解调，获得一组二维线积分图像； (3)计算步骤(2)中第一幅二维线积分图像与步骤(2)中其他二维线积分图像的 相关系数，形成一个一维相关系数数组； (4)搜索步骤(3)获得的一维相关系数数组中的最大值，记录下该最大值在该数 组中的序号； (5)将步骤(4)获得的最大值对应的序号减1，并除2 ，结果即为连续扫描三维工 业CT的角度增量。 本专利技术基于面阵探测器的连续扫描三维锥束工业CT扫描原理如图1 :扫描物体放 置于检台上匀速连续旋转；旋转过程中，由面阵探测器以固定采样速度连续采集透射过物 体的射线投影，获得二维投影图像；当检台旋转380度时，探测器停止采样，检台和射线源 同时停止，扫描结束；根据扫描形成的投影数据和角度增量，利用对数解调算法和CT重建 算法进行重建，即可获得物体三维层析图像。 在如图1所示的连续扫描方式下，探测器获取的二维投影图像可用I(i， m， n)表 示，其中，i表示扫描角度，(m， n)表示某一探测通道在面阵探测器上的位置。根据这些二 维投影图像，可以用对数解调公式(1)获得相应的二维线积分图像P(i，m，n)。 <formula>formula see original document page 5</formula> 其中，P(i，m，n)表示第i个扫描角度对应的二维线积分图像；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， K为二维线积 分图像的高度，(1 : IO，I : K)定义了二维图像上的一个宽度为IO高度为K的区域。例 如，设第i个扫描角度对应的二维投影图像I(i，m，n)的宽度为900，高度为IOOO，则其二维线积分图像求取公式为<formula>formula see original document page 5</formula> 利用FDK类型的CT重建算法进行重建，除了要利用上述二维线积分图像，还必须 计算出正确的连续角度增量。即使是轻微的角度增量错误，在CT图像上也会导致明显的伪 影和模糊。为说明这个问题，我们利用经典三维Sh印p-Logan模型进行了计算机仿真研究。 图2(a)显示了一组没有角度误差的CT重建图像，图2(b)显示了角度误差为0.0028°时 的CT重建图像，图2(c)显示了角度误差为0.0056°时的CT重建图像。图3(a)是图2(a) 与图2(b)的差值图像，图3(b)是图2(a)与图2(c)的差值图像。图3 (c)显示了图2(a)、 (b)和(c)中线条对应部分的灰度曲线。从这些结果可以看出，轻微的角度增量错误也会在 CT图像上导致明显的伪影和模糊。 为此，本专利技术提出一种基于面阵探测器的连续扫描三维锥束工业CT系统角度增 量确定方法。该方法利用了 CT扫描的如下性质根据CT扫描原理，同一物体在0°和360° 扫描角度下，其二维线积分图像相同。它首先计算0。扫描角的二维线积分图像与其他扫描 角度下的二维线积分图像的相关系数，然后将具有最大相关系数的扫描角度视为360°扫 描角位置。当扫描角度360。已知后，就可根据O。和360°下的二维线积分图像的序号利 用公式(2)计算出360°内探测器采集的图像的个数。C(i) = corr(P(l， m， n) ， P(i， m， n)) ， 1《i《Np N= i|c(i)=_(c) (2) 公式(2)中，C(i)表示第1个二维线积分图像与第i个二维线积分图像的相关系 数；corr表示二维相关运算；P(l， m， n)表示第1个扫描角度对应的二维线积分图像；P(i， m，n)表示第i个扫描角度对应的二维线积分图像；NP表示物体在380度内采集的所有图像 的个数；N表示与第1个二维线积分图像具有最大相关性的二维线积分图像对应的扫描角 度序号，也表示360°内探测器采集的图像的个数；C表示第1个二维线积分图像与其他二 维线积分图像的相关系数；max表示一维数组取最大值运算。 当360°内探测器采集的图像的个数N已知后，即可利用公式(3)计算出连续扫描角度增量。这里，A表示角度增量。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续扫描三维锥束工业ＣＴ角度增量确定方法，其特征在于包括下列步骤：（１）进行单圆轨道锥束ＣＴ扫描，获得一组二维投影图像；（２）对步骤（１）中所述二维投影图像进行对数解调，获得一组二维线积分图像；（３）计算步骤（２）中第一幅二维线积分图像与步骤（２）中其他二维线积分图像的相关系数，形成一个一维相关系数数组；（４）搜索步骤（３）获得的一维相关系数数组中的最大值，记录下该最大值在该数组中的序号；（５）将步骤（４）获得的最大值对应的序号减１，并除２π，结果即为连续扫描三维工业ＣＴ的角度增量。

【技术特征摘要】
一种连续扫描三维锥束工业CT角度增量确定方法，其特征在于包括下列步骤(1)进行单圆轨道锥束CT扫描，获得一组二维投影图像；(2)对步骤(1)中所述二维投影图像进行对数解调，获得一组二维线积分图像；(3)计算步骤(2)中第一幅二维线积分图像与步骤(2)中其他二维线积分图像的相关系数，形成一个一维相关系数数组；(4)搜索步骤(3)获得的一维相关系数数组中的最大值，记录下该最大值在该数组中的序号；(5)将步骤(4)获得的最大值对应的序号减1，并除2π，结果即为连续扫描三维工业CT的角度增量。2. 根据权利要求l所述的一种连续扫描三维锥束工业CT角度增量确定方法，其特征在 于所述步骤(1)中进行单圆轨道锥束CT扫描，获得一组二维投影图像步骤为(1. 1)将被扫描物体放置于三维锥束工业CT系统转台，确保任一扫描角度下，物体被 锥束覆盖；(1. 2)以锥束射线对物体实施透照，同时，检台匀速连续旋转，由面阵探测器以固定采 样帧频连续采集透射过物体的射线投影，获得二维投影图像；(1.3)当检台旋转380度时，探测器停止采样，检台和射线源同时停止，即完成一次单 圆轨道锥束CT扫描；(1. 4)当扫描结束，将面阵探测器获取的多个二维投影图像按采集时间顺序排列起来， 形成一组二维投影图像I (i， m， n)，其中，i表示扫描角度，m和n是某一探测通道在面阵探 测器上的位置。3. 根据权利要求l所述的一种连续扫描三维锥束工业CT角度增量确定方法，其特征在 于所述的步骤(2)中对步骤(1)中所述二维投影图像进行对数解调，获得一组二维线积分 图像的方法如下<formula>formula see original document page 2</formula>/(,，OT, )其中，P(i， m，...

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