[发明专利]一种锥束CT系统角度偏差测量方法

说明书

技术领域

本发明属于精密测量领域，尤其涉及一种锥束CT系统角度偏差的测量方法。

背景技术

计算机断层成像技术(Computed Tomography，简称CT)是一种利用计算机技术对被测物体进行断层扫描以实现三维图像重建的扫描方式，该CT技术具有无损、精确、空间分辨率高以及三维成像等诸多优点，在工业应用方面特别是在无损检测与无损评价领域应用中具有独特的优势。在锥束CT系统中，三维重建算法要求射线源中心、旋转台中心、探测器中心三点共线，且该中心线与探测器平面、旋转模板平面均垂直。但在工业CT系统的安装及后续使用过程中，难免有机械结构存在几何偏差的问题，即各个结构面与理想平面之间会存在角度偏差，使得重建图像产生条状伪像、阴影伪像、环状和带状伪像以及其它伪像，进而造成图像质量下降，影响缺陷的检测和分析。目前锥束CT系统机械结构几何偏差的校正方法可以分为两大类：（1）迭代法，该方法是利用循环算法构造序列以得到问题近似解，其优点是抗噪声能力好，但由于迭代法的运算量大而使重建时间过长，并且使得算法收敛的初始值较难确定；（2）解析法，该方法是利用解析表达式来表达成像函数以求问题解的方法，其优点是算法结构简单、重建速度快，但解析法通常假设了系统的理想性或忽略了某些几何参数的影响，且计算结果对噪声较为敏感，鲁棒性差。目前，锥束CT系统角度偏差参数的测量方法主要是采用平面解析几何法并使用模板进行校准。该方法是通过假设模板的理想性（参见侯颖，锥束XCT系统的定标方法研究，大连:大连理工大学，2010），将模板和探测器的偏差参数全部等效为探测器的偏差，因此该方法所测得结果为模板与探测器的相对值，误差也为相对误差，此时模板测量值为假设的0，因而该方法无法实现探测器和模板各自的偏差参数值的分离。而利用本发明所提出的一种锥束CT系统的角度偏差测量方法可以很好地解决这些问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术无法同时实现对锥束CT系统中探测器以及转台的角度偏差的高精度测量问题，提供一种锥束CT系统角度偏差的测量方法。

锥束CT系统角度偏差测量方法如下：

1)选用有n组均匀对称分布标记点的校准用模板，n为自然数，每一组标记点有4个关于校准用模板中心点对称的圆形标记点，将该校准用模板安装在锥束CT系统的转台上，使射线源中心、校准用模板中心以及探测器中心三点共线，且校准用模板平面与锥束CT系统转台平面垂直；

2)利用锥束CT系统对校准用模板进行测量，得到校准用模板上各个标记点投影在探测器上的灰度图，并利用数字图像处理方法得到校准用模板上所有圆形标记点在探测器平面坐标系UO′V上的投影坐标数据其中以探测器中心O′为坐标原点，过O′点与射线源中心点的直线方向为坐标轴W，过O′点的水平和竖直方向分别为坐标轴U、V，建立探测器空间坐标系UVW，i表示标记点组别（i＝1,2,...,n，下同），j表示每组标记点在探测器上的位置（j＝1,2,3,4，分别对应4个角位置，下同），(k)表示第i组第j个校准用模板标记点投影数据所包含的有效像素个数；

3)将步骤2)所得到的投影坐标数据应用最小二乘法来确定校准用模板上每个投影标记点的中心位置，得到第i组第j个校准用模板上标记点在探测器平面上投影的中心坐标数据(u_ij,v_ij)；

4)将步骤3）中所得到的坐标数据(u_ij,v_ij)代入锥束CT系统角度偏差测量模型方程组中，即：