[发明专利]一种新型ICL系统及实现方法

说明书

本发明涉及一种新型ICL系统，属于计算机分层成像领域。该系统包括射线源、平板探测器、待测样品、平台，所述射线源固定于平台上，平板探测器和待测样品沿同方向平行直线运动，同时在扫描过程中平板探测器同步转动，使系统在数据采集过程中平板探测器始终与射线源中心射束垂直。本发明还涉及一种新型ICL实现方法，该方法包括以下步骤：建立成像模型；采用迭代重建算法。本发明结构简单、低成本、可实现性高、可用于大尺寸板状构件的无损检测ICL系统。

技术领域

本发明属于计算机分层成像领域，涉及一种新型ICL系统及实现方法。

背景技术

计算机断层成像(Computed Tomography,CT)是一项较为成熟的无损检测技术，能够有效地对物体内部结构进行成像分析，已广泛应用于工业、医学和航空等领域。在典型的扇形束工业CT系统中，待测样品放置于X射线管和平板探测器之间的转台上，由X射线管产生的X射线经过物体衰减后被探测器收集储存。为了得到穿过样品薄片的重建图像至少需要180度的投影数据。由于几何限制，获取180度的投影数据对于过大尺寸的构件来说几乎是不可能的。同时对于长度和宽度远比厚度大的板状构件，如多层印刷电路板、机翼或者卫星太阳能板等，当射线束与构件接近平行时，其透射强度非常低，极大影响了构件的检测效果；另一方面，为了避免碰撞，射线管和转轴的距离不能太小，从而限制了CT系统的空间分辨率。在这些情况下，计算机分层扫描成像(Computed Laminography,CL)技术成为了一种替代CT的可能。

近年来，X射线计算机分层扫描成像技术的研究和发展令人瞩目。典型的CL系统主要包括三部分：X射线源、探测器及载物台。其特点在于，扫描的对象是平板状的物体，CL系统采用非同轴方式扫描，X射线沿与板状样本平面法线成一定角度的方向穿过，通过X射线源和探测器同步旋转运动或者做简单的相对平行运动，实现多角度对样本进行扫描。CL技术本质上是一种非同轴扫描的有限角度投影的CT技术，它属于非精确重建，通过对构件的不完全扫描，实现对其内部结构形态及缺陷的层析检测。

在过去的几十年中，针对不同应用新型CL系统或方法相继被提出。2013年，Sechopoulos等研发了一种应用于医学领域的胸部计算机分层成像系统(digital breasttomosynthesis,DBT)；在工业领域，也有很多不同的CL系统被提出。1995年，Zhou等研发了一种用于检测大型或平板构件的X源CL系统，并实验检测印刷电路板和焊缝，得到较好的结果；2010年，Maisl等介绍了CL在轻质量构件检测方面的应用；2012年，Que等建立了一套具有新扫描结构的CL系统，并通过计算机模拟研究代数重建算法(ART)在CL成像中的应用；公开号为CN1643371A，名称为“成像大视野物体的系统和方法”的中国发明专利申请中，提出了一种成像装置，通过移动射线源和探测器的位置实现“多扫描轨道”扫描物体，最终实现对大于探测器视野的物体进行成像；闫镔等解决了对长物体、宽物体和大物体的大视的成像问题；2015年，Liu等，在公开号为CN105319225A的中国发明专利中提出了一种工业CL成像系统，该方法实现了对长宽尺度大，厚度薄的板状大物体的检测。但其存在一些不足：1)系统C形臂曲率确定，射线源位置固定不变，导致系统射线源到平板探测器轨迹的距离S_D不可调，从而视场(Field of View,FOV)不可变，导致系统灵活性不高；2)高精度C形臂制造复杂，成本高；虽然这些系统在医学和工业领域的应用都获得了较好的结果，然而他们都没有聚焦系统结构复杂度、成本等。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构简单、低成本、可实现性高、用于大尺寸板状构件的无损检测新型工业计算机分层成像(Industrial Computed Laminography,ICL)系统，并且提出针对本发明CL系统图像重建算法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：