[發明專利]基于工業CT掃描技術的體積測量方法

無效

• 申請號: 201210121485.0
• 申請日: 2012-04-24
• 公開（公告）號: CN102628682A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 鄒永寧;王玨;伍立芬;陶李;段偉偉
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01B15/00
• 分類號: G01B15/00;G06T7/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 王海權

技術領域

本發明涉及一種圖像體積測量方法，特別是一種基于CT掃描圖像的體積測量方法。

背景技術

工業CT測量技術是工業CT檢測技術由定性檢測向定量測量發展的重要研究內容，基于CT圖像的二維測量已有較好基礎，但三維測量仍存在較多問題。三維測量是從CT圖像中提取有用的信息，快速、準確地獲取待測物體的體積、表面積等空間三維數據。目前的CT圖像測量還停留在人機交互選取感興趣區域的階段，測量結果受操作者影響大，精度和速度都不理想，且對于精密工件三維尺寸的測量顯得無能為力。因此，對CT圖像高精度三維測量方法的研究十分必要。

通常，工業CT系統在實際檢測過程中，為了提高三維掃描檢測效率、降低檢測成本，在對被測工件進行連續切片的三維掃描時，CT切片圖像像素寬度遠小于切片厚度和切片層間距離。切片內二維圖像分辨率比垂直于切片方向的層間分辨率大約高一個數量級，現有的三維測量算法測量體積相對誤差在5%左右，精度遠達不到高精度測量的要求。

基于CT圖像的三維測量方法有從體數據直接測量和基于切片圖像測量兩種：體數據直接測量的方法有3DFacet模型法等，基于二維切片圖像的測量方法則包括灰度插值法、形狀插值法、數學形態學方法等。

在三維測量方面，研究者們已經做了如下的工作：對相鄰兩層的輪廓采用數學形態學中的膨脹與腐蝕處理，生成中間層的輪廓，能較好地保持輪廓細節，很好地展現層間輪廓的變化趨勢，但是精度局限于像素級別；基于灰度的插值方法是直接把相鄰層灰度值的加權平均值作為中間層的灰度值，特點是簡單易行，但是會產生邊界模糊，邊界定位不準，測量精度差；基于形狀的插值算法基本思想是提取工件輪廓得到二值圖，再對輪廓內外的點進行距離變換，再對距離圖進行插值，最后將其閾值化為二值圖，實現層間輪廓的均勻過渡變化，此方法的測量精度局限于像素級；3D?Facet模型法通過多項式擬合Facet模型，根據3D方向導數信息求得二階過零點，得到工件的三維邊緣點，再根據多面體法計算工件體積，這種方法精度高，但是計算量大，且容易產生不連續的輪廓；此外有學者提出基于層厚幾何分析的層間處理算法，實現高精度地醫學圖像三維顯示，效果較好，但是對待插圖像輪廓相似性要求高，速度較慢。

發明內容

本發明的目的就是提供一種基于工業CT掃描技術的體積測量方法，它在面積和體積的測量精度比以往算法高5倍以上。

本發明的目的是通過這樣的技術方案實現的，具體步驟如下：

1）提取邊緣，采用Zernike矩對CT掃描得到的二維圖像提取亞像素級邊緣；

2）邊緣點多項式擬合，對步驟1）中提取出來的邊緣點進行多項式最小二乘擬合，得到擬合函數，根據擬合函數將擬合后的點坐標轉換為極坐標；

3）層間匹配，對步驟2）中的擬合函數曲線進行等相角間隔采樣，并建立同相角的輪廓點匹配；

4）層間插值，對匹配后的邊緣輪廓點采用層間插值擬合算法，得到該相角下各中間層的輪廓點坐標；

5）預測頂端，對插值擬合后的層間輪廓采用灰度外插法，預估工件頂端點坐標，根據頂端點坐標進行補頂處理；

6）測量體積，根據層間值后的三維擬合輪廓數據，首先計算各中間層切片二維面積，再利用臺體法計算工件體積。

進一步，針對步驟1）中Zernike矩提取方法存在的邊緣粗化和邊緣斷裂，采用非極小值抑制方法進行改進。

進一步，步驟2）中所述邊緣點多項式擬合的具體方法為：

對于于平面上的離散點????????????????????????????????????????????????，構造M階多項式來擬合這N個數據點，通過公式

????????????????????????

的最小值便可得到系數c₁…c_M+1，即求得擬合函數f(x)?。

進一步，步驟3）中所述層間匹配的具體方法如下：

對各層切片輪廓的擬合輪廓的擬合函數按照相同相角進行采樣，采樣點數均取720，采樣相角間隔取，采樣后得到的各層720個采樣點分別用極坐標(ρ,θ)形式和直角坐標(x，y)形式表示，其中θ即為采樣時的相角整數倍，按照極坐標θ相同這一準則進行層間邊緣點匹配，即各層輪廓點中，θ坐標相同的點被歸為同一個匹配小組，視為在待測物體上屬于同一條經線，匹配后的各點按照匹配組依次用直角坐標形式表示。