[發明專利]一種實用的板狀構件層析掃描裝置射束傾角標定方法

有效

• 申請號: 201410060486.8
• 申請日: 2014-02-23
• 公開（公告）號: CN103792567B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 楊民;梁麗紅;朱建華;段盛凌;劉奇
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01T1/29
• 分類號: G01T1/29
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所11121
• 代理人: 李有浩

技術領域

本發明涉及一種適用于板狀構件層析掃描裝置射束傾角的標定，可用于醫學和工業領域射線數字成像（DR-Digital Radiography）、常規錐束射線層析掃描及非常規錐束射線層析掃描成像過程中的相關標定。

背景技術

近些年來，隨著材料科學的飛速發展，多種性能優異的板狀復合材料結構大量地用于航空、航天、船舶工業中，如蜂窩膠接板、太陽能帆板等；另外，在電子工業中大量使用的電子器件，如多層印刷電路板（Printing Circuit Board，PCB）、球柵陣列器（Ball Grid Array，BGA），其結構亦為板狀結構。苛刻的可靠性要求和昂貴的造價，使得這種構件的缺陷、結構形態檢測（如蜂窩板膠結質量、內芯形變檢測；PCB和BGA的焊點質量檢測）必須訴諸于一種有效的無損檢測手段。傳統的超聲檢測方法由于受分辨力、穿透能力以及液體耦合等條件的限制而無能為力，DR（Digital Radiography）檢測盡管可以提供高清晰度的透視圖像，但由于深度方向上的信息重疊而無法對結構缺陷進行定位。傳統的錐束掃描三維層析成像方法，如圓軌跡掃描、正交掃描（包括正交圓掃描、圓＋弧掃描、圓＋直線掃描等）、螺旋掃描以及修正螺旋掃描等，由于被檢構件長寬尺寸與厚度尺寸相差太大，存在以下問題：

(1)掃描裝置的設計難度大，甚至在工程上難以實現；

(2)射線穿過物體的最長路徑為構件的最大幾何尺寸，因此需要足夠能量的射線來穿透物體；

(3)由于射線穿過長（寬）方向的路徑較長，使得透度靈敏度降低，在投影信息上難以體現出掃描斷層介質密度的細微變化，也不可能重構出滿意的斷層圖像。

基于上述問題，出現了一種專用于板狀結構層析的掃描成像裝置。該掃描裝置的原理如圖1所示。射線源1的焦點P發出錐形射線束3，該錐形射線束3的中心射線記為PO（O點是平板探測器的成像平面7中心點），且中心射線標識號為2。板狀構件5（被檢測對象）放置在掃描平臺6上，并隨掃描平臺6運動，以及繞掃描平臺6的旋轉軸4轉動；中心射線2與旋轉軸4的夾角稱為射束傾角，記為α；平板探測器8安裝在掃描臺6下方的弧形導軌9上，中心射線PO垂直于平板探測器的成像平面7；平板探測器8沿弧形導軌移動可以調節射束傾角α的大小。層析掃描成像開始時，被檢測板狀構件5在掃描平臺6的拖動下繞旋轉軸4在360度范圍內旋轉，平板探測器8采集板狀構件5在不同旋轉位置的投影圖像；基于360度旋轉范圍內的所有投影圖像，通過板狀構件層析掃描裝置的圖像重建與圖像處理單元反演出被檢測板狀構件5的斷層圖像。

然而，對于實際的層析掃描裝置，中心射線2和旋轉軸4虛擬不可見，從而導致射束傾角α無法直接測量得到，而后期的圖像重建與圖像處理單元中需要輸入射束傾角α的精確值。實踐證明，若α出現誤差會導致層析圖像出像偽影，從而影響被檢測對象內部結構與質量狀態信息的準確輸出，對產品的質量評判與結構逆求造成不利。

發明內容

本發明的目的是提出一種實用的板狀構件層析掃描裝置射束傾角標定方法。該標定方法基于位于層析掃描裝置掃描臺上的一點旋轉360度時，其在探測器成像面的投影軌跡為一橢圓的原理。首先在掃描平臺上固定一球形目標體，然后采集該目標體360度旋轉范圍內的投影序列；利用圖像處理方法獲取目標體的投影質心坐標，并基于所有投影質心坐標，利用最小二乘擬合法得到目標體的橢圓投影軌跡方程，通過橢圓的短半軸與長半軸之比換算出射束傾角的值。

一種實用的板狀構件層析掃描裝置射束傾角標定方法，所述板狀構件層析掃描裝置包括有射線源（1）、掃描平臺（6）、平板探測器（8）、弧形導軌（9）；其特征在于該標定方法包括有下列實施步驟：

步驟一：選取掃描平臺（6）與射線源（1）之間的間距D₁-D₂盡可能大；

步驟二：將一球形目標體固定在掃描平臺（6）上，且所述球形目標體與掃描平臺（6）的旋轉中心點O₆的距離為10～100mm；

步驟三：啟動射線源（1）和掃描平臺（6），并使掃描平臺（6）繞旋轉軸（4）在360度范圍內旋轉，在每間隔1度～5度的旋轉角度下，平板探測器（8）采集得到球狀目標體的DR投影圖像；

步驟四：對每幅DR投影進行對數變換得到變換投影p_j(x,y)：

步驟五：在圖像重建與圖像處理單元中對第四步對數變換后的每幅DR圖像進行圖像分割，分割后的圖像背景灰度值為0，球狀目標體投影的灰度值保持原來的值；