[發明專利]錐束CL幾何全參數迭代校正方法

在審

• 申請號: 201710201826.8
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN107016655A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 李磊;王敬雨;韓玉;閆鑌;席曉琦;孫艷敏;劉建邦;肖凱
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍信息工程大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/00
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司41111
• 代理人: 陳大通

技術領域

該發明涉及一種錐束CL幾何參數校正方法，特別是涉及一種錐束CL幾何全參數迭代校正方法。

背景技術

計算機斷層成像(Computed Tomography,CT)技術能夠在無損的情況下獲得被檢測物體內部的三維結構信息，重建出物體的三維圖像，被廣泛應用于無損檢測、醫療診斷等領域。然而在實際應用中，當遇到扁平狀物體如集成電路、印刷電路板時，由于受到檢測空間和射線能量的限制，CT成像效果并不理想。為了避免這種限制，計算機層析成像(Computed Laminography,CL)技術得到發展，其對于扁平狀物體的檢測具有獨特的優勢。CL系統結構成像時,光源與探測器不動，物體進行旋轉，采集被成像物體的投影，通過重建算法對采集到的投影進行重建得到物體的三維圖像。而重建算法的實現需要已知系統的幾何參數，如果幾何參數存在偏差將造成重建圖像出現幾何偽影，為避免這種情況，需要對系統進行幾何參數校正。

目前，現有CL幾何參數校正算法僅能求解系統的部分幾何參數。而通過分析CL和CT的系統結構可知：在CL中，射線源發出的主光束與物體表面不是垂直的，而是有一個傾斜角α；而在傳統CT中，射線源發出的主光束與被掃描物體的表面是垂直的。因此，理論上不受α角影響的CT幾何參數校正方法都可以借鑒到CL系統。傳統的CT幾何校正算法中，一類通常忽略探測器俯仰角，只能求解部分幾何參數；而另一類能求解所有的幾何參數但通常需要復雜的定標體模。2013年Zhang提出了一種迭代的基于雙球定標體模的錐束CT圓軌跡幾何定標算法，該算法所用定標體模簡單、能夠求解所有的幾何參數，但是不能直接用于CL，因為在CL中該算法受轉軸傾斜角的影響較大，部分參數求解精度不準確，影響重建圖像的質量。

發明內容

本發明克服了現有技術中，CL幾何校正方法僅校正部分幾何參數的缺陷，提供一種通過簡單體膜，同時校正CL系統所有幾何參數的錐束CL幾何全參數迭代校正方法。

本發明的技術解決方案是，提供一種具有以下步驟的錐束CL幾何全參數迭代校正方法：含有如下步驟：

步驟1：確定CL系統幾何參數中對CT幾何參數校正方法的敏感參數；

步驟2：將敏感參數作為待求變量，根據CL實際系統與理想系統之間幾何誤差重新構建包含敏感參數的目標函數；

步驟3：用高斯-牛頓算法對目標函數進行迭代求解。

所述步驟1中敏感參數為：射線源焦點坐標S(sx,sy,sz)、射線源焦點投影坐標P(px,0,pz)、轉軸旋轉角η和幾何放大比t。

所述敏感參數的確定過程如下，步驟1.1、根據雙球定標體模中定標小球投影軌跡為橢圓的特性和隱消線理論求得轉軸旋轉角η和焦點投影橫坐標坐標px；

步驟1.2、構建包含焦點投影縱坐標pz和焦點坐標(sx,sy,sz)與幾何放大比t的目標函數；其過程為，在上下兩個定標小球旋轉軌跡上分別采集120個采樣點，計算第i個點到旋轉中心的距離r_i以及它們的平均值r，計算每一組相對應的上下兩個采樣點之間的距離m_i，然后根據r_i與r的相對誤差以及m_i與定標桿中心距離的誤差，建立其非線性最小二乘目標函數。

所述步驟3中高斯-牛頓算法的具體求解過程如下：

步驟3.1：兩球球心距離d為常數，其在優化過程中保持不變，以初步求解出的pz和存在誤差的機械系統讀數作為算法初值；

步驟3.2：計算第k次迭代的雅可比矩陣J，即計算誤差向量的第i個誤差關于決策向量的第j個參數的偏導；

步驟3.3：計算增益矩陣X_k+1＝X_k+ΔX，更新參數，直到到達終止條件，終止條件設為|ΔX|＜ε，其中ε＝10^-6。

與現有技術相比，本發明錐束CL幾何全參數迭代校正方法具有以下優點：本發明對傳統CT中Zhang提出的幾何校正算法進行改進，提出了一種適合錐束CL的幾何標定算法，能求解系統的所有幾何參數。仿真實驗結果表明，算法具有收斂速度快、計算精度高的特點。相較于Zhang的方法，本文方法對射線源焦點投影縱坐標，射線源焦點坐標，幾何放大比的求解精度均有提高。

附圖說明

圖1是本發明錐束CL幾何全參數迭代校正方法中錐束CL的掃描結構示意圖。

具體實施方式

附圖說明中標號1是被掃描物體。