基于光耦探测器x射线三维显微镜重建体素尺寸标定方法
【专利摘要】本发明涉及X射线CT【技术领域】，为提供重建图像像素尺寸的标定方法。为此，本发明采取的技术方案是，基于光耦探测器X射线三维显微镜重建体素尺寸标定方法，首先利用标准栅格板进行高分辨显微CT的光学放大标定，然后利用标准的球棒进行三维显微镜整体放大倍数标定，通过计算获取几何放大倍数，进一步建立几何放大倍数与射线源、样品台和探测器相对于各自零位的位置的关系的公式，根据该公式即可简单方便的计算射线源和探测器位置发生变化的几何放大比，利用CCD像素尺寸除以几何放大比和光学放大比的乘积，得到最终的体素尺寸。本发明主要应用于X射线CT设备的设计、制造。
【专利说明】基于光耦探测器X射线三维显微镜重建体素尺寸标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及X射线CT【技术领域】，具体讲，涉及基于光耦探测器X射线三维显微镜 重建体素尺寸标定方法。 技术背景
[0002] X射线CT是无损检测领域的重要技术手段，其分辨力一般处于毫米量级。基于光 耦探测器的X射线三维显微镜以其高的空间分辨力，在MEMS器件封装和装配误差分析、半 导体器件封装和内部缺陷检测、石油地质勘探等方面起到了越来越重要的作用。
[0003] X射线显微镜扫描成像过程是：射线源发射出的X射线穿透所述待测样品后投射 至所述探测器上，完成一幅投影图像的采集；通过在360度范围内的系列均匀采样，并利用 相应的成像算法即可获取三维立体图像。
[0004] 分辨率是X射线显微镜的一个非常重要的技术指标。而这个指标是由体素尺寸决 定。体素尺寸越小，分辨率越高。X射线显微镜三维重建结果可以视为一系列代表物质衰减 系数的小立方体组成，这些小立方是以像素为单位的，因此无法直接得到体素尺寸。将像素 尺寸转换为实际的体素尺寸是X射线显微镜成像中的重要过程。在实际扫描成像过程中， 射线源、样品台和探测器的相对位置发生变化时，体素的尺寸也在发生变化，因此自动标定 体素尺寸十分必要。
[0005] 中国专利申请号201310109460. 3提出了"锥束3D-CT扫描系统重建体素尺寸的自 动标定方法"。该专利不需要进行几何放大比的直接计算、校正程序简单、实用。但是该方 法是基于平板探测器的X射线CT系统，而且只适用于射线源和探测器位置固定的情况。本 专利则是针对基于光耦探测器的高分辨显微CT系统，关于其标定方法目前国内外的文献 资料中并未查找到相关报道。
【发明内容】
[0006] 为克服现有技术的不足，提供重建图像像素尺寸的标定方法。为此，本发明采取的 技术方案是，基于光耦探测器X射线三维显微镜重建体素尺寸标定方法，首先利用标准栅 格板进行高分辨显微CT的光学放大标定，然后利用标准的球棒进行三维显微镜整体放大 倍数标定，通过计算获取几何放大倍数，进一步建立几何放大倍数与射线源、样品台和探测 器相对于各自零位的位置的关系的公式，根据该公式即可简单方便的计算射线源和探测器 位置发生变化的几何放大比，利用CCD像素尺寸除以几何放大比和光学放大比的乘积，得 到最终的体素尺寸。
[0007] 利用标准栅格板进行高分辨显微CT的光学放大标定具体为：
[0008] 步骤101 :将光耦探测器前端的闪烁体更换为栅格板，通过调节栅格板的位置，使 其在CCD上成清晰像，此时栅格板所在位置即为原先闪烁体所在位置；
[0009] 步骤102 :通过Canny算子对栅格板显微图像进行边缘提取，计算出平行栅格之间 的距离；
[0010] 步骤103 :利用栅格之间的距离进行光学放大倍数的标定：利用平行栅格之间的 距离除以平行栅格之间的实际距离，即得光学放大倍数；
[0011] 步骤104 :求取多行多列的光学放大倍数，将结果取平均得最终的光学放大倍数。
[0012] 利用标准的球棒进行三维显微镜整体放大倍数标定：
[0013] 步骤201采集标准球棒的显微CT投影图像；
[0014] 步骤202使用Canny算子提取标准球棒中双球的投影图像的边缘；
[0015] 步骤203使用Hough变换确定标准球棒中双球的圆心的位置，并且计算出球心距 离；
[0016] 步骤204利用计算出的球心距离除以标准球棒的实际距离，即得总放大倍数。
[0017] 通过计算获取几何放大倍数具体为：
[0018] 步骤301用总放大倍数除以前面标定的光学放大倍数，即得此时的几何放大倍 数；
[0019] 步骤302标定出的几何放大倍数和此时射线源、样品台和探测器相对于各自零位 的位置，解算出它们处于各自零位时的SDD。和S0D。；
[0020] 步骤303建立几何放大倍数与各位置读数的公式如下：
[0021]
【权利要求】
1. 一种基于光耦探测器X射线三维显微镜重建体素尺寸标定方法，其特征是，首先利 用标准栅格板进行高分辨显微CT的光学放大标定，然后利用标准的球棒进行三维显微镜 整体放大倍数标定，通过计算获取几何放大倍数，进一步建立几何放大倍数与射线源、样品 台和探测器相对于各自零位的位置的关系的公式，根据该公式即可简单方便的计算射线源 和探测器位置发生变化的几何放大比，利用CCD像素尺寸除以几何放大比和光学放大比的 乘积，得到最终的体素尺寸。
2. 如权利要求1所述的基于光耦探测器X射线三维显微镜重建体素尺寸标定方法，其 特征是，利用标准栅格板进行高分辨显微CT的光学放大标定具体为： 步骤101 :将光耦探测器前端的闪烁体更换为栅格板，通过调节栅格板的位置，使其在 C⑶上成清晰像，此时栅格板所在位置即为原先闪烁体所在位置； 步骤102 :通过Canny算子对栅格板显微图像进行边缘提取，计算出平行栅格之间的距 离； 步骤103 :利用栅格之间的距离进行光学放大倍数的标定：利用平行栅格之间的距离 除以平行栅格之间的实际距离，即得光学放大倍数； 步骤104 :求取多行多列的光学放大倍数，将结果取平均得最终的光学放大倍数。
3. 如权利要求1所述的基于光耦探测器X射线三维显微镜重建体素尺寸标定方法，其 特征是，利用标准的球棒进行三维显微镜整体放大倍数标定具体为： 步骤201采集标准球棒的显微CT投影图像； 步骤202使用Canny算子提取标准球棒中双球的投影图像的边缘； 步骤203使用Hough变换确定标准球棒中双球的圆心的位置，并且计算出球心距离； 步骤204利用计算出的球心距离除以标准球棒的实际距离，即得总放大倍数。
4. 如权利要求1所述的基于光耦探测器X射线三维显微镜重建体素尺寸标定方法，其 特征是，通过计算获取几何放大倍数具体为： 步骤301用总放大倍数除以前面标定的光学放大倍数，即得此时的几何放大倍数； 步骤302标定出的几何放大倍数和此时射线源、样品台和探测器相对于各自零位的位 置，解算出它们处于各自零位时的SDD0和S0D0 ; 步骤303建立几何放大倍数与各位置读数的公式如下： SDD, - Ls - Ld n S〇Di、- Ls + L〇=l (1) 其中，Ls，Lo和Ld分别为射线源、样品台和探测器成像时相对于各自零位的坐标，由光 栅尺给出；β geo为此时的几何放大倍数；SDD0和S0D0为射线源、样品台和探测器在各自 零位时的射线源到探测器中心距离SDD(distance of source to detector)和射线源到转台 中心距离 SOD (distance of source to object); 步骤304通过读取射线源、样品台和探测器成像时相对于各自零位的坐标，根据公式 (1)即可计算出几何放大比。
5. 如权利要求1所述的基于光耦探测器X射线三维显微镜重建体素尺寸标定方法，其 特征是，体素尺寸计算具体为：步骤401利用CCD像素尺寸除以几何放大比和光学放大比的 乘积。
【文档编号】G01B11/00GK104048600SQ201410263478
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】胡小唐, 胡晓东, 邹晶, 须颖, 赵金涛, 牛鑫 申请人:天津大学