一种基于多层扇束扫描的工业CT扫描方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多层扇束扫描的工业CT扫描方法，属于无损检测技术领域，所述工业CT扫描方法为：令投影角度为β，X射线源和线阵探测器在Z＝Zdown扫描并采集投影数据，X射线源和线阵探测器沿着Z轴由Z＝Zdown同步平移至Z＝Zup，采集投影数据，X射线源和线阵探测器同步旋转Δβ并沿着‑Z轴由Z＝Zup同步平移至Z＝Zdown，采集投影数据，重复，直至投影角度满足π+2γ≤β≤2π，本发明专利技术线阵探测器和X射线源组成二维扇束扫描平面，同时，线阵探测器和X射线源在固定投影角度下平移，实现了扫描视野的纵向覆盖，本发明专利技术所述扫描方法的旋转角度不超过360°即可完成对被扫描物体的整体扫描，相比于螺旋扫描和旋转‑平移扫描，降低了线阵探测器和X射线源的旋转角度范围，进而降低了系统设计难度。

An Industrial CT Scanning Method Based on Multilayer Fan Beam Scanning

【技术实现步骤摘要】
一种基于多层扇束扫描的工业CT扫描方法
本专利技术属于无损检测
，具体地说涉及一种基于多层扇束扫描的工业CT扫描方法。
技术介绍
工业CT扫描(计算机断层扫描)视野通常用一个圆柱体表示，记为Ф×h，其中，圆柱体直径Ф表示扫描视野的横向覆盖范围，圆柱体高度h表示扫描视野的纵向覆盖范围。目前，工业CT大视野扫描方式及重建算法研究多集中在如何扩大扫描视野的横向覆盖范围，包括探测器偏置扫描、转台偏置扫描、探测器分次扫描进行投影拼接、转台多次偏置扫描等方式。对于扩大扫描视野的纵向覆盖范围，有两种扫描方式可供选择，分别是螺旋扫描方式和旋转-平移扫描方式。实现螺旋扫描方式的常见方法有两种，一种是扫描对象作平动，同时射线源和探测器作圆周运动，比如医疗用的诊断CT；另一种是扫描对象作圆周运动，同时射线源和探测器作平动，比如工业CT。旋转-平移扫描方式与螺旋扫描方式类似，区别在于螺旋扫描方式的旋转运动与平动是同步进行，而旋转-平移扫描方式的旋转运动与平动是异步进行。在工业无损检测领域，扫描对象由于特殊条件限制既不能作平动，也不能作圆周旋转运动，此时，需要射线源和探测器完成平动和旋转。以旋转-平移扫描方式为例，如图1所示，X射线源和线阵探测器首先在Z＝zdown处作圆周扫描，获得Z＝zdown处的断层图像；然后，如图2所示，X射线源和线阵探测器沿着Z轴平移至Z＝zdown+Δz处，再作圆周扫描，获得Z＝zdown+Δz处的断层图像，同理，可获得Z＝zdown+iΔz处的断层图像。这样，X射线源和线阵探测器需要作多次圆周旋转运动。但是，对于大尺寸和高密度扫描对象，常规X光机能量难以穿透扫描物体，需采用加速器作为X射线源，而加速器体积较大，包括水机、控制柜、高压电源、线缆等附属部件繁多，为平动和旋转增加了技术难度。
技术实现思路
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种基于多层扇束扫描的工业CT扫描方法，以扩大扫描视野的纵向覆盖范围，同时，降低X射线源旋转的技术难度。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于多层扇束扫描的工业CT扫描方法，工业CT扫描装置至少包括X射线源和线阵探测器，所述工业CT扫描方法包括以下步骤：S1：令投影角度为β，X射线源和线阵探测器在Z＝Zdown扫描并采集投影数据；S2：X射线源和线阵探测器沿着Z轴由Z＝Zdown同步平移至Z＝Zup，其中，平移速度为采集投影数据；S3：X射线源和线阵探测器同步旋转Δβ；S4：X射线源和线阵探测器沿着-Z轴由Z＝Zup同步平移至Z＝Zdown，其中，平移速度为采集投影数据；S5：重复步骤S1至步骤S4，直至投影角度满足π+2γ≤β≤2π，其中，γ表示X射线源发出的射线与线阵探测器形成的扇束半张角。进一步，对于单圆圆周扫描而言，投影角度为2π，对于短扫描而言，投影角度不小于π+2γ。进一步，对于单圆圆周扫描而言，X射线源和线阵探测器同步旋转形成等距扇束，将等距扇束投影记为P(β,s)，其中，β∈(0,2π)表示投影角度，s∈(-sm,sm)表示线阵探测器坐标，采用标准扇束重建算法获得被扫描物体的重建图像，则：其中，P′(β,s)表示经过几何加权后的投影数据，h()表示滤波函数，f(x,y)表示重建图像，S表示X射线源焦点位置，O表示旋转中心位置，M表示重建坐标(x,y)在射线上的投影位置，|SM|表示S和M之间的距离，|SO|表示S和O之间的距离。进一步，对于被扫描物体而言，沿着Z轴方向是扫描方式的拓展，则被扫描物体的拓展重建图像为：其中，P′(β,s，z)表示经过几何加权后的投影数据，h()表示滤波函数，f(x,y，z)表示拓展重建图像，S表示X射线源焦点位置，O表示旋转中心位置，M表示重建坐标(x,y，z)在射线上的投影位置，|SM|表示S和M之间的距离，|SO|表示S和O之间的距离。进一步，对于短扫描而言，将扇束投影数据重排成平行束，采用平行束重建算法获得重建图像，则：其中，表示经过重排后平行束投影数据，表示重排后的平行束投影角度，t∈(-tm,tm)表示重排后平行束投影坐标，h()表示滤波函数，f(x,y)表示重建图像。进一步，对于被扫描物体而言，沿着Z轴方向是扫描方式的拓展，则被扫描物体的拓展重建图像为：其中，表示经过重排后平行束投影数据，表示重排后的平行束投影角度，t∈(-tm,tm)表示重排后平行束投影坐标，h()表示滤波函数，f(x,y，z)表示重建图像。本专利技术的有益效果是：线阵探测器和X射线源组成二维扇束扫描平面，同时，线阵探测器和X射线源在固定投影角度下平移，实现了扫描视野的纵向覆盖，本专利技术所述扫描方法的旋转角度不超过360°即可完成对被扫描物体的整体扫描，相比于螺旋扫描和旋转-平移扫描，降低了线阵探测器和X射线源的旋转角度范围，进而降低了系统设计难度。附图说明图1是现有技术中旋转-平移扫描方式的示意图；图2是现有技术中旋转-平移扫描方式的示意图；图3是本专利技术的扫描方法示意图；图4是本专利技术的扫描方法示意图；图5是扇束扫描示意图；图6是扇束投影示意图；图7是平行束投影示意图；图8(a)是实施例二中第i幅投影示意图；图8(b)是实施例二中第i+1幅投影示意图；图9(a)是实施例二最终得到的断层图像示意图；图9(b)是实施例二最终得到的冠状面图像示意图。附图中：1-X射线源、2-线阵探测器、3-X射线源、4-线阵探测器。具体实施方式为了使本领域的人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本专利技术创造。实施例一：一种基于多层扇束扫描的工业CT扫描方法，工业CT扫描装置至少包括X射线源3和线阵探测器4。其中，采用线阵探测器4作为投影数据传感器，相比较于面阵探测器，线阵探测器4具有更好的防散射性能，可以补偿投影数据量减少引起的重建图像质量下降。同时，线阵探测器4帧频较高，可以配合快速机械运动，实现对扫描视野纵向范围的覆盖。如图3和图4所示，所述工业CT扫描方法包括以下步骤：S1：令投影角度为β，X射线源3和线阵探测器4在Z＝Zdown扫描并采集投影数据；S2：X射线源3和线阵探测器4沿着Z轴由Z＝Zdown同步平移至Z＝Zup，其中，平移速度为采集投影数据；S3：X射线源3和线阵探测器4同步旋转Δβ；S4：X射线源3和线阵探测器4沿着-Z轴由Z＝Zup同步平移至Z＝Zdown，其中，平移速度为采集投影数据；S5：重复步骤S1至步骤S4，直至投影角度满足π+2γ≤β≤2π，其中，γ表示X射线源3发出的射线与线阵探测器4形成的扇束半张角。本实施例中，沿着Z轴方向，所述Z＝Zdown位于被扫描物体底点所在的平面，所述Z＝Zup位于被扫描物体顶点所在的平面。同时，线阵探测器4和X射线源3组成二维扇束扫描平面。给定投影角度β，为了扩大扫描视野的纵向覆盖范围，将X射线源3和线阵探测器4沿着被扫描物体的纵向方向平移并采集投影数据，相当于获得了一幅H×W的平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多层扇束扫描的工业CT扫描方法，其特征在于，工业CT扫描装置至少包括X射线源和线阵探测器，所述工业CT扫描方法包括以下步骤：S1：令投影角度为β，X射线源和线阵探测器在Z＝Zdown扫描并采集投影数据；S2：X射线源和线阵探测器沿着Z轴由Z＝Zdown同步平移至Z＝Zup，其中，平移速度为

【技术特征摘要】
1.一种基于多层扇束扫描的工业CT扫描方法，其特征在于，工业CT扫描装置至少包括X射线源和线阵探测器，所述工业CT扫描方法包括以下步骤：S1：令投影角度为β，X射线源和线阵探测器在Z＝Zdown扫描并采集投影数据；S2：X射线源和线阵探测器沿着Z轴由Z＝Zdown同步平移至Z＝Zup，其中，平移速度为采集投影数据；S3：X射线源和线阵探测器同步旋转Δβ；S4：X射线源和线阵探测器沿着-Z轴由Z＝Zup同步平移至Z＝Zdown，其中，平移速度为采集投影数据；S5：重复步骤S1至步骤S4，直至投影角度满足π+2γ≤β≤2π，其中，γ表示X射线源发出的射线与线阵探测器形成的扇束半张角。2.根据权利要求1所述的工业CT扫描方法，其特征在于，对于单圆圆周扫描而言，投影角度为2π，对于短扫描而言，投影角度不小于π+2γ。3.根据权利要求2所述的工业CT扫描方法，其特征在于，对于单圆圆周扫描而言，X射线源和线阵探测器同步旋转形成等距扇束，将等距扇束投影记为P(β,s)，其中，β∈(0,2π)表示投影角度，s∈(-sm,sm)表示线阵探测器坐标，采用标准扇束重建算法获得被扫描物体的重建图像，则：其中，P′(β,s)表示经过几何加权后的投影数据，h()表示滤波函数，f(x,y)表示重建图像，S表示X射线源焦点...

【专利技术属性】
技术研发人员：王远，陈云斌，胡栋材，石正军，张成鑫，刘清华，张小丽，李寿涛，涂国锋，李敬，李世根，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51