锥束3D-CT扫描系统重建体素尺寸的自动标定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种锥束3D-CT扫描系统重建体素尺寸自动标定的方法，该方法利用球形目标体在X轴方向不同行程距离下的DR投影的直径信息、采用最小二乘拟合法回归出不同成像位置下行程－体素尺寸关系V=b+kD，然后将V=b+kD内嵌在锥束3D-CT扫描系统的自动标定模块中。当锥束3D-CT扫描系统运行时，标定模块将自动计算出不同扫描位置对应的精确体素尺寸值，从而保证基于3D-CT图像的数据分析与特征测量的准确性。该标定方法避开了现有标定方法求取投影几何放大比难度大、精度低的难点，且无需对标准件进行CT扫描后再进行标定，具有操作简单、精度高、自动程度高的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于锥束3D - CT扫描系统重建体素尺寸的自动标定，可用于医学和工业领域射线数字成像(即DR投影)、二维、三维计算机断层扫描(2D-CT/3D-CT)成像过程中的相关测量。
技术介绍
近些年来，随着计算机技术的飞速发展和面阵探测器的出现，锥束3D -CT (Cone-beam Three Dimensional Computed Tomography)系统日益成为 NDT(Non-destructive Testing)领域内的研究热点。锥束3D — CT扫描系统的扫描原理如附图说明图1所示，锥束3D - CT扫描系统10的第一调节架11上安装有射线源I，第二调节架12上安装有面阵列探测器5，第三调节架13上安装有转台3，转台3的转轴31上放置有被检测物体4，且被检测物体4能够在转台3的带动下绕转轴31的轴线旋转。锥束3D - CT扫描系统10在工作状态下，射线源I发出的锥束射线2对转台3上的被检测物体4进行透照，同时面阵列探测器5采集被检测物体4在不同旋转角度下的二维DR投影图像。该二维DR投影图像按照序列进行排列后被称为二维DR投影序列，利用这些二维DR投影序列进行三维图像重建，将得到被检测物体4内部结构与材质分布的信息。3D - CT重建所得到的三维图像反映被检测物体4内部结构与材质分布信息，被检测物体4可认为是由大量的具有一定尺寸的小立方体排列堆积而成，这些小立方体被称为体素，立方体的实际物理尺寸被称为体素尺寸(Voxel Size)。体素尺寸是描述锥束3D —CT扫描系统的分辨率的重要指标，体素尺寸越小，三维图像的空间分辨率越高。然而，三维重建是在脱离了锥束3D - CT扫 描系统的实际成像条件下进行的图像重建，重建所得三维图像的尺寸单位为像素，因此不可能从重建图像中直接获取到体素尺寸。而体素尺寸的准确测量，是锥束3D - CT扫描系统的分辨率标定的重要环节。同时，体素尺寸的精确测量，也决定着基于3D - CT三维重建结果的图像分析与特征测量的精度。因此，在锥束3D - CT扫描和三维重建后，如何将像素单位的体素尺寸换算为实际的物理体素尺寸，是锥束3D - CT扫描系统标定中的重要步骤。在图1中对于锥束3D - CT扫描系统而言，当被检测物体4在射线源I与面阵列探测器5之间的不同位置(即行程距离)成像时，其对应的体素尺寸也是不同的。因此需要动态地自动标定随被检测物体4的成像位置改变的体素尺寸。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种锥束3D - CT扫描系统重建体素尺寸自动标定的方法，该方法利用面阵列探测器5采集到的球形目标体(即被检测物体4)在X轴方向上的不同成像位置(即行程距离)下的二维DR投影；然后基于二维DR投影的直径信息采用最小二乘拟合法，回归出不同成像位置下行程距离与体素尺寸之间的行程一体素尺寸关系V=b+kD ;最后将该行程一体素尺寸关系V=b+kD内嵌在锥束3D - CT扫描系统的自动标定模块中；锥束3D - CT扫描系统10在工作状态下，通过带有行程一体素尺寸关系V=b+kD的自动标定模块，以当前的成像位置为自变量，自动计算出当前成像位置下的体素尺寸的精确值。该标定方法避开了现有标定方法求取投影几何放大比难度大、精度低的难点，且无需对标准件进行CT扫描后再进行标定，具有操作简单、精度高、自动程度高的优点。本专利技术的一种锥束3D - CT扫描系统重建体素尺寸自动标定的方法，所述锥束3D — CT扫描系统至少包括有射线源(I)、转台(3)、被检测物体(4)、面阵列探测器(5)，其标定方法包括有下列实施步骤:步骤一:初始行程距离下的体素尺寸标定步骤101:将一球形目标体安装在转台(3)的转轴(31)上，将转台(3)移动至X轴方向的起始成像位置Po，记录下行程距离D1、计算出首次体素尺寸V1 ；步骤102:启动锥束3D - CT扫描系统，获取球形目标体的二维DR数字的投影图像；步骤103:利 用图像处理和轮廓追踪方法获取该起始成像位置Ptl下的图像轮廓占.步骤104:根据记录的在起始成像位置Ptl下的所有轮廓点坐标值，利用非线性最小二乘拟合法求取出球形目标体的投影直径的像素单位长度V ；步骤二:最大行程距离下的体素尺寸标定步骤201:将转台(3)移动至X轴方向的行程最大位置点Pmax，记录下最长行程距离Dmax、计算出最后次体素尺寸Vmax ；步骤202:启动锥束3D — CT扫描系统，获取在行程最大位置点Pmax下的球形目标体的二维DR数字的投影图像；步骤203:利用图像处理和轮廓追踪方法获取该行程最大位置点Pmax下的图像轮廓点；步骤204:根据记录的在行程最大位置点Pmax下的所有轮廓点坐标值，利用非线性最小二乘拟合法求取出球形目标体的投影直径的像素单位长度Wmax'；步骤三:中间行程距离下的体素尺寸标定步骤301:将转台(3)移动至X轴方向上的介于Ptl和Pmax之间的中间成像位置点Pi，记录下中间行程距离D1、计算出中间次体素尺寸Vi ；步骤302:启动锥束3D — CT扫描系统，获取在介于Ptl和Pmax之间的中间成像位置点Pi下的球形目标体的二维DR数字的投影图像；步骤303:利用图像处理和轮廓追踪方法获取该中间成像位置点Pi下的图像轮廓占.步骤304:根据记录的在中间成像位置点Pi下的所有轮廓点坐标值，利用非线性最小二乘拟合法求取出球形目标体的投影直径的像素单位长度V ；步骤四:任意行程下的体素尺寸获取将转台(3)在X轴方向上不同的成像位置计算出的体素尺寸值和对应的行程距离值组成一方程组为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锥束3D?CT扫描系统重建体素尺寸自动标定的方法，所述锥束3D?CT扫描系统至少包括有射线源（1）、转台（3）、被检测物体（4）、面阵列探测器（5），其特征在于标定方法包括有下列实施步骤：步骤一：初始行程距离下的体素尺寸标定步骤101：将一球形目标体安装在转台（3）的转轴（31）上，将转台（3）移动至X轴方向的起始成像位置P0，记录下行程距离D1、计算出首次体素尺寸V1；步骤102：启动锥束3D?CT扫描系统，获取球形目标体的二维DR数字的投影图像；步骤103：利用图像处理和轮廓追踪方法获取该起始成像位置P0下的图像轮廓点；步骤104：根据记录的在起始成像位置P0下的所有轮廓点坐标值，利用非线性最小二乘拟合法求取出球形目标体的投影直径的像素单位长度W1′；步骤二：最大行程距离下的体素尺寸标定步骤201：将转台（3）移动至X轴方向的行程最大位置点Pmax，记录下最长行程距离Dmax、计算出最后次体素尺寸Vmax；步骤202：启动锥束3D?CT扫描系统，获取在行程最大位置点Pmax下的球形目标体的二维DR数字的投影图像；步骤203：利用图像处理和轮廓追踪方法获取该行程最大位置点Pmax下的图像轮廓点；步骤204：根据记录的在行程最大位置点Pmax下的所有轮廓点坐标值，利用非线性最小二乘拟合法求取出球形目标体的投影直径的像素单位长度Wmax′；步骤三：中间行程距离下的体素尺寸标定步骤301：将转台（3）移动至X轴方向上的介于P0和Pmax之间的中间成像位置点Pi，记录下中间行程距离Di、计算出中间次体素尺寸Vi；步骤302：启动锥束3D?CT扫描系统，获取在介于P0和Pmax之间的中间成像位置点Pi下的球形目标体的二维DR数字的投影图像；步骤303：利用图像处理和轮廓追踪方法获取该中间成像位置点Pi下的图像轮廓点；步骤304：根据记录的在中间成像位置点Pi下的所有轮廓点坐标值，利用非线性最小二乘拟合法求取出球形目标体的投影直径的像素单位长度Wi′；步骤四：任意行程下的体素尺寸获取将转台（3）在X轴方向上不同的成像位置计算出的体素尺寸值和对应的行程距离值组成一方程组为：D11D21...1Di1...1Dmax1×kb=V1V2...Vi...Vmax;从体素尺寸值和行程距离值组成一方程组中即可得到零次项系数b、一次项系数k的值，从而得到不同成像位置下行程－体素尺寸关系V＝b+kD。...

【技术特征摘要】
1.一种锥束3D-CT扫描系统重建体素尺寸自动标定的方法，所述锥束3D-CT扫描系统至少包括有射线源(I)、转台(3)、被检测物体(4)、面阵列探测器(5)，其特征在于标定方法包括有下列实施步骤: 步骤一:初始行程距离下的体素尺寸标定 步骤101:将一球形目标体安装在转台(3 )的转轴(31)上，将转台(3 )移动至X轴方向的起始成像位置Ptl，记录下行程距离D1、计算出首次体素尺寸V1 ； 步骤102:启动锥束3D-CT扫描系统，获取球形目标体的二维DR数字的投影图像；步骤103:利用图像处理和轮廓追踪方法获取该起始成像位置Ptl下的图像轮廓点；步骤104:根据记录的在起始成像位置Ptl下的所有轮廓点坐标值，利用非线性最小二乘拟合法求取出球形目标体的投影直径的像素单位长度V ； 步骤二:最大行程距离下的体素尺寸标定 步骤201:将转台(3)移动至X轴方向的行程最大位置点Pmax，记录下最长行程距离0_、计算出最后次体素 尺寸Vmax ； 步骤202:启动锥束3D-CT扫描系统，获取在行程最大位置点Pmax下的球形目标体的二维DR数字的投影图像； 步骤203:利用图像处理和轮廓追踪方法获取该行程最大位置点Pmax下的图像轮廓点；步骤204:根据记录的在行程最大位置点Pmax下的所有轮廓点坐标值，利用非线性最小二乘拟合法求取出球形目标体的投影直径的像素单位长度Wmax'； 步骤三:中间行程距离下的体素尺寸标定 步骤301:将转台(3)移动至X轴方向上的介于P。和Pmax之间的中间成像位置点Pi，记录下中间行程距离Dp计算出中间次体素尺寸Vi ； 步骤302:启动锥束3D-CT扫描系统，获取在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兴东，刘文丽，李德红，郭彬，洪宝玉，王晓龙，桂志国，魏东波，杨民，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：