[发明专利]一种实用的板状构件层析扫描装置射束倾角标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于板状构件层析扫描装置射束倾角的标定，可用于医学和工业领域射线数字成像（DR-Digital Radiography）、常规锥束射线层析扫描及非常规锥束射线层析扫描成像过程中的相关标定。

背景技术

近些年来，随着材料科学的飞速发展，多种性能优异的板状复合材料结构大量地用于航空、航天、船舶工业中，如蜂窝胶接板、太阳能帆板等；另外，在电子工业中大量使用的电子器件，如多层印刷电路板（Printing Circuit Board，PCB）、球栅阵列器（Ball Grid Array，BGA），其结构亦为板状结构。苛刻的可靠性要求和昂贵的造价，使得这种构件的缺陷、结构形态检测（如蜂窝板胶结质量、内芯形变检测；PCB和BGA的焊点质量检测）必须诉诸于一种有效的无损检测手段。传统的超声检测方法由于受分辨力、穿透能力以及液体耦合等条件的限制而无能为力，DR（Digital Radiography）检测尽管可以提供高清晰度的透视图像，但由于深度方向上的信息重叠而无法对结构缺陷进行定位。传统的锥束扫描三维层析成像方法，如圆轨迹扫描、正交扫描（包括正交圆扫描、圆＋弧扫描、圆＋直线扫描等）、螺旋扫描以及修正螺旋扫描等，由于被检构件长宽尺寸与厚度尺寸相差太大，存在以下问题：

(1)扫描装置的设计难度大，甚至在工程上难以实现；

(2)射线穿过物体的最长路径为构件的最大几何尺寸，因此需要足够能量的射线来穿透物体；

(3)由于射线穿过长（宽）方向的路径较长，使得透度灵敏度降低，在投影信息上难以体现出扫描断层介质密度的细微变化，也不可能重构出满意的断层图像。

基于上述问题，出现了一种专用于板状结构层析的扫描成像装置。该扫描装置的原理如图1所示。射线源1的焦点P发出锥形射线束3，该锥形射线束3的中心射线记为PO（O点是平板探测器的成像平面7中心点），且中心射线标识号为2。板状构件5（被检测对象）放置在扫描平台6上，并随扫描平台6运动，以及绕扫描平台6的旋转轴4转动；中心射线2与旋转轴4的夹角称为射束倾角，记为α；平板探测器8安装在扫描台6下方的弧形导轨9上，中心射线PO垂直于平板探测器的成像平面7；平板探测器8沿弧形导轨移动可以调节射束倾角α的大小。层析扫描成像开始时，被检测板状构件5在扫描平台6的拖动下绕旋转轴4在360度范围内旋转，平板探测器8采集板状构件5在不同旋转位置的投影图像；基于360度旋转范围内的所有投影图像，通过板状构件层析扫描装置的图像重建与图像处理单元反演出被检测板状构件5的断层图像。

然而，对于实际的层析扫描装置，中心射线2和旋转轴4虚拟不可见，从而导致射束倾角α无法直接测量得到，而后期的图像重建与图像处理单元中需要输入射束倾角α的精确值。实践证明，若α出现误差会导致层析图像出像伪影，从而影响被检测对象内部结构与质量状态信息的准确输出，对产品的质量评判与结构逆求造成不利。

发明内容

本发明的目的是提出一种实用的板状构件层析扫描装置射束倾角标定方法。该标定方法基于位于层析扫描装置扫描台上的一点旋转360度时，其在探测器成像面的投影轨迹为一椭圆的原理。首先在扫描平台上固定一球形目标体，然后采集该目标体360度旋转范围内的投影序列；利用图像处理方法获取目标体的投影质心坐标，并基于所有投影质心坐标，利用最小二乘拟合法得到目标体的椭圆投影轨迹方程，通过椭圆的短半轴与长半轴之比换算出射束倾角的值。

一种实用的板状构件层析扫描装置射束倾角标定方法，所述板状构件层析扫描装置包括有射线源（1）、扫描平台（6）、平板探测器（8）、弧形导轨（9）；其特征在于该标定方法包括有下列实施步骤：

步骤一：选取扫描平台（6）与射线源（1）之间的间距D₁-D₂尽可能大；

步骤二：将一球形目标体固定在扫描平台（6）上，且所述球形目标体与扫描平台（6）的旋转中心点O₆的距离为10～100mm；

步骤三：启动射线源（1）和扫描平台（6），并使扫描平台（6）绕旋转轴（4）在360度范围内旋转，在每间隔1度～5度的旋转角度下，平板探测器（8）采集得到球状目标体的DR投影图像；

步骤四：对每幅DR投影进行对数变换得到变换投影p_j(x,y)：

步骤五：在图像重建与图像处理单元中对第四步对数变换后的每幅DR图像进行图像分割，分割后的图像背景灰度值为0，球状目标体投影的灰度值保持原来的值；