[发明专利]X射线CL三维重建的物体最优倾斜角计算方法及应用

说明书

本发明公开了一种X射线CL三维重建的物体最优倾斜角计算方法及应用，该方法包括：1、建立X射线CL扫描方式的三维重建算法的几何模型，2、确定CL扫描方式的几何参数关系，求出投影地址表达式，3、根据投影地址表达式计算投影地址相对误差公式，4、计算物体倾斜角对投影地址相对误差的影响，并采用梯度下降法，求出物体厚度与最优倾斜角的关系，并采用多项式拟合方法，拟合物体厚度与最优倾斜角关系公式。本发明通过对CL三维重建过程中物体倾斜角度的优化，可以提高CL三维重建算法的精度，减少重建后的层间混叠现象。

技术领域

本发明应用于工业扁平状物体CL三维重建领域，具体为一种CL三维重建过程的物体最优倾斜角计算方法及其应用。

背景技术

X射线CL扫描方式三维重建广泛应用于扁平状物体的三维检测技术中，CL扫描方式也分为直线式，旋转式等。通常所采用的三维重建算法有迭代类与解析类，解析类算法代表是滤波反投影算法，该算法原理是将探测器获取的值，按原射线路径反投影至物体坐标系中，迭代类算法代表是ART算法，该算法原理是根据探测器数据与投影矩阵建立方程组求解物体的体素值。无论是采用哪种算法，CL扫描方式的投影地址误差都会导致重建后物体层间混叠，现有研究表明，物体在CL扫描方式下的倾斜角度不同，产生的混叠程度也不同，产生这种混叠现象，一方面是由于机械制造精度导致的实际倾斜角度和用于三维重建的倾斜角度误差，目前已有多种校正方法对其进行校正，而另一方面，由于倾斜角度大小导致计算过程中产生的投影地址误差会使重建结果产生层间混叠。目前已通过理论仿真发现物体倾斜角度大小会导致重建结果的层间混叠程度不同，但并未从原理出发，研究减少混叠程度的方法。

在CL三维重建系统中，物体倾斜角的大小是通过影响投影地址误差，从而影响重建结果精度，不同的物体厚度，即物体层数，会在特定的倾斜角度下重建结果精度最高，因此需要一种依赖物体层数的物体最优倾斜角定义方法。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提供一种X射线CL三维重建的物体最优倾斜角计算方法及应用，以期能通过对CL三维重建过程中物体倾斜角度的优化，从而能提高CL三维重建算法的精度，并减少重建后的层间混叠现象。

本发明为达到上述发明目的，采用以下技术方案：

本发明一种X射线CL三维重建的物体最优倾斜角计算方法的特点在于，是应用于扁平状物体的工业CL扫描三维重建过程中，并按如下步骤进行：

步骤1：以探测器的中心为原点O，以探测器平面的竖向为X轴、横向为Y轴，以垂直于投影平面XOY的方向为Z轴，建立投影坐标系o；令扁平状物体的中心O′和X射线源点S均位于投影坐标系o的Z轴上O′，扁平状物体倾斜放置，其倾斜角为扁平状物体上的平面法线与投影坐标系o的Z轴上的夹角；以O′为原点，以扁平状物体的上平面纵向为X′轴、横向为Y′轴，以垂直于平面X′O′Y′的方向为旋转轴Z′，建立物体坐标系o′；令X射线源点S与探测器之间的距离为D，探测器到扁平状物体的距离为z′_O′，从而建立X射线CL扫描方式的三维重建模型；

步骤2：确定X射线CL扫描方式的几何参数关系：

步骤2.1：根据坐标系转换规则，确定物体坐标系o′与投影坐标系o之间的三个坐标转换矩阵R₁,R₂,R₃；从而利用式(1)得到物体坐标系下o′的原点坐标(x′,y′,z′)对应到投影坐标系o下的坐标(x,y,z)：

式(1)中，θ为CL扫描方式中物体旋转的角度，(x′_O′,y′_O′,z′_O′)为物体的中心O′在投影坐标系o下的坐标；