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原文传递一种对CT系统的参数标定方法

专利名称：	一种对CT系统的参数标定方法
摘要：	本发明公开了一种对CT系统参数进行标定的方法，利用CT系统成像的原理以及射线的衰减规律进行建模，通过已知的模板样品图和180组接收信息数据，对才CT系统的参数进行标定，利用求解的标定参数以某未知介质的接收信息，确定未知介质在托盘中的位置、几何形状，并对标定的结果进行稳定性和精确性分析。本发明建立的模型运算得出相对误差值很小，确保了模型和解决方法的正确性；不仅对CT平行投影的快速重建有着极其便捷的求解思路，而且对各类依据平行光照投影探物有着优良的的适应性，例如精密仪器的光学矫正，各类依靠平行投影的物探，精加工等实物的快速重建都有着重要的意义。也可用于宝石鉴定，辅助传统的影像成像，快速实现鉴定与成像工作。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	重庆;50
申请人：	重庆交通大学
发明人：	张雷;向荣艳;张波;张黎;杨国艺
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-13T00:00:00+0800
发布日期：	2019-04-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201910116307.0
公开号：	CN109682843A
代理机构：	重庆百润洪知识产权代理有限公司
代理人：	常晓莉
分类号：	G01N23/046(2018.01);G;G01;G01N;G01N23
申请人地址：	402247 重庆市江津区双福新区福星大道1号
主权项：	1.一种对CT系统参数进行标定的方法，其特征在于，包括对探测器单元之间的距离、X射线系统的180个方向、以及旋转中心位置的标定，其中，对探测器单元之间的距离标定，通过分析模板示意图中的样品形状大小和已知的180组接受信息数据，找出接受到信息数据最多的一组探测器单元，通过测量模板示意图中的信息数据个数结合样品的几何特征以及形状大小来求出探测器单元之间的距离；对射线系统的180个方向的标定，求出模板示意图中椭圆与圆相切的四条线的切线斜率，计算出切线与坐标的夹角，根据任意两条切线之间的角度差以及其间数据的组数，得出平行射线束的旋转规律，按照旋转规律并结合特殊位置到初始位置之间数据组数，得到初始位置的方向角度，初始位置依次旋转180次得到的位置即为射线的180个方向；对旋转中心位置的标定，通过过射线的衰减规律，可以得出数据信息与切割的椭圆弦长的关系，由于探测器中心射线一定过旋转中心，求出中心射线在不同位置的射线方程，不同位置的方程联立求出的交点就是需要的旋转中心。 2.根据权利要求1所述的一种对CT系统参数进行标定的方法，其特征在于，还包括对所标定的参数进行准确性和稳定的分析，对模板示意图中的样品进行几何关系分析，求出特征值的方差，用方差的大小来衡量模型的稳定性。 3.根据权利要求1所述的一种对CT系统参数进行标定的方法，其特征在于，对探测器单元之间的距离标定包括如下步骤： (1)分析模板示意图中的样品形状大小得出椭圆样品的长轴的长度，当X射线在椭圆样品的正右方，探测器在椭圆样品的正左方时，运用MATLAB根据已知的180组接受信息数据所画出的图像，将所得图像与椭圆样品进行比对，数据所成的图像的长度对应着就是椭圆样品的长轴的长度l1； (2)运用MATLAB将方向不同的180组数据中每组最后一次出现接受信息不为0的探测器编号与第一次出现时的探测器编号作差，得到的数值n即方向为该组时穿过椭圆样品时的探测器个数，找出接受到信息数据最多的一组探测器单元，记nmax； (3)将l1和nmax带入公式 d＝l/n (1) 得到探测器单元之间的距离d1。 4.根据权利要求3所述的一种对CT系统参数进行标定的方法，其特征在于，对探测器单元之间的距离标定还包括如下步骤： (4)当X射线在椭圆样品的正上方，探测器在椭圆样品的正下方时，运用MATLAB根据180组接受信息数据所画出的图像，将所得图像与椭圆样品进行比对，数据所成的图像的长度对应着就是椭圆样品的短轴的长度l2； (5)找出180组数据中接受到信息数据最少的一组探测器单元，记nmin； (6)将l2和nmin带入公式(1)，得到探测器单元之间的距离d2； (7)将d1和d2进行误差分析，相对误差小于1％时，两者取平均数即得探测器单元之间的距离。 5.根据权利要求1所述的一种对CT系统参数进行标定的方法，其特征在于，对射线系统的180个方向的标定，包括如下步骤： (1)通过模板示意图中的样品几何关系，以椭圆为中心为原点，建立坐标轴，从而得到模板示意图中椭圆和圆的方程： (x-45)2+y2＝42 (3)； (2)假设直线为椭圆和圆的公切线，设直线方程为： y＝kx+m (4) 由于直线与圆相切，可得出方程： (3)根据上述方程(2)、(3)、(4)(5)可求出四条切线的斜率，之后通过斜率算出切线与坐标轴的角度，在制图软件中画出样品与切线的位置关系，计算出切线与坐标的夹角，根据任意两条切线之间的角度差以及其间数据的组数，得出平行射线束的旋转规律，按照旋转规律并结合特殊位置到初始位置之间数据组数，得到初始位置的方向角度，初始位置依次旋转180次得到的位置即为射线的180个方向。 6.根据权利要求5所述的一种对CT系统参数进行标定的方法，其特征在于，对旋转中心位置的标定，包括如下步骤： (1)样品CT数(单位：亨)：其中，μw表示样品的衰减系数，μw表示水的衰减系数，水的衰减系数为1，μ表示射线的衰减系数； (2)根据LambertBeer-定律有： I＝I0e-μΔx (7) 其中，I为衰减后接收到的射线强度，I0为入射时X射线的强度，Δx表示射线切割椭圆的弦长；由式(3)得到：令L＝Δx,t＝lnI,t0＝lnI0，可以得到一个线性关系式：从沿长短轴的特殊位置所得的两组数据，将其代入(5)可得出μ＝1.77227.由此可得出增益后数据与射线切割的弦长关系式： L＝1.77227H (10) 其中，H表示增益处理后得到的数据信息； (3)探测器一共有512束光线，此处选择第256个探测器单元发出的光线作为探测器中心射线，在旋转所得的180个位置，每个位置所在的中心射线都会通过系统的旋转中心，联立不同位置得到的中心射线方程会交于一点，这个点就是旋转中心；设探测器中心射线的方程为： y＝aix+bi，(i＝0，1，2，…180) (11) 其中，ai为直线的斜率，bi为直线额截距；将式(11)与上文椭圆公式(2)联立，可得出一个关于x的一元二次方程：将不同位置下的数据带入可求出an，由韦达定理：在判定公式Δ＝b2-4ac≥0的条件下，有弦长公式： (4)根据以上分析，建立几何关系模型如下：代入已知的180组数据并对模型进行求解，可得一系列asi,bsi；选取两条不同位置的中心射线方程，联立求交点即可解出旋转中心，其中asi表示直线si的斜率，bsi表示直线si的截距； 7.根据权利要求6所述的一种对CT系统参数进行标定的方法，其特征在于，参数标定的稳定性分析包括如下步骤： (1)找出对应椭圆长轴的数据组，将数据代入公式(10)：L＝1.77227H，得出一系列的理论弦长值； (2)利用标定得到的三个标定参数，利用旋转对称的特性，设在不同角度下，通过旋转中心的某条射线所在直线方程为： y＝kix+bi (16) 另设：旋转中心坐标为(x0,y0),则得到： y0＝kix0+b0 (17) 从而解得一系列直线方程，将直线方程与椭圆方程联立，利用前述解得每条直线与椭圆相交所得弦长，再利用其他参数结果，求得弦长的理论值，并对两组结果进行差值方差分析，以此判定模型一参数标定的精确性和稳定性。
所属类别：	发明专利