基于光耦探測(cè)器x射線(xiàn)三維顯微鏡重建體素尺寸標(biāo)定方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及X射線(xiàn)CT【技術(shù)領(lǐng)域】，為提供重建圖像像素尺寸的標(biāo)定方法。為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于光耦探測(cè)器X射線(xiàn)三維顯微鏡重建體素尺寸標(biāo)定方法，首先利用標(biāo)準(zhǔn)柵格板進(jìn)行高分辨顯微CT的光學(xué)放大標(biāo)定，然后利用標(biāo)準(zhǔn)的球棒進(jìn)行三維顯微鏡整體放大倍數(shù)標(biāo)定，通過(guò)計(jì)算獲取幾何放大倍數(shù)，進(jìn)一步建立幾何放大倍數(shù)與射線(xiàn)源、樣品臺(tái)和探測(cè)器相對(duì)于各自零位的位置的關(guān)系的公式，根據(jù)該公式即可簡(jiǎn)單方便的計(jì)算射線(xiàn)源和探測(cè)器位置發(fā)生變化的幾何放大比，利用CCD像素尺寸除以幾何放大比和光學(xué)放大比的乘積，得到最終的體素尺寸。本發(fā)明主要應(yīng)用于X射線(xiàn)CT設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于光耦探測(cè)器X射線(xiàn)三維顯微鏡重建體素尺寸標(biāo)定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及X射線(xiàn)CT【技術(shù)領(lǐng)域】，具體講，涉及基于光耦探測(cè)器X射線(xiàn)三維顯微鏡 重建體素尺寸標(biāo)定方法。 技術(shù)背景
[0002] X射線(xiàn)CT是無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的重要技術(shù)手段，其分辨力一般處于毫米量級(jí)。基于光 耦探測(cè)器的X射線(xiàn)三維顯微鏡以其高的空間分辨力，在MEMS器件封裝和裝配誤差分析、半 導(dǎo)體器件封裝和內(nèi)部缺陷檢測(cè)、石油地質(zhì)勘探等方面起到了越來(lái)越重要的作用。
[0003] X射線(xiàn)顯微鏡掃描成像過(guò)程是：射線(xiàn)源發(fā)射出的X射線(xiàn)穿透所述待測(cè)樣品后投射 至所述探測(cè)器上，完成一幅投影圖像的采集；通過(guò)在360度范圍內(nèi)的系列均勻采樣，并利用 相應(yīng)的成像算法即可獲取三維立體圖像。
[0004] 分辨率是X射線(xiàn)顯微鏡的一個(gè)非常重要的技術(shù)指標(biāo)。而這個(gè)指標(biāo)是由體素尺寸決 定。體素尺寸越小，分辨率越高。X射線(xiàn)顯微鏡三維重建結(jié)果可以視為一系列代表物質(zhì)衰減 系數(shù)的小立方體組成，這些小立方是以像素為單位的，因此無(wú)法直接得到體素尺寸。將像素 尺寸轉(zhuǎn)換為實(shí)際的體素尺寸是X射線(xiàn)顯微鏡成像中的重要過(guò)程。在實(shí)際掃描成像過(guò)程中， 射線(xiàn)源、樣品臺(tái)和探測(cè)器的相對(duì)位置發(fā)生變化時(shí)，體素的尺寸也在發(fā)生變化，因此自動(dòng)標(biāo)定 體素尺寸十分必要。
[0005] 中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01310109460. 3提出了"錐束3D-CT掃描系統(tǒng)重建體素尺寸的自 動(dòng)標(biāo)定方法"。該專(zhuān)利不需要進(jìn)行幾何放大比的直接計(jì)算、校正程序簡(jiǎn)單、實(shí)用。但是該方 法是基于平板探測(cè)器的X射線(xiàn)CT系統(tǒng)，而且只適用于射線(xiàn)源和探測(cè)器位置固定的情況。本 專(zhuān)利則是針對(duì)基于光耦探測(cè)器的高分辨顯微CT系統(tǒng)，關(guān)于其標(biāo)定方法目前國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn) 資料中并未查找到相關(guān)報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供重建圖像像素尺寸的標(biāo)定方法。為此，本發(fā)明采取的 技術(shù)方案是，基于光耦探測(cè)器X射線(xiàn)三維顯微鏡重建體素尺寸標(biāo)定方法，首先利用標(biāo)準(zhǔn)柵 格板進(jìn)行高分辨顯微CT的光學(xué)放大標(biāo)定，然后利用標(biāo)準(zhǔn)的球棒進(jìn)行三維顯微鏡整體放大 倍數(shù)標(biāo)定，通過(guò)計(jì)算獲取幾何放大倍數(shù)，進(jìn)一步建立幾何放大倍數(shù)與射線(xiàn)源、樣品臺(tái)和探測(cè) 器相對(duì)于各自零位的位置的關(guān)系的公式，根據(jù)該公式即可簡(jiǎn)單方便的計(jì)算射線(xiàn)源和探測(cè)器 位置發(fā)生變化的幾何放大比，利用CCD像素尺寸除以幾何放大比和光學(xué)放大比的乘積，得 到最終的體素尺寸。
[0007] 利用標(biāo)準(zhǔn)柵格板進(jìn)行高分辨顯微CT的光學(xué)放大標(biāo)定具體為：
[0008] 步驟101 :將光耦探測(cè)器前端的閃爍體更換為柵格板，通過(guò)調(diào)節(jié)柵格板的位置，使 其在CCD上成清晰像，此時(shí)柵格板所在位置即為原先閃爍體所在位置；
[0009] 步驟102 :通過(guò)Canny算子對(duì)柵格板顯微圖像進(jìn)行邊緣提取，計(jì)算出平行柵格之間 的距離；
[0010] 步驟103 :利用柵格之間的距離進(jìn)行光學(xué)放大倍數(shù)的標(biāo)定：利用平行柵格之間的 距離除以平行柵格之間的實(shí)際距離，即得光學(xué)放大倍數(shù)；
[0011] 步驟104 :求取多行多列的光學(xué)放大倍數(shù)，將結(jié)果取平均得最終的光學(xué)放大倍數(shù)。
[0012] 利用標(biāo)準(zhǔn)的球棒進(jìn)行三維顯微鏡整體放大倍數(shù)標(biāo)定：
[0013] 步驟201采集標(biāo)準(zhǔn)球棒的顯微CT投影圖像；
[0014] 步驟202使用Canny算子提取標(biāo)準(zhǔn)球棒中雙球的投影圖像的邊緣；
[0015] 步驟203使用Hough變換確定標(biāo)準(zhǔn)球棒中雙球的圓心的位置，并且計(jì)算出球心距 離；
[0016] 步驟204利用計(jì)算出的球心距離除以標(biāo)準(zhǔn)球棒的實(shí)際距離，即得總放大倍數(shù)。
[0017] 通過(guò)計(jì)算獲取幾何放大倍數(shù)具體為：
[0018] 步驟301用總放大倍數(shù)除以前面標(biāo)定的光學(xué)放大倍數(shù)，即得此時(shí)的幾何放大倍 數(shù)；
[0019] 步驟302標(biāo)定出的幾何放大倍數(shù)和此時(shí)射線(xiàn)源、樣品臺(tái)和探測(cè)器相對(duì)于各自零位 的位置，解算出它們處于各自零位時(shí)的SDD。和S0D。；
[0020] 步驟303建立幾何放大倍數(shù)與各位置讀數(shù)的公式如下：
[0021]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于光耦探測(cè)器X射線(xiàn)三維顯微鏡重建體素尺寸標(biāo)定方法，其特征是，首先利 用標(biāo)準(zhǔn)柵格板進(jìn)行高分辨顯微CT的光學(xué)放大標(biāo)定，然后利用標(biāo)準(zhǔn)的球棒進(jìn)行三維顯微鏡 整體放大倍數(shù)標(biāo)定，通過(guò)計(jì)算獲取幾何放大倍數(shù)，進(jìn)一步建立幾何放大倍數(shù)與射線(xiàn)源、樣品 臺(tái)和探測(cè)器相對(duì)于各自零位的位置的關(guān)系的公式，根據(jù)該公式即可簡(jiǎn)單方便的計(jì)算射線(xiàn)源 和探測(cè)器位置發(fā)生變化的幾何放大比，利用CCD像素尺寸除以幾何放大比和光學(xué)放大比的 乘積，得到最終的體素尺寸。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于光耦探測(cè)器X射線(xiàn)三維顯微鏡重建體素尺寸標(biāo)定方法，其 特征是，利用標(biāo)準(zhǔn)柵格板進(jìn)行高分辨顯微CT的光學(xué)放大標(biāo)定具體為： 步驟101 :將光耦探測(cè)器前端的閃爍體更換為柵格板，通過(guò)調(diào)節(jié)柵格板的位置，使其在 C⑶上成清晰像，此時(shí)柵格板所在位置即為原先閃爍體所在位置； 步驟102 :通過(guò)Canny算子對(duì)柵格板顯微圖像進(jìn)行邊緣提取，計(jì)算出平行柵格之間的距 離； 步驟103 :利用柵格之間的距離進(jìn)行光學(xué)放大倍數(shù)的標(biāo)定：利用平行柵格之間的距離 除以平行柵格之間的實(shí)際距離，即得光學(xué)放大倍數(shù)； 步驟104 :求取多行多列的光學(xué)放大倍數(shù)，將結(jié)果取平均得最終的光學(xué)放大倍數(shù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于光耦探測(cè)器X射線(xiàn)三維顯微鏡重建體素尺寸標(biāo)定方法，其 特征是，利用標(biāo)準(zhǔn)的球棒進(jìn)行三維顯微鏡整體放大倍數(shù)標(biāo)定具體為： 步驟201采集標(biāo)準(zhǔn)球棒的顯微CT投影圖像； 步驟202使用Canny算子提取標(biāo)準(zhǔn)球棒中雙球的投影圖像的邊緣； 步驟203使用Hough變換確定標(biāo)準(zhǔn)球棒中雙球的圓心的位置，并且計(jì)算出球心距離； 步驟204利用計(jì)算出的球心距離除以標(biāo)準(zhǔn)球棒的實(shí)際距離，即得總放大倍數(shù)。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于光耦探測(cè)器X射線(xiàn)三維顯微鏡重建體素尺寸標(biāo)定方法，其 特征是，通過(guò)計(jì)算獲取幾何放大倍數(shù)具體為： 步驟301用總放大倍數(shù)除以前面標(biāo)定的光學(xué)放大倍數(shù)，即得此時(shí)的幾何放大倍數(shù)； 步驟302標(biāo)定出的幾何放大倍數(shù)和此時(shí)射線(xiàn)源、樣品臺(tái)和探測(cè)器相對(duì)于各自零位的位 置，解算出它們處于各自零位時(shí)的SDD0和S0D0 ; 步驟303建立幾何放大倍數(shù)與各位置讀數(shù)的公式如下： SDD, - Ls - Ld n S〇Di、- Ls + L〇=l (1) 其中，Ls，Lo和Ld分別為射線(xiàn)源、樣品臺(tái)和探測(cè)器成像時(shí)相對(duì)于各自零位的坐標(biāo)，由光 柵尺給出；β geo為此時(shí)的幾何放大倍數(shù)；SDD0和S0D0為射線(xiàn)源、樣品臺(tái)和探測(cè)器在各自 零位時(shí)的射線(xiàn)源到探測(cè)器中心距離SDD(distance of source to detector)和射線(xiàn)源到轉(zhuǎn)臺(tái) 中心距離 SOD (distance of source to object); 步驟304通過(guò)讀取射線(xiàn)源、樣品臺(tái)和探測(cè)器成像時(shí)相對(duì)于各自零位的坐標(biāo)，根據(jù)公式 (1)即可計(jì)算出幾何放大比。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于光耦探測(cè)器X射線(xiàn)三維顯微鏡重建體素尺寸標(biāo)定方法，其 特征是，體素尺寸計(jì)算具體為：步驟401利用CCD像素尺寸除以幾何放大比和光學(xué)放大比的 乘積。
【文檔編號(hào)】G01B11/00GK104048600SQ201410263478
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】胡小唐, 胡曉東, 鄒晶, 須穎, 趙金濤, 牛鑫 申請(qǐng)人:天津大學(xué)