[发明专利]一种适用于中子层析成像系统的旋转轴线偏摆角的误差补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中子层析成像旋转轴线偏摆角的误差补偿方法，可用于中子照相领域中的无损检测及工业计算机断层扫描。

背景技术

中子照相技术在检测含氢材料、重金属组件结构、原子序数相近的不同元素、放射性材料等方面有着X射线无法具备的优势，因而在军事、航空、航天、考古等领域有着重要的应用。作为中子照相的一个重要分支——中子CT(ComputedTomography，计算机断层成像术)也日益得到重视和快速的发展，并在检测样品内部结构及质量状态方面发挥了重要的作用。

图1为传统中子层析成像系统的层析扫描原理图，中子射束1为一组平行线，被检测样品3在旋转平台2的带动下绕旋转轴线4旋转360度，探测器5采集被检测样品3在不同旋转位置的投影图像，然后利用成像系统中的图像重建模块反演出样品的断层图像。由图1可知，图像重建模块所采用的图像重建方法是基于样品旋转轴投影线41要严格平行于探测器坐标系Y_d轴。在进行图像重建时，各个断层的反投影点仅是探测器坐标系X_d轴上的变量，且该反投影点的计算是以样品旋转轴投影线41为基准。由此可知，当旋转轴投影线41平行于探测器坐标系Y_d轴时，该投影线在X_d轴上的坐标为一常数，因此各个断层的反投影地址的基准也均等于一个常数，此种情形下进行断层图像重建时，采用统一的标准重建算法，即可确保重建出的各断层图像清晰度保持一致。

但是，在中子层析成像系统的实际搭建中，由于机械部件的制造和安装误差，导致样品旋转轴投影线41不平行于探测器坐标系Y_d轴，即样品旋转轴投影线41相对于探测器坐标系Y_d轴产生了一定的偏角，如图2所示。此时样品旋转轴投影线41在X_d轴上的坐标就不等于常数，从而导致各个断层的反投影点的基准也不为常数。在图像重建时如果仍按照常数进行计算，就会导致Y_d轴方向上所重建断层的清晰度分布不均，影响三维重构模型的精度和特征信息测量的可信度。

该问题解决的关键就是精确标定出样品旋转轴投影线41与探测器坐标系X_d轴的夹角，本发明中将该角度称为旋转轴线偏摆角α。为此，本发明设计出了一种针对中子层析成像系统样品旋转轴线偏摆角的自动测量方法。将测量所得的偏摆角作为修正参数引入到重建算法中，即可实现对旋转轴线偏摆角的误差补偿，从而保证样品各重建断层清晰度的一致，达到提高三维重构分辨率的目的。

发明内容

本发明方法是基于平行束中子射线的投影几何对称性原理，将样品360度旋转范围内的投影数据Pⁿ进行阈值分割以消除背景信息的干扰，然后将分割后的所有投影图像进行叠加获得具有唯一对称轴的合成投影图像P^ave。根据平行束投影的几何属性可得合成投影图像P^ave的对称轴即为样品旋转轴投影线，该投影线与探测器坐标系X_d轴的夹角即为旋转轴线偏摆角α；进一步统计出合成投影图像P^ave的像素梯度角直方图，该直方图分布为一偶函数F(β)；求取函数F(β)的对称中心位置对应的梯度角β₀，β₀即为旋转轴线的偏摆角α。将测量所得的偏摆角α作为修正参数引入到重建算法中，即可实现对旋转轴线偏摆角的误差补偿，从而保证样品各重建断层清晰度的一致，达到提高三维重构分辨率的目的。

本发明是一种适用于中子层析成像系统的旋转轴线偏摆角的误差补偿方法，其特征在于包括有下列步骤：

步骤一、样品投影信息的获取；

将投影图Pⁿ分割后的投影图记为分割投影图分割投影图与投影图Pⁿ的宽度和高度是相等的，第n个分割投影图内任意一点的投影数据记为那么Ostu阈值分割可表示为：