[发明专利]通用的CT对轴方法

说明书

本发明提供了一种通用的CT对轴方法，包括以下步骤：在三个旋转角度位置对定位点成像；根据成像几何关系，计算定位点相对旋转轴的位置并将所述定位点移动到旋转轴正上方。

技术领域

本发明涉及同步辐射CT成像、X射线CT成像和无损三维检测技术领域，尤其涉及一种通用的CT对轴方法。

背景技术

CT(Computed tomography)是一种三维成像技术，通过采集旋转样品在多个观察角度下的二维像，利用CT重构算法完成物体的三维成像。为了充分利用探测器的有效成像面积，CT过程中需要尽量让旋转轴成像于探测器水平方向中心位置，且样品的中心(或者选取的定位点)置于旋转轴正上方，因此对轴是CT成像中一个非常重要的内容。假设Z轴为光轴方向，Y轴为旋转轴方向，X轴与Y轴和Z轴垂直。为了使样品台能够平动同时样品平动又不影响旋转轴位置，样品旋转台102上有x轴平动电机103和z轴平动电机104，样品旋转台下还有一个X轴平动电机101，如图1所示。当旋转台旋转角度为0°时，x轴与X轴平行，z轴与Z轴平行。在平行束照明下，通常全角度(可360°旋转)CT中，记录定位点在投影角为0°、90°、180°和270°处的投影位置，可实现快速对轴。0°和180°用于调节x轴位置，在其中一个位置通过移动x轴平动电机103使其投影在两者投影位置的中点；90°和270°用于调节z轴位置，在其中一个位置通过移动z轴平动电机104使其投影在两者投影位置的中点，通过两步调节即完成了对轴的第一步，把定位点移至旋转轴正上方。此时，旋转样品台，定位点在探测器成像位置不发生改变。在任意角度下，通过旋转台下的X轴平动电机101整体移动样品旋转台102以及其上的x轴平动电机103和z轴平动电机104，使定位点成像于探测器水平方向中心位置，完成对轴第二步。

很多时候CT成像中旋转角度受限，常规CT对轴方法不再适用。比如同步辐射软X射线纳米显微成像，由于机械结构限制，成像时能接受的样品台最大旋转角度范围通常小于±65°。此外，在成像视场很小的情况下，定位点偏离轴较小距离都可能导致旋转样品时定位点移出视场。因此，需要发展一种适用于角度受限以及小视场CT成像的通用、快速的对轴方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种通用的CT对轴方法，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一方面，提供了一种通用的CT对轴方法，包括以下步骤：

在三个旋转角度位置对定位点成像；

根据成像几何关系，计算定位点相对旋转轴的位置并将所述定位点移动到旋转轴正上方。

其中，所述成像几何关系包括：所述定位点在旋转笛卡尔坐标系中的位置为(x₀，z₀)；当三个旋转角度分别为θ₁、θ₂和θ₃时，定位点在探测器上的成像位置分别为X₁、X₂和X₃。

其中，根据成像几何关系，将定位点移动到旋转轴正上方的步骤包括：

根据成像几何关系，得到如下方程：

其中，为成像变换矩阵，X_a为旋转轴在探测器上的成像位置，M为系统放大倍数。

其中，通过求解所述方程得到如下等式：

其中，根据所述等式得到x₀和z₀后，通过沿x轴移动x轴平动电机距离|x₀|，沿z轴移动z轴平动电机距离|z₀|，即完成将定位点移动到旋转轴正上方，其中，沿x轴或z轴移动方向为正向或负向取决于x₀和z₀数值正负的相反状态。