專利名稱：一種鐵路鑄件全身ct掃描成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CT成像方法，特別是一種用于鐵路鑄件CT掃描成像的方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)計(jì)算機(jī)層析成像技術(shù)(簡稱工業(yè)CT)是無損檢測界公認(rèn)的最佳的無損檢測技術(shù)。它利用射線穿過物體發(fā)生衰減這一性質(zhì)，將傳感器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建從而獲得被檢測物體的三維灰度圖像，清晰、準(zhǔn)確、直觀的反映物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、材料密度和缺損狀況。工業(yè)CT在工業(yè)界得到了廣泛運(yùn)用，檢測的鑄件尺寸有小到幾毫米大到幾米的范圍。在鐵路鑄件的生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)工藝的原因鑄件成品或多或少地存在一些缺陷，比如氣孔、縮孔、夾雜等。工業(yè)CT可以幫助質(zhì)檢人員檢測鑄件內(nèi)部存在的缺陷，防止由于產(chǎn)品缺陷而帶來的災(zāi)難事故?？梢哉f工業(yè)CT技術(shù)對保證鐵路鑄件質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率具有重要的實(shí)際意義。工業(yè)CT掃描方式有一代掃描、二代掃描(TR掃描)、三代掃描(R0掃描)和錐束掃描等。目前常用的掃描方式有二代掃描和三代掃描，他們都是使用線陣探測器掃描的。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，有些工業(yè)CT使用面陣探測器并發(fā)展成為錐束掃描方式。如公開號 CN102062740A的中國發(fā)明專利所公布的錐束CT掃描成像方法及系統(tǒng)，平移探測器，使成像視場覆蓋被掃描物體至少一半的部分；對被掃描物體進(jìn)行掃描，將視場擴(kuò)大為原來的多倍。還有螺旋錐束掃描方式，鑄件在轉(zhuǎn)臺上勻速旋轉(zhuǎn)，面陣探測器和射線源同時在豎直方向做平移運(yùn)動，形成一種螺旋的軌跡，雖然錐束掃描方式具有采集數(shù)據(jù)量大，全身掃描速度快的優(yōu)點(diǎn)，但是由于面陣探測器結(jié)構(gòu)上的原因，錐束掃描有明顯的缺點(diǎn)，即無法限制散射和串?dāng)_，動態(tài)范圍小，尤其是可接受的射線能量低，一般只接受450KV能量及其以下的X射線，而大尺寸、高密度的鐵路鑄件常常需要兆電子伏級別的射線才能穿透，所以錐束CT掃描不能用于大尺寸、密度高的鐵路鑄件檢測。二代掃描方式和三代掃描方式可以使用后準(zhǔn)直器，有利于屏蔽散射射線，并且探測器的動態(tài)范圍大，可接受射線能量高，適合大型、高密度鑄件的掃描。二代掃描方式需要作平移運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，掃描時間較長，而三代掃描方式只需要作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，掃描效率高于二代掃描方式，因此三代掃描方式被廣泛用于工業(yè)CT。當(dāng)我們對鐵路鑄件進(jìn)行全身掃描時， 傳統(tǒng)的三代CT掃描是一個斷層接著一個斷層地連續(xù)掃描，重建后形成一個連續(xù)的切片圖像集合。在掃描間距相同的情況下，被檢物體越高，掃描的層數(shù)越多，相應(yīng)掃描時間就越長。 如果將鐵路鑄件(比如搖枕、側(cè)架)豎直放置在轉(zhuǎn)臺上，則掃描層數(shù)很多；如果將鐵路鑄件平放在轉(zhuǎn)臺上，那么掃描的垂直距離會減少，可是同時也增加了射線穿透的等效厚度，即射線所穿過的區(qū)域更大了，這樣往往會導(dǎo)致射線穿不透，重建的結(jié)果會出現(xiàn)金屬偽影；帶嚴(yán)重金屬偽影的圖像所顯示的內(nèi)部結(jié)構(gòu)模糊不清，圖像質(zhì)量通常不能滿足檢測需要，因此這種方法行不通。有時為了節(jié)約掃描時間，不得不增大掃描層間間距，這樣就減少了掃描層數(shù)，但是軸向分辨率被降低了。如果軸向結(jié)構(gòu)復(fù)雜時，低分辨率將會丟失許多重要的信息。因此，需要尋找一種能夠適用于鐵路鑄件檢測的CT掃描成像方法，其掃描速度快，檢測效率高，且能得到高質(zhì)量、高分辨率的三維重建圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種鐵路鑄件全身CT掃描成像方法，它掃描速度快，重建二維圖像質(zhì)量聞，影像不重置分辨率聞，有效提聞鐵路鑄件的掃描效率。本發(fā)明的目的是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，它包括有射線源、線陣探測器和掃描轉(zhuǎn)臺，其特征在于，掃描成像步驟為
1)將鑄件放置于掃描轉(zhuǎn)臺上，鑄件斷層包裹在射線源與線陣探測器所形的寬扇形射束內(nèi)，并初始化CT掃描參數(shù)；
2)按照步驟I)中所述掃描參數(shù)，對鑄件進(jìn)行多次、多角度掃描，完成一次掃描得到一幅 DR圖像數(shù)據(jù)；
3)對步驟2)中所采集到的DR圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行重排；
4)初始化重建參數(shù)；
5)根據(jù)步驟3)中所得到的重排后的DR圖像數(shù)據(jù)，采用SART迭代重建算法重建三維 CT圖像；
6)根據(jù)步驟5)中重建的CT圖像，顯示鑄件切片圖像或可視化鑄件的具體數(shù)據(jù)。進(jìn)一步，步驟I)中所述的初始化CT掃描參數(shù)包括有被檢鑄件的視場直徑、DR掃描行程、轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)的次數(shù)和轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)夾角。進(jìn)一步，步驟2)中所述對鑄件進(jìn)行掃描的方法為
2-1)以鑄件的初始放置位置為初始掃描位置，自上而下掃描鑄件，獲得第一幅DR圖像
數(shù)據(jù);
2-2)以初始化CT掃描參數(shù)中的轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)夾角為旋轉(zhuǎn)角度，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，自下而上掃描鑄
件，獲得第二幅DR圖像數(shù)據(jù)石；
2-3)判斷所有掃描過程是否已獲得鑄件半個圓周掃描的DR圖像，若是則轉(zhuǎn)向步驟 2-6)，若否則轉(zhuǎn)向步驟2-4)；
2-4)以初始化CT掃描參數(shù)中的轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)夾角為旋轉(zhuǎn)角度，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，自上而下掃描鑄
件，獲得第N-I幅DR圖像數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)向步驟2-5)；
2-5)以步驟2-4)的旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，自下而上掃描鑄件，獲得第N幅DR圖像數(shù)據(jù)
</，N為當(dāng)前掃描次數(shù)，并轉(zhuǎn)向步驟2-3)；
2-6)停止掃描，并轉(zhuǎn)向步驟3 )。進(jìn)一步，步驟3)中的重排方法為
3-1)定義自上而下掃描得到的DR圖像數(shù)據(jù)為正向，自下而上掃描得到的DR圖像數(shù)據(jù)為反向，將所有反向DR圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行反轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)換為正向；
3-2)組合DR圖像數(shù)據(jù)中相同行的數(shù)據(jù)，各自組成鑄件的所有斷層影像數(shù)據(jù)。進(jìn)一步，步驟4)中所述初始化重建的參數(shù)包括有，有效探測器個數(shù)、有效扇束張角和重建圖像的大小。進(jìn)一步，SART迭代重建算法具體步驟為
55-1)取一層鑄件斷層的投影數(shù)據(jù)，進(jìn)行取對數(shù)操作；
5-2)利用以下公式，對每個鑄件進(jìn)行迭代重建；
權(quán)利要求
1.一種鐵路鑄件全身CT掃描成像方法，它包括有射線源、線陣探測器和掃描轉(zhuǎn)臺，其特征在于，掃描成像步驟為.1)將鑄件放置于掃描轉(zhuǎn)臺上，鑄件斷層包裹在射線源與線陣探測器所形的寬扇形射束內(nèi)，并初始化CT掃描參數(shù)；.2)按照步驟1)中所述掃描參數(shù)，對鑄件進(jìn)行多次、多角度掃描，完成一次掃描得到一幅 DR圖像數(shù)據(jù)；.3)對步驟2)中所采集到的DR圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行重排；.4)初始化重建參數(shù)；.5)根據(jù)步驟3)中所得到的重排后的DR圖像數(shù)據(jù)，采用SART迭代重建算法重建三維 CT圖像；.6)根據(jù)步驟5)中重建的CT圖像，顯示鑄件切片圖像或可視化鑄件的具體數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種鐵路鑄件全身CT掃描成像方法，其特征在于步驟I)中所述的初始化CT掃描參數(shù)包括有被檢鑄件的視場直徑、DR掃描行程、轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)的次數(shù)和轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)夾角。
3.如權(quán)利要求2所述的一種鐵路鑄件全身CT掃描成像方法，其特征在于，步驟2)中所述對鑄件進(jìn)行掃描的方法為.2-1)以鑄件的初始放置位置為初始掃描位置，自上而下掃描鑄件，獲得第一幅DR圖像數(shù)據(jù)X ;.2-2)以初始化CT掃描參數(shù)中的轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)夾角為旋轉(zhuǎn)角度，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，自下而上掃描鑄件，獲得第二幅DR圖像數(shù)據(jù)石；.2-3)判斷所有掃描過程是否已獲得鑄件半個圓周掃描的DR圖像，若是則轉(zhuǎn)向步驟 2-6)，若否則轉(zhuǎn)向步驟2-4)；.2-4)以初始化CT掃描參數(shù)中的轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)夾角為旋轉(zhuǎn)角度，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，自上而下掃描鑄件，獲得第N-I幅DR圖像數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)向步驟2-5)；.2-5)以步驟2-4)的旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，自下而上掃描鑄件，獲得第N幅DR圖像數(shù)據(jù)</，N為當(dāng)前掃描次數(shù)，并轉(zhuǎn)向步驟2-3)；.2-6)停止掃描，并轉(zhuǎn)向步驟3 )。
4.如權(quán)利要求3所述的一種鐵路鑄件全身CT掃描成像方法，其特征在于，步驟3)中的重排方法為.3-1)定義自上而下掃描得到的DR圖像數(shù)據(jù)為正向，自下而上掃描得到的DR圖像數(shù)據(jù)為反向，將所有反向DR圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行反轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)換為正向；.3-2)組合DR圖像數(shù)據(jù)中相同行的數(shù)據(jù)，各自組成鑄件的所有斷層影像數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求I所述的一種鐵路鑄件全身CT掃描成像方法，其特征在于步驟4)中所述初始化重建的參數(shù)包括有，有效探測器個數(shù)、有效扇束張角和重建圖像的大小。
6.如權(quán)利要求4所述的一種鐵路鑄件全身CT掃描成像方法，其特征在于，SART迭代重建算法具體步驟為.5-1)取一層鑄件斷層的投影數(shù)據(jù)，進(jìn)行取對數(shù)操作；5-2)利用以下公式，對每個鑄件進(jìn)行迭代重建ZiwS μ yv ，- ifi lk J = W式中I:，zf分別為第^與3+1次子迭代過程中的第，個像素值，、表示第t條射線穿過第.個像素的長度， 表示第條射線的實(shí)測投影值，爲(wèi)= ￡>%/,為第條射 JPii I線的模擬投影值(或稱為線積分值)，F(xiàn)表示重建圖像中像素的個數(shù),*表示取遍所有像素， 為表示第/個投影視角下所有射線索引的集合，#為松弛因子；5-3 )取下一層鑄件斷層的投影數(shù)據(jù)，重復(fù)步驟5-1)和步驟5-2 )，直到重建完所有鑄件斷層。
7.如權(quán)利要求6所述的一種鐵路鑄件全身CT掃描成像方法，其特征在于，每層斷層的迭代重建計(jì)算方法為對圖像賦初值Z = Xw，按投影角度進(jìn)行迭代；在第I個投影視角下分別取射線進(jìn)行圖像投影，生成模擬投影數(shù)據(jù)，計(jì)算實(shí)際投影與模擬投影的差值，將差值乘上松弛因子后反投影到圖像上，獲得修正圖像Zw ；在第2個投影視角下，在上一次修正的圖像上進(jìn)行投影，將實(shí)際投影與模擬投影之差乘以松弛因子，再反投影到圖像上，獲得修正圖像Zw，有 個投影視角，那么經(jīng)過#次修正將獲得圖像；將估計(jì)值的模擬投影與實(shí)際投影之間的距離作為判斷是否進(jìn)行下一輪迭代的判據(jù)，若距離大于小于給定閾值，則需要進(jìn)行下一次輪迭代，將賦為初值，按上述相同的步驟進(jìn)行迭代，若計(jì)算的距離小于給定的閾值，則停止迭代，將重建結(jié)果保存到體數(shù)據(jù)中。
全文摘要
一種鐵路鑄件全身CT掃描成像方法，它包括有射線源、線陣探測器和掃描轉(zhuǎn)臺，掃描成像步驟為1)將鑄件放置于掃描轉(zhuǎn)臺上，并初始化CT掃描參數(shù)；2)對鑄件進(jìn)行多次、多角度掃描，完成一次掃描得到一幅DR圖像數(shù)據(jù)；3)采集到的DR圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行重排；4)初始化重建參數(shù)；5)采用SART迭代重建算法重建三維CT圖像；6)顯示鑄件切片圖像或可視化鑄件的具體數(shù)據(jù)。它掃描速度快，重建三維圖像質(zhì)量高，影像不重疊分辨率高，有效提高鐵路鑄件的掃描效率。
文檔編號G01N23/04GK102590243SQ20121003639
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者王玨, 鄒永寧 申請人:重慶大學(xué)