本發(fā)明涉及X射線(xiàn)CT(Computed Tomography，CT)技術(shù)領(lǐng)域，具體講，涉及基于光耦探測(cè)器X射線(xiàn)三維顯微鏡系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定方法。

技術(shù)背景

X射線(xiàn)CT是無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的重要技術(shù)手段，其分辨力一般處于微米量級(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。

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。

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)。其分辨力由系統(tǒng)本身的性能決定，相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)直接決定了重建圖像的質(zhì)量，是系統(tǒng)分辨細(xì)節(jié)能力的重要影響因素，因此，進(jìn)行相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)定成為必不可少的工作。而利用顯微鏡原理的顯微CT，因其視場(chǎng)較小，傳統(tǒng)工業(yè)CT中相關(guān)的系統(tǒng)標(biāo)定方法不能直接引用到該系統(tǒng)中。基于光耦探測(cè)器的高分辨率顯微CT系統(tǒng)，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，因此，本發(fā)明針對(duì)此類(lèi)系統(tǒng)，提出了一種適用于該類(lèi)系統(tǒng)的系統(tǒng)標(biāo)定方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的空白，提供高分辨率顯微CT系統(tǒng),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)三維顯微鏡系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)定方法，首先利用標(biāo)準(zhǔn)柵格板進(jìn)行高分辨率顯微CT的光學(xué)放大倍數(shù)標(biāo)定，并將探測(cè)器像素信息轉(zhuǎn)化到閃爍片位置的像素信息，然后獲取特定模體的二維透視圖像，通過(guò)計(jì)算模體透視圖像中的相關(guān)參數(shù)，標(biāo)定獲得系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。

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，并將探測(cè)器像素信息轉(zhuǎn)化到閃爍片位置的像素信息具體為：

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；

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)；

步驟105：用CCD探測(cè)器的像素尺寸除以上述標(biāo)定的放大倍數(shù)，將像素信息轉(zhuǎn)化成閃爍片的像素信息。

利用特定模體獲取二維透視圖像過(guò)程如下：

步驟201：將模體置于樣品臺(tái)上，獲取第一張二維透視圖像，取此時(shí)位置為第I平面；

步驟202：利用平移臺(tái)，沿X射線(xiàn)方向正向調(diào)節(jié)模體的位置，調(diào)節(jié)距離與模體上球心距相同，獲取第二張二維透視圖像，取此時(shí)位置為第II平面。

利用獲取的二維透視圖像求取系統(tǒng)參數(shù)過(guò)程如下：

步驟301：利用霍夫(Hough)變換提取各投影圓的圓心坐標(biāo)；

步驟302：根據(jù)提取的圓心坐標(biāo)以及步驟105求取的像素尺寸信息求取各個(gè)投影圓圓心之間的距離；

步驟303：根據(jù)各投影點(diǎn)的球心坐標(biāo)，以及式(1)～(6)求取探測(cè)器繞X、Y、Z軸的三

個(gè)偏轉(zhuǎn)角α、β、γ；

其中，A～J代表各個(gè)球，各個(gè)球位置排列成3行3列，行距與列距相等；Y_s為射線(xiàn)源焦斑在設(shè)定的坐標(biāo)系中的Y向坐標(biāo)，Y_A為球A在設(shè)定的坐標(biāo)系中的Y向坐標(biāo)，Δ為水平或豎直方向相鄰兩球之間的距離，f為射線(xiàn)源焦斑到轉(zhuǎn)臺(tái)中心距離的估計(jì)值，l為2*Δ，a、b、c為設(shè)定的中間參數(shù)變量，|A₀C₀|為投影圖像中AC兩球的球心距，其它兩球間球心距表達(dá)方式與AC兩球類(lèi)似，為第I平面中F點(diǎn)投影點(diǎn)的X向坐標(biāo)，為第I平面中D點(diǎn)投影點(diǎn)的X向坐標(biāo)，為第I平面中D點(diǎn)投影點(diǎn)的Z向坐標(biāo)，為第I平面中F點(diǎn)投影點(diǎn)的Z向坐標(biāo)；

步驟304：根據(jù)各投影點(diǎn)的球心坐標(biāo)，以及式(7)～(9)求取射線(xiàn)源焦斑到轉(zhuǎn)軸中心以及探測(cè)器的距離即射線(xiàn)源焦斑到轉(zhuǎn)臺(tái)中心的距離SOD、射線(xiàn)源焦斑到閃爍體之間的距離SDD；

Y_S-Y_A≈f·cosα·cosβ＝SOD·cosα·cosβ (9)

其中，D₀F₀為第I平面中D、F兩點(diǎn)投影點(diǎn)之間的距離，D₁F₁為第II平面中D、F兩點(diǎn)投影點(diǎn)之間的距離，X_A0為第I平面中A點(diǎn)投影點(diǎn)的X向坐標(biāo)，Z_A0為為第I平面中A點(diǎn)投影點(diǎn)的Z向坐標(biāo)，u₁、v₁為射線(xiàn)源焦斑相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)在水平和豎直兩個(gè)方向的偏移量，u₂、v₂為閃 爍體中心相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)在水平和豎直兩個(gè)方向的偏移量，v₁、v₂以供后續(xù)使用。

步驟305：根據(jù)各投影點(diǎn)的球心坐標(biāo)，結(jié)合求出的u₁-u₂、v₁-v₂以及式(9)～(13)求取射線(xiàn)源焦斑、探測(cè)器中心的偏移量u₁、v₁、u₂、v₂；

其中，X_S為射線(xiàn)源焦斑在設(shè)定的坐標(biāo)系中的X向坐標(biāo)，X_A10為為第II平面中A點(diǎn)投影點(diǎn)的X向坐標(biāo)，Z_S為射線(xiàn)源焦斑在設(shè)定的坐標(biāo)系中的Z向坐標(biāo)，Z_A10為為第II平面中A點(diǎn)投影點(diǎn)的Z向坐標(biāo)。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)與效果：

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)系統(tǒng)確定后，光學(xué)放大就確定了，因此光學(xué)放大倍數(shù)只進(jìn)行一次標(biāo)定即可。(2)無(wú)需旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，不會(huì)引入轉(zhuǎn)臺(tái)端跳、徑跳以及偏擺等對(duì)圖像的影響。(3)系統(tǒng)確定后，相關(guān)參數(shù)不會(huì)改變，在重構(gòu)獲取三維圖像信息時(shí)，只需將相關(guān)參數(shù)代入重建公式即可。(4)本文方法簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行CT掃描標(biāo)定，只需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的柵格板、標(biāo)準(zhǔn)模體進(jìn)行若干次投影數(shù)據(jù)采集即可。

附圖說(shuō)明

圖1基于光耦探測(cè)器的顯微CT結(jié)構(gòu)示意。

圖2為光耦探測(cè)器部分的示意圖。

圖3為柵格板的DR圖像。

圖4為模體的示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的目的在于提供一種基于光耦探測(cè)器X射線(xiàn)三維顯微鏡系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)定方法，首先利用標(biāo)準(zhǔn)柵格板進(jìn)行高分辨率顯微CT的光學(xué)放大倍數(shù)標(biāo)定，并將探測(cè)器像素信息轉(zhuǎn)化到閃爍片位置的像素信息，然后獲取特定模體的二維透視圖像，通過(guò)計(jì)算模體透視圖像中的相關(guān)參數(shù)，標(biāo)定獲得系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

1、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，并將探測(cè)器像素信息轉(zhuǎn)化到閃爍片位置的像素信息具體為：

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；

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)；

步驟105：用CCD探測(cè)器的像素尺寸除以上述標(biāo)定的放大倍數(shù)，將像素信息轉(zhuǎn)化成閃爍片的像素信息。

2、利用特定模體獲取二維透視圖像過(guò)程如下：

步驟201：將模體置于樣品臺(tái)上，調(diào)節(jié)合適電壓、電流等條件，獲取第一張二維透視圖像；

步驟202：利用平移臺(tái)，沿X射線(xiàn)方向調(diào)節(jié)模體的位置，調(diào)節(jié)距離與模體上球心距相同，獲取第二張二維透視圖像；

3、利用獲取的二維透視圖像求取系統(tǒng)參數(shù)過(guò)程如下：

步驟301：利用霍夫(Hough)變換提取各投影圓的圓心坐標(biāo)；

步驟302：根據(jù)提取的圓心坐標(biāo)以及步驟105求取的像素尺寸信息求取各個(gè)投影圓圓心之間的距離；

步驟303：根據(jù)各投影點(diǎn)的球心坐標(biāo)，以及式(1)～(6)求取探測(cè)器繞X、Y、Z軸的三

個(gè)偏轉(zhuǎn)角α、β、γ；

其中，A～J代表各個(gè)球，各個(gè)球位置排列成3行3列，行距與列距相等；Y_s為射線(xiàn)源焦斑在設(shè)定的坐標(biāo)系中的Y向坐標(biāo)，Y_A為球A在設(shè)定的坐標(biāo)系中的Y向坐標(biāo)，Δ為水平或豎直方向相鄰兩球之間的距離，f為射線(xiàn)源焦斑到轉(zhuǎn)臺(tái)中心距離的估計(jì)值，l為2*Δ，a、b、c為設(shè)定的中間參數(shù)變量，|A₀C₀|為投影圖像中AC兩球的球心距，其它兩球間球心距表達(dá)方式與AC兩球類(lèi)似；

步驟304：根據(jù)各投影點(diǎn)的球心坐標(biāo)，以及式(7)～(9)求取射線(xiàn)源焦斑到轉(zhuǎn)軸中心以及探測(cè)器的距離SOD(射線(xiàn)源焦斑到轉(zhuǎn)臺(tái)中心的距離)、SDD(射線(xiàn)源焦斑到閃爍體之間的 距離)；

Y_S-Y_A≈f·cosα·cosβ＝SOD·cosα·cosβ (22)

其中，D₀F₀為第I平面中D、F兩點(diǎn)投影點(diǎn)之間的距離，D₁F₁為第II平面中D、F兩點(diǎn)投影點(diǎn)之間的距離，X_A0為為第I平面中A點(diǎn)投影點(diǎn)的X向坐標(biāo)，Z_A0為為第I平面中A點(diǎn)投影點(diǎn)的Z向坐標(biāo)，u₁、v₁為射線(xiàn)源焦斑相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)在水平和豎直兩個(gè)方向的偏移量，u₂、v₂為閃爍體中心相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)在水平和豎直兩個(gè)方向的偏移量，v₁、v₂以供后續(xù)使用。

步驟305：根據(jù)各投影點(diǎn)的球心坐標(biāo)，結(jié)合求出的u₁-u₂、v₁-v₂以及式(9)～(13)求取射線(xiàn)源焦斑、探測(cè)器中心的偏移量u₁、v₁、u₂、v₂；

其中，X_S為射線(xiàn)源焦斑在設(shè)定的坐標(biāo)系中的X向坐標(biāo)，X_A10為為第II平面中A點(diǎn)投影點(diǎn)的X向坐標(biāo)，Z_S為射線(xiàn)源焦斑在設(shè)定的坐標(biāo)系中的Z向坐標(biāo)，Z_A0為為第I平面中A點(diǎn)投影點(diǎn)的Z向坐標(biāo)，Z_A10為為第II平面中A點(diǎn)投影點(diǎn)的Z向坐標(biāo)。

本發(fā)明的特征在于包括以下步驟：

(1)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，并將探測(cè)器像素信息轉(zhuǎn)化到閃爍片位置的像素信息；

(2)利用特定模體獲取二維透視圖像；

(3)利用獲取的二維透視圖像求取系統(tǒng)參數(shù)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)系統(tǒng)確定后，光學(xué)放大就確定了，因此光學(xué)放大倍數(shù)只進(jìn)行一次標(biāo)定即可。(2)無(wú)需旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，不會(huì)引入轉(zhuǎn)臺(tái)端跳、徑跳以及偏擺等對(duì)圖像的影響。(3)系統(tǒng)確定后，相關(guān)參數(shù)不會(huì)改變，在重構(gòu)獲取三維圖像信息時(shí)，只需將相關(guān)參數(shù)代入重建公式即可。(4)本文方法簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行CT掃描標(biāo)定，只需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的柵格板、標(biāo)準(zhǔn)模體進(jìn)行若干次投影數(shù)據(jù)采集即可。

結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，具體步驟如下：

1)將圖2中光耦探測(cè)器前端的閃爍體更換為如圖3所示的標(biāo)準(zhǔn)柵格板(黑線(xiàn)中心間距為100μm)，調(diào)整柵格板的位置使其在CCD上成清晰像。

2)通過(guò)Canny算子對(duì)柵格板顯微圖像進(jìn)行邊緣提取，獲取平行柵格直接的距離。

3)根據(jù)CCD像素尺寸，計(jì)算網(wǎng)格放大后尺寸，再除以網(wǎng)格實(shí)際尺寸，即得光學(xué)放大倍數(shù)。

4)將CCD的像素尺寸除以光學(xué)放大倍數(shù)，把CCD相關(guān)信息轉(zhuǎn)換到閃爍片。

5)將標(biāo)準(zhǔn)模體放置在轉(zhuǎn)臺(tái)中心，調(diào)節(jié)合適的電壓、電流等條件，獲取第一張透視DR(Digital Radiography)圖像。

6)沿射線(xiàn)方向移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)模體，獲取第二張透視DR圖像。

7)使用Canny算子提取DR圖像的邊緣。

8)使用Hough變換確定模體DR圖像中所有圓的圓心的位置。

9)根據(jù)球心坐標(biāo)，求取各DR圖像中球心之間的距離。

10)根據(jù)式(1)～(13)求取對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)。