本發(fā)明涉及x射線檢測(cè)領(lǐng)域，具體是指一種基于x射線檢測(cè)技術(shù)的三維斷層重建及切片顯示方法。

背景技術(shù)：

電力設(shè)備如gis、斷路器、復(fù)合絕緣子等，其內(nèi)部任何缺陷和故障的存在都可能影響設(shè)備整體性能，可能影響到相鄰設(shè)備的正常工作以及服務(wù)范圍的正常用電。而大型電力設(shè)備如gis、罐式斷路器體形龐大、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，一旦出現(xiàn)事故進(jìn)行停電檢修時(shí)就需要投入大量的人力、物力、財(cái)力和時(shí)間。在電力設(shè)備內(nèi)部的缺陷大量為結(jié)構(gòu)性缺陷，因此，為減少或者避免電力設(shè)備因故停運(yùn)，就必須對(duì)電力設(shè)備內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)。

傳統(tǒng)的檢測(cè)方法在應(yīng)用過(guò)程中存在一些技術(shù)局限性，尤其是針對(duì)全封閉結(jié)構(gòu)的電力設(shè)備或普通電力設(shè)備封閉不可視部件，具體體現(xiàn)在：

1)檢測(cè)方法大多針對(duì)設(shè)備絕緣性能，對(duì)于設(shè)備內(nèi)部不可視部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)缺陷無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的檢測(cè)。

2)不能對(duì)缺陷進(jìn)行定位，或者是缺陷定位過(guò)程中需要進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)量，工作量巨大。

3)只能判斷缺陷是否存在，無(wú)法直觀的對(duì)缺陷來(lái)源及性狀進(jìn)行分析。

4)部分檢測(cè)方法易受設(shè)備結(jié)構(gòu)、機(jī)械振動(dòng)等檢測(cè)環(huán)境影響，導(dǎo)則存在致誤判風(fēng)險(xiǎn)。

5)通常都是在故障已經(jīng)產(chǎn)生甚至是故障發(fā)展到比較嚴(yán)重的程度時(shí)才能被檢測(cè)出來(lái)，無(wú)法在缺陷形成之初對(duì)其進(jìn)行有效的檢測(cè)。

因此，如何在不拆卸設(shè)備的情況下，對(duì)gis、斷路器、復(fù)合絕緣子等電力設(shè)備內(nèi)部缺陷尤其是結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)和準(zhǔn)確診斷就具有了極其重要的研究意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決上述缺陷，提供一種基于x射線檢測(cè)技術(shù)的三維斷層重建及切片顯示方法。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案現(xiàn)實(shí)：基于x射線檢測(cè)技術(shù)的三維斷層重建及切片顯示方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)采用x射線對(duì)被測(cè)物進(jìn)行掃描，獲取被測(cè)物的x射線投影數(shù)據(jù)；

(2)對(duì)x射線投影數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像校準(zhǔn)和圖像處理；

(3)將經(jīng)過(guò)圖像校準(zhǔn)和圖像處理后的x射線投影數(shù)據(jù)進(jìn)行三維斷層重建；

(4)根據(jù)三維斷層重建結(jié)果進(jìn)行三維圖像切片顯示。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)中x射線以直線掃描的方式對(duì)被測(cè)物進(jìn)行掃描。

所述步驟(3)中采用迭代算法對(duì)x射線投影數(shù)據(jù)進(jìn)行三維斷層重建。

所述迭代算法對(duì)x射線投影數(shù)據(jù)進(jìn)行三維斷層重建包括以下步驟：

①、設(shè)置初始化重建參數(shù)，包括：射線的數(shù)目nr；圖像的像素?cái)?shù)nv；已知的投影數(shù)據(jù)系統(tǒng)投影矩陣其中wij為第j個(gè)像素與第i條射線相交的長(zhǎng)度；給待重建圖像賦初始值迭代次數(shù)變量niter＝0；最大迭代次數(shù)ncount；tv梯度下降法的迭代次數(shù)ngrad；art迭代的松弛因子λ；λ縮小的比例λred；tv最速下降法迭代過(guò)程的松弛因子α；α縮小的比例αred；變量參數(shù)rmax；數(shù)據(jù)不一致公差ε；

②、開(kāi)始一次循環(huán)迭代；

③、利用art算法進(jìn)行迭代循環(huán)計(jì)算，得到圖像f^(art)，計(jì)算公式為：

其中，

為第i條射線的模擬投影值；

④、在圖像f^(art)中引入非負(fù)性限制，得到圖像f^(pocs)，即

⑤、計(jì)算以下變量參數(shù)：dp＝||wf^(pocs)-p||、dpocs＝||f^(pocs)-f||，給tv最小化迭代賦初值f^(tv-grad)＝f^(pocs)；

⑥、采用tv最速下降法迭代計(jì)算f^(tv-grad)，計(jì)算公式為：

其中，變量參數(shù)

其中，為用三維矩陣表示的三維圖像中的一個(gè)體元，s,t,r為三個(gè)維度的索引；τ為一個(gè)很小的正數(shù)，避免分母為0；

⑦、判斷是否改變tv最速下降法迭代過(guò)程的松弛因子；判斷方法為：計(jì)算變量參數(shù)dtv，dtv＝||f^(tv-grad)-f^(pocs)||；若dtv＞rmax*dpocs并且dp＞ε時(shí)，則令α＝α*αred；

⑧、令art算法的松弛因子λ＝λ*λred；

⑨、完成一次迭代，令迭代次數(shù)niter＝niter+1；

⑩、判定是否滿足迭代停止的條件：||wf^(tv-grad)-p||≤ε或者迭代次數(shù)niter≥ncount；滿足，則令f＝f^(pocs)，輸出f，完成三維斷層重建；否則，令f＝f^(tv-grad)，返回步驟②，繼續(xù)下一次迭代。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

(1)本發(fā)明不僅步驟簡(jiǎn)單，便于操作，還能在獲得的有限數(shù)據(jù)下對(duì)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和狀態(tài)以三維方式真實(shí)再現(xiàn)，可便于檢測(cè)人員直觀的觀察及分析設(shè)備狀態(tài)。

(2)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)金屬材料內(nèi)部器件的三維切片顯示，為電力設(shè)備帶電檢測(cè)提供了一種快速、可視、無(wú)損的檢測(cè)手段，能夠在不停電或不解體的情況下，準(zhǔn)確及時(shí)的掌握設(shè)備內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息，發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)缺陷。

(3)本發(fā)明與傳統(tǒng)的成像方式相比，能直觀地顯示器件的三維立體結(jié)構(gòu)，從而可以從各個(gè)角度觀察器件在金屬材料內(nèi)部存在的形式與分布狀態(tài)，這對(duì)判斷器件的類(lèi)型具有重要意義。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于此。

實(shí)施例

如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)的基于x射線檢測(cè)技術(shù)的三維斷層重建及切片顯示方法，包括以下步驟：

(1)采用x射線對(duì)被測(cè)物進(jìn)行掃描，獲取被測(cè)物的x射線投影數(shù)據(jù)。即x射線通過(guò)直線掃描的方式對(duì)整個(gè)被測(cè)物體內(nèi)部進(jìn)行掃查，獲得被測(cè)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的x射線成像圖，然后在x射線成像圖中找到待分析的目標(biāo)區(qū)域，再以不同角度進(jìn)行精確掃查，獲得被測(cè)物體內(nèi)部的目標(biāo)區(qū)域的x射線成像圖，并保存獲得的目標(biāo)區(qū)域的x射線成像圖數(shù)據(jù)信息。上述直線掃描方式是指射線機(jī)和成像板的運(yùn)動(dòng)軌跡為直線，掃描過(guò)程中射線機(jī)和成像板的相對(duì)位置固定。

(2)對(duì)x射線投影數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像校準(zhǔn)和圖像處理，以便更好地獲取后續(xù)三維斷層重建所需的圖像特征信息。

由于平板探測(cè)器成像時(shí)會(huì)受到暗場(chǎng)漂移響應(yīng)不一致性和壞點(diǎn)等因素的影響，因此，圖像校準(zhǔn)是指對(duì)平板探測(cè)器的成像進(jìn)行暗場(chǎng)校正、增益校正以及壞像素校正，暗場(chǎng)校正、增益校正以及壞像素校正的過(guò)程均為成熟技術(shù)，在此不做過(guò)多贅述。圖像處理是指降低成像噪聲、抑制射線散射、增強(qiáng)細(xì)節(jié)特征，從而形成高像質(zhì)dr圖像，降低成像噪聲、抑制射線散射、增強(qiáng)細(xì)節(jié)特征均為目前的成熟技術(shù)，不做過(guò)多說(shuō)明。

(3)將經(jīng)過(guò)圖像校準(zhǔn)和圖像處理后的x射線投影數(shù)據(jù)采用迭代算法進(jìn)行三維斷層重建。

具體的，所述迭代算法對(duì)x射線投影數(shù)據(jù)進(jìn)行三維斷層重建包括以下步驟：

①、設(shè)置初始化重建參數(shù)，包括：射線的數(shù)目nr；圖像的像素?cái)?shù)nv；已知的投影數(shù)據(jù)系統(tǒng)投影矩陣其中wij為第j個(gè)像素與第i條射線相交的長(zhǎng)度；給待重建圖像賦初始值迭代次數(shù)變量niter＝0；最大迭代次數(shù)ncount；tv梯度下降法的迭代次數(shù)ngrad；art迭代的松弛因子λ；λ縮小的比例λred；tv最速下降法迭代過(guò)程的松弛因子α；α縮小的比例αred；變量參數(shù)rmax；數(shù)據(jù)不一致公差ε。

②、開(kāi)始一次循環(huán)迭代。

③、利用art算法進(jìn)行迭代循環(huán)計(jì)算，得到圖像f^(art)，計(jì)算公式為：其中，為第i條射線的模擬投影值。

④、在圖像f^(art)中引入非負(fù)性限制，得到圖像f^(pocs)，即

非負(fù)性是指大于或等于0。

⑤、計(jì)算以下變量參數(shù)：dp＝||wf^(pocs)-p||、dpocs＝||f^(pocs)-f||，給tv最小化迭代賦初值f^(tv-grad)＝f^(pocs)；||·||表示向量的二范數(shù)。

⑥、采用tv最速下降法迭代計(jì)算f^(tv-grad)，計(jì)算公式為：

其中，變量參數(shù)

其中，為用三維矩陣表示的三維圖像中的一個(gè)體元，s,t,r為三個(gè)維度的索引；τ為一個(gè)很小的正數(shù)，避免分母為0。

⑦、判斷是否改變tv最速下降法迭代過(guò)程的松弛因子；判斷方法為：計(jì)算

變量參數(shù)dtv，dtv＝||f^(tv-grad)-f^(pocs)||；若dtv＞rmax*dpocs并且dp＞ε時(shí)，則令α＝α*αred。

⑧、令art算法的松弛因子λ＝λ*λred。

⑨、完成一次迭代，令迭代次數(shù)niter＝niter+1。

⑩、判定是否滿足迭代停止的條件：||wf^(tv-grad)-p||≤ε或者迭代次數(shù)niter≥ncount；滿足，則令f＝f^(pocs)，輸出f，完成三維斷層重建；否則，令f＝f^(tv-grad)，返回步驟②，繼續(xù)下一次迭代。

(4)根據(jù)三維斷層重建結(jié)果f⁽⁰⁾＝f^(tv-grad)進(jìn)行三維圖像切片顯示具體包括以下步驟：

a、設(shè)定顯示窗位和窗寬；

b、將三維斷層重建結(jié)果通過(guò)分段線性變換映射到[0，255]的灰度區(qū)間，以灰度圖像的形式顯示三維圖像；其中，圖像f的每個(gè)像素fi，分段線性變換映射的具體算法如下：

其中，l為選擇的窗位值，w為選擇的窗寬。

如上所述，便可很好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。