用于图像重建系统的图像缓冲器以及访问调度的制作方法-山东亚星游戏官网机床有限公司

专利名称：用于图像重建系统的图像缓冲器以及访问调度的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及图像处理，具体而言，涉及用于由物体的射线摄影图像重建该物体的横截面图像的系统和方法。
背景技术：
由多个投影重建一个物体的横截面图像的技术广泛被称为断层摄影(tomography)。当在基于处理器的设备(或者“计算机”)的帮助下进行这样的横截面图像重建时，该项技术广泛地被称为计算机(或者计算机化)断层摄影(CT)。在一个典型的示例性应用中，辐射源将X波长辐射穿过物体投射到电子传感器(或者“探测器”)阵列上。通过提供物体、源以及传感器阵列的一者或者多者之间的相对移动，得到多个视图。然后利用对该多个视图的合适的数学变换可以近似得到穿过物体的切片图像或者物体的三维(“3D”)图像。也就是说，物体的横截面图像可以被重建，并且在某些应用中这样的横截面图像可以被组合用来形成该物体的完整的3D图像。
也许断层摄影的最广为人知的实际应用是医学计算机化断层摄影扫描仪(CT扫描仪，也称为计算机辅助断层摄影或者计算机化轴向断层摄影(CAT))。例如，由射线摄影(例如，X射线)图像重建横截面图像被普遍地使用在医学应用中，以由X射线图像生成人体或者人体局部的横截面图像(和/或3D视图)。在这些应用中，传统上横截面图像重建的速度并不是非常重要。但是，随着医学手段不断地发展，某些医学应用开始需要横截面图像的快速重建。举例来说，例如很多电生理心脏手术、外周血管手术、经皮腔内冠状动脉成形术(PTCA)、泌尿系统手术以及整形术的医学程序越来越需要实时的X射线成像。
断层摄影在对工业产品的自动化检验中也受到关注。例如，由射线摄影(例如，X射线)图像来重建横截面图像已经被用于质量控制检验系统，用来检验制造的产品，例如电子器件(例如，印刷电路板部件)。也就是说，断层摄影可以被用在自动化检验系统中来重建所研究的物体的一个或者多个平面(在此这可以被称为“深度层面(depth layer)”或者“横截面”)的图像，以便评估该物体(或者其局部)的质量。例如，印刷电路板部件(或者其他被研究物体)可以包括希望检验的各种深度层面。作为一个相对简单的例子，双面印刷电路板部件可以在该板的两面上都包括焊点。这样，布置有焊点的电路板部件的每一面都可以包括该板的一个独立的深度层面。另外，电路板部件在其每一面上都可以包括表面安装(例如，焊料的球栅阵列)，从而产生可能感兴趣的该板另外的深度层面。
所检验物体可以从各种不同的视角被成像(例如，通过以各种不同的角度被X射线曝光)，得到物体的射线摄影图像，并且这样的射线摄影图像可以被处理以重建该物体的深度层面(或者“切片”)的图像。也就是说，X射线可以以各种不同视角从X射线源被施加于所检验物体，布置在与X射线源相对的物体另一侧的探测器可以接收到X射线并测量该物体的X射线透射情况。这样的测量信息可以通过射线摄影图像设备输出为数字信息(例如，表示物体的“像素”的数据)。这样的射线摄影图像数据(像素)可以输入到图像重建器，所述图像重建器利用该信息来重建所检验物体的横截面图像。之后在一些检验系统中，得到的横截面图像可以一层一层地被显示，并且/或者这样的横截面图像可以被用来重建所检验物体的完整的3D显象。
由所获取的被检验物体的射线摄影(例如X射线)图像来提供该物体的横截面图像重建的自动化检验系统已经不能提供快至足以跟得上快节奏生产线的质量分析了。由于获得多个射线摄影图像(例如，各种不同角度的图像)和计算若干横截面图像所需的成本、速度和/或机械的原因，很多传统的实现断层摄影的方法(例如那些传统上用于医学应用的不需要快速重建的方法)不适合制造业的环境。例如，印刷电路板装配线一般移动得非�？�。举个例子，在生产线上印刷电路板可以彼此间隔仅仅几秒，因此，为了在生产环境中实现自动化的X射线检验系统，这样的检验系统需要非�？焖�。理想地，作为制造过程的反馈控制系统的一部分，检验处理是实时的。在一些制造环境中，需要在一分钟甚至更短的时间内检验几万个焊点的完整性。一般，目前的自动化X射线检验系统限制了生产线可以运行的速度，因而自动化X射线检验系统目前主要用于检验一般以相对较少的量来制造的相对特殊、高成本的板，其中生产线的速度不是那么重要。当然，如果自动化X射线检验系统能够运行得快至足以跟得上高吞吐量生产线，则它们有可能被更多地利用。
在X射线吸收断层摄影中，有很多成像技术可应用于重建横截面切片。一种成像技术被称为分层摄影(laminography)。在分层摄影中，X射线源和探测器阵列相对于要观察的物体以协同的模式移动，使得物体在所选聚焦平面之外的部分在探测器阵列处形成�：耐枷�(参见例如美国专利No.4,926,452)。聚焦平面的图像在模拟求平均处理(analogaveraging process)中被重建。题为“ENHANCED THICKNESSCALIBRATION AND SHADING CORRECTION FOR AUTOMATIC X-RAY INSPECTION(用于自动化X射线检验的增强的厚度校准和阴影校正)”的美国专利No.6,201,850中进一步描述了可以被用于电子学检验的分层摄影系统的一个例子。
另一种成像技术被称为断层综合(tomosynthesis)。断层综合近似于分层摄影，其中获得并组合了多个投影(或者视图)。随着视图数量的增长，得到的组合图像一般接近于使用具有相同几何条件的分层摄影所获得的图像。断层综合与上述分层摄影技术的一个区别特征在于在断层综合中，从不同方向(不同视角)获得的X射线图像可以被处理(例如以不同的空间变换来重叠，并平均它们的亮度)以产生各种横截面。换句话说，可以用一套X射线图像来获得所检验物体的多个横截面(例如，不同高度的该物体的横截面)。断层综合可以按照模拟方法来执行，例如，通过重叠多片曝光胶片。替代地，断层综合也可以按照数字方法执行。在数字断层综合中，单个视图被分成像素，并通过计算机软件被数字化和组合。
三维(3D)计算机断层摄影比分层摄影或者断层综合具有更加准确地重建图像的潜力，但却是以速度(计算时间)为代价的。三维计算机断层摄影一般需要很多投影，计算繁重。一种实现3D计算机辅助断层摄影的途径是在要观察的物体的一侧安置一个具有锥形3D射线输出的X射线源，并且在要观察的物体的相反一侧安置一个二维(2D)探测器阵列(例如，电荷耦合器件(“CCD”))，相对于该物体同步地移动源/阵列。有很多适合的扫描路径。对于完整地重建一个任意的物体，扫描路径必须围绕该物体。例如，源可以绕着要观察的物体而移动，或者源可以沿着围绕要观察的物体的圆柱面螺旋形路径或者其他路径而移动。这种被称为锥形束断层摄影的方法由于其得到的图像的质量，在很多重建3D图像的情况中是优选的，并且潜在地在电子部件分析(例如，电子装配分析)中是优选的。
从物体的投影重建该物体的理论数学方法是由J.Radon在1917年发展起来的，该基本的变换现在被称为Radon变换。最近，研究者们已经提出了各种用于锥形束重建的方法。参见例如A.K.Louis和F.Natterer，“Mathematical Problems of ComputerizedTomography(计算机化断层摄影的数学问题)”，Proceedings of the IEEE(电气和电子工程师协会论文集)，第71卷，第3期，第379～389页(1983年3月)；R.M.Lewitt，“Reconstruction AlgorithmsTransform Methods(重建算法变换方法)”，Proceedings of the IEEE，第71卷，第3期，第390～408页(1983年3月)；Y.Censor，“Finite Series-Expansion Reconstruction Methods(有限序列扩展重建方法)”，Proceedings of the IEEE，第71卷，第3期，第409～419页(1983年3月)；B.D.Smith，“Cone-beam tomographyrecent advances and tutorialreview(锥形束断层摄影近期进展和讲座性评述)”，OpticalEngineering(《光学工程》)，第29卷，第5期，第524～534页(1990年5月)；和C.Jacobson，“Fourier Methods in 3D-Reconstruction from Cone-BeamData(由锥形束数据的3D重建中的傅立叶方法)”，博士论文，论文编号427，瑞典林克平(Linkoping)大学电气工程系(1996年)。
总的来说，以上的每一种方法都涉及各种权衡，例如图像质量(近似程度、噪声、�：约拔毕�)与计算时间以及获得所需视图的难度之间的权衡。
锥形束方法一般得到一套平面图像。一般使用某种类型的矩形探测器阵列，该探测器阵列获取一组分布在一个平面上而不是单条线上的像素。在发展锥形束方法之前，成像技术，例如众所周知的扇形束方法，只获得一维(1D)的投影。通过使用探测器阵列的锥形束方法，获取到了2D图像。所获取的2D图像可以比得上数码相机所获取的图像，其中获取了被成像物体的像素矩阵。所获取的2D图像然后可以被处理以将它们组合(例如，使用反投影(Back Projection)技术)以重建所检验的3D物体(或者其局部)。
断层摄影技术，例如断层综合或者3D计算机断层摄影，一般需要(许多不同视角的)许多2D图像投影，并且一般对于由2D图像数据来重建3D图像在计算上是繁重的。相应地，在断层摄影系统中可能需要大量的数据存储容量用于存储所获得的大量2D图像数据(像素)，这种大量的数据存储容量是人们所不希望的，并且处理2D图像数据以重建3D图像数据的效率就成了人们所关心的问题。
大部分传统上用于检验的射线摄影成像系统是模拟机器，例如那些用于上述分层摄影技术的机器。如果不对这些模拟成像系统实质性的升级，它们不太可能能够达到高吞吐量生产环境所希望的图像处理速度。因此，基于数字的成像系统，例如上述的锥形束断层摄影系统，开始被用在检验系统中。基于数字的成像系统一般生成巨量的图像数据，这些图像要被管理并处理以进行横截面图像的重建。因此，需要一种能够以高效的方式处理来自这种基于数字的成像系统的图像数据的具有成本效益的技术。
物体横截面图像的重建经常是对该物体的区递增地进行的。一般，物体的一个“区”指一次能够被成像的部分。例如，由于探测器阵列、X射线源等的限制，整个电路板部件一般不是由射线摄影成像系统一次成像的，而是一般在逻辑上将该电路板部件分成多个区，以一次对该板的一小部分(例如，一平方英寸的区域)成像。一般，由X射线成像系统以各种角度获得物体的一个区的多个射线摄影图像，用于重建该区的一个或者多个横截面图像。也就是说，来自一个区的各种不同角度的图像以某种特殊的方式(例如，利用数学变换)被图像重建单元组合在一起以得到该区的重建的(一个或多个)横截面图像。获得一个区的不同角度的射线摄影图像经常是一项消耗时间的工作，因为它牵涉来回移动X射线源、探测器阵列以及物体中的一者或者多者以获取不同视角。
应该认识到，以各种不同角度捕获物体一个区的射线摄影图像会造成为每个区获得了相当多的射线摄影图像数据。一般，重建是随着各种视图的图像被收集而递增地进行的，这样就避免了所获取的像素数据的过多的存储。递增系统在产生另一个区的图像之前连续地产生用于重建物体一个区的横截面图像所需的所有该区的全部图像。物体的第一区的图像顺序地被处理，结果累积到对该区的重建(即，对于该区所希望的一个或者多个横截面图像的重建)中，并且该重建在开始处理物体的另一个区之前被输出(或者存储)。系统资源然后被重新利用以重建下一个区的希望的横截面。
因此，在传统的检验系统中，捕获和处理射线摄影图像来每次重建所检验物体的一个区的横截面。也就是说，在移动到所检验物体的另一个区之前，进行对物体的一个区的希望的横截面图像的完全重建。
要求顺序地获得和重建一个区的连续视图的一个缺点是可能需要复杂或者被过度约束的系统装置，以便在为产生所需视图所必需的各种方式(即，重建处理所需的各种不同角度)中对物体、X射线源和/或X射线探测器阵列进行定向。这会增加成本并降低图像重建系统的性能。另一个缺点是每当一个区的成像完成了，必须在开始对新的区成像之前移动并稳定物体。这种非平稳的运动降低了性能并增添了复杂度。
应该注意，取决于所使用的射线摄影成像系统，所检验的物体、X射线源、X射线探测器阵列或者这些项的某种组合可以被移动以获得对一个区成像以重建该区的横截面图像的各种角度。由于这些项的相对定位是获得用于对一个区成像的各种角度的重要因素，所以这里为了简明起见，通常将物体看作相对于静止的X射线源和探测器阵列移动，但是这些项的任何一个或者多个实际上可以在射线摄影成像系统中移动以获得所需的角度，因而相同的概念适用于物体、X射线源和X射线探测器阵列的具有类似相对运动的其他安排。
为了达到高速，递增系统通常直接从传感器阵列(或者“探测器阵列”)读取图像数据或者从专用的高速“帧缓冲器”读取数据。帧缓冲器是图像传感器阵列(或者探测器阵列)与计算设备相接口的常见方法。具体而言，帧缓冲器可以被实现用来存储来自传感器阵列的一个投影(即，对于给定的X射线源、传感器阵列以及物体的一种位置布置所获取的视图)的数据。帧缓冲器一次只存储一个投影的数据。为了避免在数据被使用之前改写该未被使用的数据，传感器阵列或者帧缓冲器不能被重新利用，直到重建单元已经使用了先前生成的数据。对传感器阵列和帧缓冲器重用时序的限制妨碍了很多高性能的设计。

发明内容
本发明针对一种系统和方法，该系统和方法使用数据缓冲器和数据访问调度来改善对所获取的所检验物体的图像数据的管理，用于以断层综合方式处理这些所获取的图像数据以由其重建希望的横截面图像。具体而言，一种实施例实现了数据缓冲器，该数据缓冲器可通信地耦合于射线摄影成像系统(例如，耦合到探测器阵列和/或帧缓冲器)，该缓冲器允许存储所检验物体的多个不同投影的至少一部分的射线摄影图像数据，例如与所检验物体的一个或者多个不同区的一个或者多个视角相关联的图像数据，并且以后该被存储的数据可以被用来重建所检验物体的感兴趣的区的横截面图像，而不是象传统递增系统中那样顺序地重建整个区的横截面图像。由于并不需要在开始获得其他区的射线摄影数据之前处理一个整个的区用于对其重建(即，用于重建该区的所希望的横截面图像)，所以该实施例的图像重建系统提供了比传统图像重建系统中可获得的大得多的灵活性。例如，该实施例允许关于在以各种不同视角获得射线摄影图像中如何移动所检验物体、X射线源和/或X射线探测器阵列的方面的更大的灵活性。
根据本发明的某些实施例，提供了一种用于由所获取的射线摄影图像数据重建横截面图像的方法。该方法包括获取所检验物体的第一区的射线摄影图像数据，以及将所获取的第一区的射线摄影图像数据存储于数据缓冲器中。该方法还包括在处理所获取的第一区的射线摄影图像数据用于重建第一区的横截面图像之前，获取所检验物体的第二区的射线摄影图像数据。该方法还包括处理所获取的第一区的射线摄影图像数据和所获取的第二区的射线摄影图像数据，以重建物体的第一和第二区的至少一个横截面图像。
根据本发明的某些实施例，一种系统包括可操作以获取所检验物体的多个不同投影的射线摄影图像数据的图像获取系统。该系统还包括至少一个图像重建处理器，该处理器可操作以处理所获取的射线摄影图像数据，用于以断层综合方式重建所检验物体的横截面图像。该系统还包括数据缓冲器，来自图像获取系统的所获取的射线摄影图像数据被存储于该数据缓冲器中，其中所述数据缓冲器包括多个区段，每个区段用于存储所检验物体的一个不同投影的射线摄影图像数据。
根据本发明的某些实施例，一种系统包括用于获取所检验物体的至少一个区的多个不同投影的射线摄影图像数据的装置。该系统还包括用于存储所获取的所述至少一个区的多个不同投影的射线摄影图像数据的装置，以及用于处理所获取的射线摄影图像数据，来以断层综合方式重建所述至少一个区的横截面图像的装置。该系统还包括装置，其用于确定(一个或多个)区中的至少第一区的目标数量的不同投影的射线摄影图像数据是否被存储于用于存储的装置中，且如果所述(一个或多个)区中的所述至少第一区的该目标数量的不同投影被存储于用于存储的装置中，则触发由处理装置对所获取的所述(一个或多个)区中的所述至少第一区的射线摄影图像数据的处理。
根据本发明的某些实施例，提供了一种方法，所述方法包括以多个不同投影对所检验物体的至少一个区成像，以及将所述(一个或多个)区的至少第一投影的图像数据存储于数据缓冲器的第一区段中。该方法还包括将所述(一个或多个)区的至少第二投影的图像数据存储于该数据缓冲器第二区段中。该方法还包括确定所述(一个或多个)区中的至少第一区的目标数量的不同投影的图像数据是否被存储于所述数据缓冲器中，且如果确定了所述(一个或多个)区中的所述至少第一区的该目标数量的不同投影被存储于该数据缓冲器，则触发对所述(一个或多个)区中的所述至少第一区的图像数据的处理，用于以断层综合方式重建其横截面图像。
以上已经相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便能够更好地理解接下来的对本发明的详细描述。以下将描述形成本发明权利要求的主题的本发明的其他特征和优点。本领域技术人员应该意识到，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作进行修改或者设计其他结构的基�。糜谑迪直痉⒚飨嗤哪康摹１玖煊虻募际跞嗽被褂Ω萌鲜兜剑庋牡韧峁共⒚挥型牙朐谒饺ɡ笾谐率龅谋痉⒚鞯木窈头段�。当结合附图考虑时，被认为是本发明特点的关于结构和操作方法的新特征，以及其他目的和优点可以从以下描述被更好地理解。但是，应该清楚地理解，每个特征被提供都只是为了说明和描述的目的，而并不是用来作为本发明界限的定义。

为了更全面地理解本发明，现在参考结合附图所作出的以下说明，所述附图中图1A～图1B示出了可以与本发明实施例一起使用的示例数字断层综合系统几何结构的示意性表示；图2A示出了已经被分成125(5×5×5)个相同尺寸的立方体三维像素(voxel)的示例立方形物体；图2B示出了图2A的物体的两层三维像素；图2C示出了可以与本发明实施例一起使用的示例数字断层综合系统几何结构的另一示意性表示；图3A～图3D示出了可以通过重建处理对样品物体生成的示例横截面图像；图4示出了传统图像重建系统的示例高级框图；图5A～图5D示出了传统递增系统操作的示例；图6示出了传统递增图像重建系统的操作流程图；图7示出了本发明一个优选实施例的示例框图；图8A～图8D示出了本发明一个优选实施例的操作的一个示例；图9示出了本发明一个优选实施例的示例操作流程图；图10更详细地示出了本发明一个实施例的示例操作流程；图11示出了一个优选实施例的调度器的示例操作流程图；图12示出了所检验物体的一个示例，所述物体被逻辑上编制成了多个平铺块(tile)，其中，每个块对应该物体的一个被成像的区；图13示出了存储所检验物体的一个区的多个不同视图(或者投影)的存储器缓冲器的示例区段；图14示出了一个示例表格，该表格在某些实施例中可以被调度器用来跟踪所检验物体的哪些区具有分配给它的缓冲器以及这些区的多少视图(或者投影)已经被存储在各自的缓冲器中；以及图15示出了根据本发明实施例的适合的示例计算机系统。
具体实施例方式
现在参照以上各图描述本发明的各种实施例，其中全部几个视图的类似标号表示类似的部分。本发明的实施例提供了一种用于在断层摄影系统中改进射线摄影图像数据管理的技术。如上所述，断层摄影系统从相对于所检验物体感兴趣的区的各种方位取得若干图像，并利用例如反投影或者平移-叠加(shift-and-add)的断层综合方法组合射线摄影图像以构建横截面图像，在某些实施方式中，这些横截面图像可以被用来形成物体(或者其局部)的3D体积图像。如以下将进一步描述的那样，本发明的实施例以各种方法利用数据缓冲器和数据访问调度器来改善图像重建操作。
本发明的各种实施例改善了对用于重建所研究物体横截面图像的该物体的射线摄影图像的管理。优选地，提供数据缓冲器和数据访问调度器，它们能够改善高效图像重建处理的数据管理。也就是说，数据缓冲器被提供用于暂时地存储射线摄影成像系统所获得的射线摄影图像数据，数据调度器被用来管理数据缓冲器，以便以使能所希望的横截面图像的高效重建的方式向图像重建处理器提供射线摄影图像数据。举例来说，本发明的实施例可以在自动化检验系统中实现，所述自动化检验系统用于检验装配线上所生产的产品(例如，印刷电路板部件)，以便进行该产品的质量控制。本发明的某些实施例使能了对所研究物体的足够快速的横截面图像重建，使得在其中实现了实施例的自动化检验系统能够跟得上高速生产线。
本发明实施例的另一个优点是对于获得用于重建物体横截面图像的足够的射线摄影图像数据，射线摄影成像系统的操作可以被改善和/或简化。例如，实现按照本发明一个实施例的数据缓冲器和数据访问调度器可以使得在以各种不同角度获得所检验物体各区的射线摄影图像以重建各区的横截面图像中，射线摄影成像系统的操作能够被简化和/或更有效。本发明的一个优选实施例可操作以获得所检验物体的第一区的射线摄影图像并且获得所检验物体第二区的射线摄影图像，而不要求所获得的第一区的图像在获得第二区的图像之前被处理用于重建横截面图像。如下面所描述的那样，一个优选实施例在时间上同时地获得所检验物体的多个区的图像数据(例如，像素的矩形或者线形阵列)，其在时间上重叠或被复用。
具体而言，一个优选实施例实现了可通信地耦合到射线摄影成像系统(例如，耦合到探测器阵列和/或帧缓冲器)的数据缓冲器，所述数据缓冲器允许存储多个不同区中的至少一部分的射线摄影图像数据，例如与一个或者多个视角相关联的图像数据，于是所述被存储的数据可以以后被用于重建那些区的横截面图像，而不是象在传统的递增系统中那样连续地重建的整个区的横截面图像。因为不需要在开始获得另一个区的射线摄影数据之前处理整个一个区以对其重建(即，重建该区的所希望的横截面图像)，所以优选实施例的图像重建系统提供了比传统图像重建系统中可获得的更大的灵活性。例如，对于在以各种不同视角获得射线摄影图像中如何移动所检验物体、X射线源和/或X射线探测器阵列，优选实施例允许有更大的灵活性。
另外，当对物体的第一区成像时，有时一个或者多个其他区的一部分也被捕获。这样的“超出边界”的区的部分在传统重建系统中一般被丢弃，但是本发明的某些实施例可以保存它们以提高效率。在以下进一步的描述中，本领域的技术人员将认识到本发明实施例的各种其他优点。
如上所述，对例如焊点的物体的成像处理被用在自动化检验系统中用于质量控制。例如，印刷电路板部件上的焊点可以被成像(例如，通过射线摄影成像系统)，并且这样的图像可以通过自动化检验系统被处理以确定各种参数，例如焊点的长度、宽度、曲率、相对不透明度以及类似的值。所确定的焊点的各种参数然后可以被自动化检验系统评估用于确定焊点质量是否合格。
作为一个示例，焊接材料(通常是铅和锡的混合物)的厚度可以通过对该焊接材料的(一个或多个)X射线图像的分析，由自动化检验系统检验。在焊接材料的X射线图像中，组成X射线图像的亮度与形成该X射线图像的焊接材料的厚度之间存在关系。一般，随着焊接材料的厚度的增长，图像亮度从对应于较亮的灰色阴影(白)的值增长到对应于较暗的灰色阴影(黑)的值。也就是说，薄的焊料部分的图像具有的灰度小于较厚的焊料部分的图像的灰度。与较厚的部分的图像相比，薄的部分的图像会显出较亮的灰色阴影。这种常用规则一般用在X射线图像的电子图像表示中，但是，相反的常用规则也可以被使用，即，其中薄的焊料部分具有的灰度大于较厚的焊料部分的图像的灰度。后一种常用规则已经被传统地用于胶片射线摄影法中了，其中X射线图像被记录在X射线胶片上。任何一种常用规则都可以用本发明的实施例实现。
本发明的实施例优选地实现在3D数字断层摄影系统中。各种3D数字断层摄影成像系统在本领域中是众所周知的，很多这样的系统可以与本发明的实施例结合使用，因此这样的示例成像系统在这里仅作简短描述，以免分散了对于用于重建所检验物体的3D图像数据(三维像素)的发明性的系统和方法的注意力。已经被提出用于工业检验系统并且在其中可以实现本发明实施例的示例3D断层摄影系统包括在题为“COMPUTEDTOMOGRAPHY WITH ITERATIVE RECONSTRUCTION OF THINCROSS-SECTIONAL PLANES(利用薄横截面平面的迭代重建的计算机断层摄影)”的美国专利No.6,002,739中以及在题为“IMAGERECONSTRUCTION METHOD AND APPARATUS(图像重建方法和装置)”的美国专利No.6,178,223中公开的那些系统，这些公开特此通过全文引用被结合在这里。当然，可以使用现在已知的或者以后开发的各种其他数字3D断层摄影系统结构，本发明的实施例可以利用这些系统来实现以改善它们的3D重建处理的灵活性和/或效率。本发明的实施例可以与能够获取所检验物体的图像数据(像素)的任何射线摄影成像设备结合使用。具体而言，如以下进一步所描述的，本发明的实施例可以利用这些系统来实现以改善重建所检验物体的横截面图像中的重建处理的灵活性和/或效率。
图1A～图1B示出了可与本发明实施例一起使用的示例的数字断层综合系统几何构造的示意性表示。具体而言，图1A～图1B示出了锥形束断层摄影系统。X射线源20向所检验的物体10(例如，电路板部件)发射X射线，穿过物体10的X射线被传感器(或探测器)阵列30探测。为了得到物体10的一个区的多个视图(例如，为了重建该区的横截面图像)，X射线源20、物体10以及传感器阵列30中的一个或者多个可以被有效地移动。例如，图1A示出了物体10的区10A被以第一视角成像的一个示例，而图1B示出了物体10的这个区10A被以第二视角成像的一个示例。如上所述，来自一个区的多个视图的图像数据可以被处理(例如，通过反投影或者平移-叠加算法)以重建该区的横截面图像。
在该示例实施方式中，X射线源20可以包括电子束源，电子束源包含电源(未示出)，用于以希望的电压水平运行X射线源20以产生X射线。在X射线源20内带电粒子枪所产生的电子束40，以预定的模式(例如，扫描或者步进模式)在靶部件22的源极(可能是接地的阳极)上方被偏转。X射线源20包括一个用来控制电子束40穿过靶部件22的移动的机构，例如电子束模式发生器(未示出)控制下的偏转线圈21。X射线源20的示例几何结构所提供的一个优点是它允许X射线从多个角度被投射到物体10上，而不需要X射线源20的物理重定位。例如，X射线41可以通过利用电子束40轰击X射线管的表面来产生，并且通过用电子学方法偏转电子束40，X射线源20可以被有效地移动。这样，X射线源20和/或传感器阵列30可以不真正地移动(而代替地，位置可以被固定)，代替地，它们移动的效果可以通过其他技术来达到，例如通过偏转X射线管的电子束40(例如，用来以各种不同视角获得对物体10的成像)。
在图1A～图1B中，靶部件22被设计成发射形成图1A的发散束41和形成图1B中的发散束42的X射线，发散束41和42各自(从不同视角)直接与传感器阵列30相交。操作中，电子束40可以首先停留于靶部件22上的位置50，如图1A所示。随着电子束40在位置50处击中靶部件22，发射出发散的X射线束41。在希望限制物体10(或者出现的其他物体)对X射线的曝光的情形中(例如，当物体10是例如在医学应用中的人体时)，在某些实施例中，可以实现准直器光栅来对X射线束41导向，例如在美国专利No.6,178,223中所描述的。
在现有的射线摄影成像系统中，传感器阵列30可以包括排列成阵列的多个离散的探测器(这里称为“探测器元件”)。如本领域中所公知的，每个探测器元件包括一个具有用于探测X射线的捕获区的表面。每个探测器元件能够独立地测量击中它的X射线的量。当物体10被放入X射线源20和传感器阵列30之间时，(图1A的)X射线束41的一些X射线会穿过物体10的一部分，如果没有被散射或者吸收，将会击中构成传感器阵列30的探测器元件。击中任何单个探测器元件的X射线包括X射线束41的一部分，在这里被称为X射线束子路径。
每个探测器元件可以包括用于测量击中该探测器元件的X射线光子的数量以及用于输出表示该测量值的信号的部件。或者，每个探测器元件可以包括用于生成一般与击中该探测器元件的X射线总能量成比例的电信号的部件。所生成的电信号的大小对应于来自X射线束41的适当X射线束子路径的X射线的通量强度。每个探测器元件可以生成一个由此而探测到的对应于所探测的X射线的一个像素。利用传感器阵列30，其独立地测量击中每个探测器元件的X射线，结果生成了与沿着特定的X射线束子路径穿过物体10的X射线通量成比例的X射线透射信息。得到的强度数据可以被使用或者被操作以创建物体10的一个表示。
当然，可操作以捕获物体10的数字射线摄影图像的各种其他结构的数字射线摄影成像系统可以利用本发明的实施例来实现，包括但不限于美国专利No.6,178,223中所公开的系统。虽然结合本发明的一个优选实施例，使用了例如图1A～图1B所示的锥形束射线摄影成像系统，但是应该认识到，本发明并不限于特定结构的数字射线摄影成像系统。确切地说，现在已知的或以后开发的可操作以捕获物体10的数字的射线摄影图像数据(像素)的任何结构的数字射线摄影成像系统都可以利用本发明的实施例来实现。也就是说，现在已知的或者以后开发的用于捕获物体10的数字射线摄影图像的各种结构可以结合本发明的实施例使用，用于如下所述地处理用于重建所检验物体横截面图像的射线摄影图像数据。
传统的3D数字断层摄影用称为三维像素的离散的体积元素来近似一个物体。“三维像素”(或者“体积像素”)在图像处理领域中是公知的，并且被普遍地用于3D成像中。一般，一个三维像素是三维图像的最小可辨别的盒状部分。“三维像素化(voxelization)”是公知的利用被称为体积数据集的一套横截面图像来在图像上增加深度的处理。在断层摄影中得到的被重建的横截面图像一般是三维像素的阵列。横截面具有一定的很小的深度，而被重建的横截面图像近似于在该深度上X射线的吸收情况。
为了更好地理解普遍用于3D断层摄影中并可以被用于以下描述的本发明的某些实施例中的某些原理，传统图像处理技术的一些方面将结合图2A～图2C被描述。就象本发明的实施例不限于结合图1A～图1B所描述的示例的射线摄影成像系统的结构，本发明的实施例并不意图以任何方式被限制于结合图2A～图2C所描述的一般的图像处理原理。确切地说，例如使用三维像素的图像处理原理，在因为被用在本发明的实施例中而在这里被描述的意义上，结合图2A～图2C被简短地描述以帮助读者理解。
图2A图示了已经被划分成125(5×5×5)个相同尺寸的立方体三维像素的立方形物体50。为了对物体50三维成像，这125个三维像素的每一个的密度(或吸收系数，或材料厚度)从在物体50的多个视图中所表示的数据被重建，所述多个视图是由例如图1A～图1B中的阵列30的传感器阵列所探测的。
对于很多应用来说，完整的3D图像并不是必须的。例如，对于检验双面的电路板部件，几个图像平面或者“横截面”可能就足以确定焊点的质量。图2B示出了图2A的物体50的两层三维像素。
参考图2C，示出了可以被用来捕获物体10的射线摄影图像的一个示例的射线摄影成像系统200，例如在美国专利No.6,178,223中所更详细地描述的系统。在这种射线摄影成像系统的示例结构中，源20包括能够顺次地将多个X射线束(如下所述，可以包括多个X射线束子路径)以各种不同角度导向物体10的准直器光栅212。也就是说，X射线束首先以第一角度被导向物体10，然后X射线束以第二角度被导向物体10，诸如此类，以从多个不同视角得到物体10的图像数据。虽然，在图2C的示例系统200中使用准直器光栅212以将X射线束以各种不同角度导向物体10以获得用于重建物体10的各个深度层面的足够的数据，但是应该认识到，在其他结构中也可以使用现在已知的或者以后开发的用于同时或者顺次地生成以各种不同角度被导向物体10的X射线束的各种其他技术。
如该示例中所示，第一X射线束子路径201和第二X射线束子路径205都是从准直器光栅212的第一开孔210发出的很多X射线束子路径之一。为了清楚和便于解释，其余的X射线束子路径没有示出。一些沿着第一X射线束子路径201和第二X射线束子路径205传播的X射线穿过物体10并分别击中多探测器阵列30的探测器225和227。应该认识到，由沿着第一X射线束子路径201传播的X射线提供给探测器225的信息并不对应于物体10内的任何单个点；确切地说，第一X射线束子路径201的路径当其穿过物体10时形成了贯穿第一切片(或者“横截面”或“深度层面”)230、第二切片235以及第三切片240的一个体积。具体而言，沿着第一X射线束子路径201传播的X射线创建了完全地或者部分地与(深度层面230的)第一三维像素245、(深度层面235的)第二三维像素250以及(深度层面240的)第三三维像素255重合的一个体积。
由探测器225从X射线束子路径201得到的信息可以对相应于深度层面230的被重建的横截面图像的第一三维像素245的重建，对相应于深度层面235的被重建的横截面图像的第二三维像素250的重建，以及对相应于深度层面240的被重建的横截面图像的第三三维像素255的重建作出贡献。
对于第二X射线束子路径205，由探测器227提供的信息可以对相应于深度层面230的被重建的横截面图像的第四三维像素260的重建，对相应于深度层面235的被重建的横截面图像的第五三维像素265的重建，以及对相应于深度层面240的被重建的横截面图像的第六三维像素270的重建作出贡献。
第三X射线束子路径275和第四X射线束子路径280是从第二开孔285发出的很多X射线束子路径中的两条。为了清楚和便于解释，从第二开孔285发出的其余X射线束子路径没有示出。一些沿着X射线束子路径275和X射线束子路径280传播的X射线穿过物体10并分别击中探测器290和291。如上面对子路径201和205所描述的，由沿着第三X射线束子路径275传播的X射线提供给探测器290的强度信息并不对应物体10内的任何单个点；确切地说，该强度信息是对于一个体积的信息集合，该体积贯穿了在源20的准直器光栅212和传感器阵列30之间所有平面/切片，这些平面/切片包括含有三维像素270的平面/切片。类似地，由沿着第四X射线束子路径280传播的X射线提供给探测器291的强度信息并不对应物体10内的任何单个点；确切地说，该强度信息是对于一个体积的信息集合，该体积贯穿了在源20的准直器光栅212和传感器阵列30之间的所有平面/切片，这些平面/切片包括含有三维像素276、277以及278的平面/切片。
对应于由传感器30探测到的强度的像素数据优选地由射线摄影成像系统200输出到图像重建器，该图像重建器可操作以处理像素数据来重建物体的横截面图像。在某些实施例中，为了进行重建，图像重建器通过，例如，将对于一个三维像素的强度进行组合或者求和来处理所接收的像素数据，其中，所述强度来自于探测了沿着完全或者部分地与该特定三维像素重合的X射线束子路径传播的X射线并且被分配给该三维像素的全部探测器。例如，在由此输出的第一像素中由探测器227从X射线束子路径205收集的强度数据和在由此输出的第二像素中由探测器290从X射线束子路径275收集的强度数据，可以被用于重建第六三维像素270(因为X射线束子路径205和275都与第六三维像素270相交)。可以与本发明的实施例一起实现的优选图像重建处理器公开于2003年8月19日递交的共同待审并共同转让的题为“SYSTEM AND METHOD FOR PARALLELIMAGE RECONSTRUCTION OF MULTIPLE DEPTH LAYERS OF ANOBJECT UNDER INSPECTION FROM RADIOGRAPHIC IMAGES(用于由射线摄影图像对所检验物体的多个深度层面的并行图像重建的系统和方法)”的美国专利申请序列号(代理案卷号10020619-1)中，特此通过引用将该公开结合于此。当然，现在已知或者以后开发的用于接收射线摄影图像像素作为输入并由此重建物体的横截面图像的任何其他适合的图像重建处理器可以与本发明的实施例一起使用。
参考图1A～图1B以及图2C所示和所描述的射线摄影成像几何结构和装置是可以结合本发明的实施例被使用的结构和装置中的典型。但是，这些系统的具体细节对于本发明的实施并不是关键的，本发明致力于对用于从其重建物体的横截面图像的物体射线摄影图像数据的管理。例如，根据不同系统可以合理地改变X射线源、(一个或多个)探测器、用于定位所检验物体的(一个或多个)定位机构、用于控制成像系统的操作的控制系统(例如，计算机)等的具体细节。本发明的实施例可应用于从多个视点获得物体(例如，电路板部件)的数字射线摄影图像并使用这些数字射线摄影图像来重建对应于物体的深度层面的横截面图像的任何类型的系统。
图3A～图3D示出了可以由重建处理对样品物体10生成的示例横截面图像。为了举例说明的目的，图3A中所示的物体10具有分别嵌入在物体10的三个不同平面(或者深度层面)60a、60b以及60c中的箭头81、圆圈82和十字叉83形状的测试图案。
图3B示出了可以由根据本发明的实施例的图像重建器所重建的物体10的深度层面60a的示例横截面图像(或者“断层摄影图”)。箭头81的图像100被清晰聚焦，而例如圆圈82和十字叉83的物体10中的其他特征的图像可能形成�：�102，该�：�102并没有很严重地使箭头图像100�：�。
类似地，图3C示出了可以由图像重建器所重建的物体10的深度层面60b的示例横截面图像(或者“断层摄影图”)。圆圈82的图像110被清晰地聚焦，而例如箭头81和十字叉83的物体10内的其他特征的图像可能形成�：�112，该�：�112并没有严重地使圆圈图像110�：�。
图3D示出了可以由图像重建器所重建的物体10的深度层面60c的示例横截面图像(或者“断层摄影图”)。十字叉83的图像120被清晰地聚焦，而例如箭头81和圆圈82的物体10内的其他特征的图像可能形成�：�122，该�：�122并没有严重地使圆圈图像120�：�。
尽管图3A～图3D示出了具有可以被重建为横截面图像的深度层面60a、60b和60c的示例物体10，但是应该认识到，物体10是用来作为一个一般性的示例来说明将物体的各个深度层面重建为横截面图像的概念。实际中，具有任何数量深度层面的各种其他类型的物体可以被检验，并且可以将它们的任何数量的深度层面重建为横截面图像。例如，一个优选实施例可以与自动化检验系统一起实现用于检验印刷电路板部件上的焊点。
应该理解，这里所用的术语“图像”(或者“图像数据”)不限于可以在视觉上被看到的形式，而是也可以包括可以由计算机获得、存储并分析的数字表示。因此，这里所用的术语“图像”(或者“图像数据”)不限于可视的图像，而其意思是还包括表示图像的和/或可以由计算机处理用于显示可视图像的计算机数据。例如，在某些实施例中，除了在由计算机自动检验之外或者替代计算机自动检验，被重建的横截面图像可以显示给用户用于由该用户来检验。在其他实施例中，重建的横截面图像可以不显示给用户，而是替代地，表示这些重建的横截面图像的图像数据可以由计算机自主地分析来进行质量控制。作为另一个示例，在某些实施例中，所获得的物体的射线摄影图像数据可以被处理用于重建该物体的横截面图像，并且这些射线摄影图像数据本身可以是或者可以不是能够在视觉上被看到的，这取决于检验系统的具体实施方式
。
转到图4，示出了传统的图像重建系统400的示例高级框图。在图4的示例中，图像重建系统400包括射线摄影成像系统401，该系统可以是，例如，以上结合图1A～图1B描述的锥形束断层摄影成像系统。如所示，射线摄影成像系统401可以包括X射线源20和X射线探测器阵列(以及在一些实施方式中的帧缓冲器)30，用于获得物体10的射线摄影图像。图像重建单元(或者“重建处理器”)402可通信地耦合到射线摄影成像系统401，使得它能够从探测器阵列/帧缓冲器30接收射线摄影图像数据(“像素”)。重建处理器402同时可通信地耦合到数据存储装置(或者“存储器”)403，该存储装置用于存储重建的横截面图像数据。以下结合图5A～图5D和图6更全面地描述传统的图像重建系统400的操作。
如上所述，物体的一个区一般以各种不同视角被成像以获得用于重建该区的一个或者多个横截面图像的足够的射线摄影图像数据。一般，物体的一个“区”是能够一次被成像的一个部分。例如，由于探测器阵列、X射线源等的限制，整个电路板一般不是被射线摄影成像系统一次成像的，而是该电路板可以被划分成多个区，以便一次对该板的一小部分(例如，一平方英寸区域)成像。应该认识到，以各种不同角度获得物体的一个区的射线摄影图像可能造成对于每一个区获得了相当大量的射线摄影图像数据。一般，重建是随着收集各种视角的图像而递增地执行的，这增大了吞吐量且避免了对所获得的像素数据的过多的存储。传统的递增系统在获取另一个区的图像之前，顺序地获取用于重建物体一个区的所希望的(一个或多个)横截面图像所需的该区的所有射线摄影图像。物体的第一区的图像被循序地处理并且结果被累积到该区的一个或者多个所希望的横截面的重建中，所重建的(一个或多个)横截面在开始处理物体的另一个区之前被输出(或者存储)。然后，系统资源就被重新利用来重建下一个区的希望的(一个或多个)横截面。
传统的递增系统的操作的一个示例示出在图5A～图5D中。具体而言，图5A～图5D示出了传统的递增系统在获取所检验物体的第二区的射线摄影图像数据之前重建该物体的第一区的希望的(一个或多个)横截面图像，如以下所进一步说明的。如图5A所示，在传统的递增系统中，图1A～图1B的示例射线摄影成像系统可被用来首先获取物体(例如，电路板部件)10的第一区10A的射线摄影图像。也就是说，X射线源20和探测器阵列30可以如以上结合图1A～图1B所描述的以协同的模式(例如，步进模式)被有效地移动来以各种不同视角获取第一区10A的射线摄影图像。举例来说，在图5A中，由探测器阵列30以第一视角获取第一区10A的射线摄影图像数据。之后，在图5B中，由探测器阵列30以第二视角获取第一区10A的射线摄影图像数据。也就是说，束40可以被指向(图5A中)阳极22的第一位置50以使能以第一视角对区10A成像，并且束40可以被指向(图5B中)阳极22的第二位置51以使能以第二视角对区10A成像。束40可以(例如，以预定的步进模式)围绕阳极22的周边被移动，并且/或者源20、探测器阵列30和物体10中的一个或者多个可以被移动来以重建区10A的一个或者多个希望的横截面图像所需的各种不同视角对该区10A成像。区10A的各种不同视角的射线摄影图像递增地从探测器阵列30(以及它所关联的帧缓冲器)发送给图像重建单元402，该图像重建单元402处理射线摄影图像以重建区10A的一个或者多个希望的横截面图像。
一旦完成了第一区10A的希望的(一个或多个)横截面图像的重建，射线摄影成像系统的注意力就可以转移到第二区上，例如图5C中所示的区10B。也就是说，物体10、X射线源20以及探测器阵列30中的一个或者多个可以被移动以将射线摄影成像系统的焦点指向第二区10B。如对第一区10A那样，X射线源20和探测器阵列30可以以协同模式被有效地移动来以各种不同视角获取第二区10B的射线摄影图像。举例来说，在图5C中，由探测器阵列30以第一视角获取第二区10B的射线摄影图像数据。之后，在图5D中，由探测器阵列30以第二视角获取第二区10B的射线摄影图像数据。也就是说，束40可以被指向(图5C中)阳极22上的第一位置50以使能以第一视角对区10B成像，并且束40可以被指向(图5D中)阳极22上的第二位置51以使能以第二视角对区10B成像。束40可以(例如，以预定的步进模式)围绕阳极22的周边被移动，并且/或者源20、探测器阵列30以及物体10中的一个或者多个可以被移动来以重建区10B的一个或者多个希望的横截面图像所需的各种不同视角对该区10B成像。区10B的各种不同视角的射线摄影图像可以被递增地发送给图像重建单元402，该图像重建单元402处理射线摄影图像以重建区10B的一个或者多个希望的横截面图像。
图6中进一步示出了传统的递增图像重建系统的典型操作流程。如所示，处理开始于操作框601。在操作框602中，物体10被定位在第一视角用于对其第一区10A成像。然后在操作框603处射线摄影成像设备被用来将第一区10A的该第一视角的图像数据获取到其探测器阵列/帧缓冲器中。一些射线摄影成像系统包括专用高速帧缓冲器，用于为探测器阵列30提供和重建处理器单元402之间的接口。具体而言，当实现有帧缓冲器时，帧缓冲器存储来自探测器阵列30的对于一次被成像的一个区的一个投影(即，对于一个视角的)的数据。也就是说，帧缓冲器不存储一个区的多个视角的数据或者物体10的多个区的数据，而是存储一个区的一个视角的数据。为了避免改写未使用的数据，探测器阵列或者帧缓冲器在传统射线摄影成像系统中不能被重新利用，直到重建单元402已经使用了先前生成的射线摄影图像数据。
在框604处，获得的射线摄影图像数据被传送给图像重建单元402用于重建该区10A的希望的(一个或多个)横截面图像。应该认识到，对于给定的要被成像的区一般建立了边界条件，在操作框603的成像过程中，可能获取了一些对应于给定区之外的区域的“超出边界”的图像数据。例如，在对区10A成像中，一些超出边界的图像数据(即，区10A之外的物体10的区域的图像数据)可能在一个或者多个视角下无意中被获得。举例来说，当对区10A成像时，对应于区10B的一部分的一些超出边界图像数据可能被获得。传统上，这样的超出边界的图像数据被丢弃。也就是说，在操作框604中这些超出边界的图像数据传统上没有被存储或者发送给重建单元。
在框605处，确定是否需要另外视角的图像数据来重建区10A的希望的(一个或多个)横截面图像。也就是说，确定重建单元402是否需要另外的射线摄影图像数据来重建区10A的希望的(一个或多个)横截面图像。如果需要另外的视角，则物体10(和/或X射线源20和/或探测器阵列30)被移动用来对区10A的另一个视角成像。举例来说，如结合图5A～图5B所描述的，源20和/或探测器阵列30可以以协同模式被有效地移动以获取区10A的各种不同视角。
一旦在操作框605中确定了不再需要区10A的另外的视角时，操作前进到框607，在这里确定是否物体10还有更多的区要被重建。如果要重建另一个区，例如，图5C～图5D的示例中的区10B，则在框608中物体被重定位到第一视角，用于对该下一个区10B成像，并且操作返回到框603以将对于该第二区10B的图像数据获取到探测器阵列30中。操作以这种方式继续直到在框607处确定没有物体10另外的区要被重建，这种情况下操作结束于框609。
因此，在传统的检验系统中，获取和处理射线摄影图像以一次重建所检验物体的一个区的希望的横截面图像。也就是说，对所检验物体的一个区，例如上述示例中的区10A，其希望的(一个或多个)横截面图像的完整重建是在移动到例如区10B的物体的另一个区之前执行的。
现在转到图7，示出了本发明一个优选实施例的示例框图。在图7的示例中，图像重建系统700包括射线摄影成像系统401，该系统可以例如是锥形束断层摄影成像系统，例如以上结合图1A～图1B所描述的。当然，射线摄影成像系统401可以包括现在已知的或者以后开发的获取用于重建物体的横截面图像的该物体的射线摄影图像数据(像素)的任何适合的系统。如该示例中所示，射线摄影成像系统401可以包括用于获取物体10的射线摄影图像的X射线源20和X射线探测器阵列(以及在一些实施方式中的帧缓冲器)30。
数据缓冲器701可通信地耦合于射线摄影成像系统401的探测器阵列/帧缓冲器30。如以下所进一步描述的，数据缓冲器701被用来存储物体10的区的射线摄影图像数据，使得在处理用于重建多个不同区中的任一个区的一个或者多个横截面视图的这些射线摄影图像数据之前，可以获取对于该多个不同区的射线摄影图像数据。
图像重建系统700还包括数据访问调度器702，该调度器702可操作以管理缓冲器701中的射线摄影图像数据。例如，在一个优选实施例中，数据访问调度器702可以被实现以监视存储在缓冲器701中的射线摄影图像数据，并且一旦获得了使能对物体10的一个区的横截面图像重建的该区的足够的数据，则触发由图像重建单元703对该区的射线摄影图像数据的处理。在某些实施例中，调度器702可以被实现以识别何时在缓冲器701中累积了使能图像重建单元703执行对所检验物体10的至少一部分的重建的足够的数据。
另外，在某些实施例中，可以使用多个重建单元703，并且调度器702可以被实现以充分利用多个重建单元。例如，调度器702可以被实现以识别何时在缓冲器701中累积了足够的第一类型的(例如，对应于物体10的第一区的)数据，并且可以响应于识别出在缓冲器701中累积了足够的第一类型的数据(例如，足以使能重建单元703开始对其处理以重建横截面的量)，发送该第一类型的数据给第一重建单元。调度器702还可以被实现以识别何时在缓冲器701中累积了足够的第二类型的(例如，对应于物体10的第二区的)数据，并且可以响应于识别出在缓冲器701中累积了足够的第二类型的数据(例如，足以使能重建单元703开始对其处理以重建横截面的量)，发送该第二类型的数据给第二重建单元。
图像重建单元(或者“重建处理器”)703可操作以从缓冲器701接收射线摄影图像数据(像素)并处理这些数据以重建物体10的横截面图像。重建处理器703可通信地耦合于数据存储装置(或者“存储器”)704，该数据存储装置704被用来存储被重建的横截面图像数据。尽管现在已知的或者以后开发的用于接收射线摄影图像数据并处理这些数据以重建所检验的物体的横截面图像的任何重建处理器703可以被使用并可以受益于本发明实施例的缓冲器701和调度器702，一种可以利用本发明实施例实现的优选图像重建处理器公开于2003年8月19日递交的共同待审并共同转让的题为“SYSTEM AND METHOD FOR PARALLEL IMAGERECONSTRUCTION OF MULTIPLE DEPTH LAYERS OF AN OBJECTUNDER INSPECTION FROM RADIOGRAPHIC IMAGES”的美国专利申请序列号(代理案卷号10020619-1)中，特此通过引用将该公开结合于此。
缓冲器701和调度器702可以各自包括用于实现这里所描述的操作特性的硬件、软件和/或固件。另外，缓冲器701中所实现的存储器的数量根据不同实现可以变化。而且，尽管在图7冲被示为分立的部分，但是在某些结构中，缓冲器701和调度器702的一者或者两者都可以被实现为成像系统401或者图像重建单元703的部分。以下将结合图8A～图8D、图9、图10以及图11更全面地描述本发明优选实施例的操作。
本发明一个优选实施例的操作示例示出在图8A～图8D中。具体而言，图8A～图8D示出本发明的一个优选实施例使能获取对于所检验物体的多个不同区的射线摄影图像数据，而不需要在获取另一个区的射线摄影图像数据之前处理所获得的区的数据来重建其横截面图像，如下面所进一步说明的。应该理解，这里所使用的包括图8A～图8D的很多图形并不是按比例绘制的。举例来说，在实际实践中，X射线成像系统可以产生一般约5倍的放大率，尽管这通常是可调节的。为了说明的简单和方便，图形(例如图8A～图8D)的各种特征没有按比例显示，但是这里结合这些图形所描述的一般概念将被本领域的普通技术人员所理解。
如图8A所示，示例射线摄影成像系统可以被实现成允许同时获取物体10的多个不同区的图像数据。具体而言，在图8A～图8D的示例中，四个独立的多探测器阵列31、32、33和34被实现为成像系统30的一部分。每个多探测器阵列可操作以同时获取物体10的不同的一个区的射线摄影图像数据。举例来说，每个多探测器阵列的每个探测器可以测量击中它的X射线的量并生成一个对应的像素。当物体10被放置在X射线源20和多探测器阵列31、32、33和34之间时，(图8A的)X射线束41中的一些X射线将穿过物体10的区10A、10B、10C以及10D，并且如果没有被散射或者吸收，则将击中多探测器阵列31、32、33和34。每个多探测器阵列的每个探测器元件可以包括用于测量击中该探测器元件的X射线光子数量并输出表示了对物体10相应区的测量值的信号的部件。或者，每个多探测器阵列的每个探测器元件可以包括用于生成一般与击中该探测器元件的X射线的总能量成比例的电信号的部件。在这种情况下，所生成的电信号的大小对应于来自X射线束41的适当的X射线束子路径的X射线的通量强度。
尽管图8A～图8D的示例中示出了四个独立的多探测器阵列，但是应该认识到在其他实现中可以使用任意数量的多探测器阵列，本发明的实施例因此不仅限于四个多探测器阵列，而是可以包括更多或者更少的用于获取物体10的区的射线摄影图像数据的多探测器阵列。另外，每个多探测器阵列可以包括任何希望数量的探测器元件。实现如图8A～图8D中所示的多个多探测器阵列，可以有利于减少成像系统的成本。举例来说，单个的多探测器阵列31、32、33和34每个的尺寸可以相对较小(例如，1英寸×1英寸)，因此其成本大大小于在成像系统中经常使用的较大的多探测器阵列(例如6英寸×6英寸的多探测器阵列)，例如图1A～图1B的示例中所示的相对较大的多探测器阵列30。另外，多个多探测器阵列31、32、33和34(这里总的称为多探测器阵列30)可以通过使能同时获取物体10的多个区的射线摄影图像来提高射线摄影成像系统的效率。但是，本发明的其他实施例可以被实现用于各种其他的射线摄影成像结构中，包括使用例如图1A～图1B的多探测器阵列30的单个多探测器阵列的结构，并且这里所描述的缓冲器和调度技术可以被用来改善由通过这样的成像结构所获得的射线摄影图像数据来对横截面图像进行断层摄影重建的效率。
在图8A～图8D的示例中，物体10以(例如图8A中所示的)“割草机”步进模式移动并在沿该模式的各个点处被成像。也就是说，图8A～图8D的示例操作假设物体10以例如图8A中所示的割草机模式以不连续的步子移动，并假设它当前处在割草机模式的一段中(图8A中标记为“A”)，在该处它被沿着X轴向右移动。运动是不连续的，也就是说，物体10(沿着割草机模式)被移动到一个位置，然后停止，然后当其停止时取得图像。当物体10向右移动到超出了多探测器阵列30的视野的程度时，它会通过沿着Y轴移动，如图8A中标记为“B”的割草机模式的部分，来继续该割草机模式。在这个示例中，物体10被移位了对应于被成像区的沿着Y轴的距离(模式的“B”部分)。物体10然后开始以不连续的步子向左(沿着X轴)移动，如图8A中标记为“C”的割草机模式部分，诸如此类。物体10然后再次被移位了对应于被成像区的沿着Y轴的距离(模式的“D”部分)。物体10然后开始以不连续的步子向右移动，如图8A中标记为“E”的割草机模式部分，诸如此类。
当然，尽管在上面的图8A的示例中，物体10被描述成以不连续的步子沿割草机模式移动，但是在其他实施方式中，它并不需要以不连续的步子移动。例如，在整个模式过程中运动可以是连续的，而不需要停止。在这种情况下，以下任何方法都可以被用来减少运动引入的�：�1)可以使用短而功率大的X射线脉冲(类似于频闪)，2)可以使用时域积分传感器，和/或3)物体10的运动可以慢得足以使得运动引入的�：蛔钚』娇山邮艿乃健Ａ硗猓」芪锾�10在以上示例中被描述成是被移动的，但是在其他实现中，替代物体10或者除了物体10之外，传感器和/或X射线源可以被移动以获得希望的扫描模式。
为了便于说明，以下结合图8A～图8D描述的示例获取了一个区的8个视图(即，8个不同视角)。用于检验物体10(例如电路板部件)的典型成像系统经常对每个感兴趣的区获取不止8个视图，因此在这样的系统中可以添加更多的多探测器阵列并且/或者可以使用(阳极22上的)额外数量的X射线点位置来获得适合于重建各区的希望的(一个或多个)横截面图像的全面的一组视角。因此，本发明不仅限于图8A～图8D的示例系统结构(例如，具有4个多探测器阵列)，并且它不限于结合图8A～图8D所描述的示例操作(例如，割草机步进模式)；而替代地，任何其他希望的成像系统的结构(例如，任何数量的多探测器阵列)和操作(例如，任何步进模式)都可以结合本发明的实施例被使用。
在图8A的示例中，多探测器阵列31、32、33和34(总的被称为多探测器阵列30)被用来首先以第一视角获取物体(例如，电路板部件)10的区10A、10B、10C和10D的射线摄影图像数据。也就是说，X射线源20、多探测器阵列30和物体10可以相对于彼此而被定位以使能对区10A～10D的成像，其中区10A～10D的每一个被以第一视角成像。当然，如从图8A可以看出的那样，用于对区10A～10D同时成像的“第一”视角对于每个区可以不同。也就是说，区10A～10D的每一个的“第一”视角可以是不同的。为区10A～10D的每一个所获得的对于它们各自的第一视角的射线摄影图像数据可以被存储到数据缓冲器701中。
之后，如图8B所示，射线摄影成像系统可以被用来以第一视角获取物体(例如电路板部件)10的区10E、10F、10G和10H的射线摄影图像。也就是说，X射线源20、多探测器阵列30和物体10可以相对于彼此而被定位以使能对区10E～10H的成像，其中区10E～10H的每一个被以第一视角成像。举例来说，在图8B中束40可以被指向阳极22上的点51(而不是如在图8A中的点50)，使得X射线束42如所示地被从点51指向物体10。当然，如从图8B可以看到的那样，用于对区10E～10H同时成像的“第一”视角对于每个区可以是不同的。也就是说，区10E～10H的每一个的“第一”视角可以是不同的。此外，对于区10E～10H的每一个所获得的“第一”视角可以不对应于图8A中对于区10A～10D的任何一个所获得的第一视角。为区10E～10H的每一个所获得的对于它们各自的第一视角的射线摄影图像数据可以被存储到数据缓冲器701中。
图8C和8D示出了在该操作示例中从区10A～10H得到至少一个新视图的下两个时机的示例。在物体10如图8A和8B中那样被定位并在该位置被成像之后，物体10(按照图8A中所示割草机模式的“A”部分)沿X轴向右移动到一个新的位置。在这个示例中，物体10被移位，使得当X射线点在位置50(例如，阳极22的中心)时，(沿X轴)邻接的下四个区能够被四个多探测器阵列31～34探测到。这结果得到当X射线点位置在50处时的区10E～10H的新视图，如图8C所示。这样，在图8C中，物体10相对于它在图8A和8B中的位置被向右(沿X轴)移位了一个区。
这样，在图8A和8B中的物体10的位置处对其成像之后，它可以(沿着图8A中的割草机模式的“A”部分)沿着X轴步进到一个新的位置，得到该物体10相对于成像系统的新的方位，如图8C中所示。相应地，射线摄影成像系统可以被用来以第二视角获取物体10的区10E、10F、10G和10H的射线摄影图像。举例来说，(如图8A中那样)在图8C中束40可以被指向阳极22上的点50，使得X射线束41如所示的那样从点50被指向物体10。当然，如从图8C可以看出的那样，对区10E～10H同时成像的“第二”视角对于各区可以不同。对区10E～10H的每一个获得的它们各自第二视角的射线摄影图像数据可以被存储到数据缓冲器701中。
在图8C的成像之后，该操作示例中从区10A～10H得到至少一个新的视图的下一个时机示出在图8D中。物体10(按照图8A中所示的割草机模式的“B”、“C”、“D”和“E”部分)沿X轴和Y轴被移位到一个新的位置。具体而言，图8D示出了物体10当其沿着图8A的示例割草机模式的“E”部分步进时的一个示例位置。这样，在图8C中物体10的位置处对其成像之后，它可以沿着X和Y轴(沿着图8A中的割草机模式的“E”部分)被步进到一个新的位置，得到如图8D中所示的该物体10相对于成像系统的一个新方位。相应的，射线摄影成像系统可以被用来获得物体10的区10B、10C、10I和10J的射线摄影图像。从而就获得了区10B和10C的第二视角，并且获得了物体10的区10I和10J的第一视角。也就是说，X射线源20、多探测器阵列30和物体10可以相对于彼此被定位以使能对区10B、10C、10I和10J的成像。举例来说，在图8D中束40可以被指向阳极22上的点51，使得X射线束42如所示的那样从点51指向物体10。当然，如从图8D可以看出的那样，区10B和10C的“第二”视角和区10I和10J的“第一”视角对于各区可以不同。对区10B、10C、10I和10J的每一个所获得的它们各自视角的射线摄影图像数据可以被存储到数据缓冲器701中。
以上操作将继续(例如，将物体10沿割草机模式步进并在沿着该模式的各点处对其区成像)，直到感兴趣的区的所有希望的图像被获得。为了简化起见，可以假设整个物体10(或者其矩形子区)通过以割草机模式以一个区接一个区的步子移动来被成像。可以想象，物体10被平铺成对应于被多探测器阵列成像的体积的区(见例如图12)。另外，可以假设在以上操作示例中所有多探测器阵列都是同样的，并且每个区都在每个X射线点位置被每个多探测器阵列所成像。因此，在四个多探测器阵列和两个点位置的情况下，如图8A～图8D的示例中所描述的，这结果为每一个区得到总共8个不同的视角，这些视角可以被处理用于重建各个区的(一个或多个)横截面图像。如以上提到的，用于检验物体10的典型成像系统通常为感兴趣的每个区获取不止8个视图，因此在这样的系统中，可以添加更多的多探测器阵列并且/或者可以使用(阳极22上的)额外数量的X射线点位置，以获得适合于重建每个区的希望的(一个或多个)横截面图像的全面的一组视角。
图9中进一步示出了本发明一个优选实施例的示例操作流程。如所示，图像重建处理开始于操作框901，其中，所检验物体10被定位在射线摄影成像系统中，用于以第一视角对其至少第一区(例如，图8A的示例中的区10A、10B、10C和10D)成像。在操作框902中，射线摄影图像数据被射线摄影成像系统的探测器阵列(和帧缓冲器，如果实现有的话)30所获得。在操作框903中，所获得的射线摄影图像数据可以有选择地存储到数据缓冲器701中。举例来说，如以下进一步描述的那样，在某些实施例中，调度器702可以管理射线摄影图像，使得一些数据在被多探测器阵列30获得之后被直接发给图像重建单元703，而某些其他射线摄影图像数据可以先被存储到缓冲器701中。之后，如虚线所示，操作可以返回到操作框901，以有效地重定位物体10和/或X射线源20和/或多探测器阵列30，用于获取物体10的区的更多的图像。在操作框904中，(一个或多个)重建单元703使用来自缓冲器701和/或直接来自多探测器阵列30的数据来重建物体10的一个区的希望的(一个或多个)横截面图像。如以下进一步描述的那样，调度器702优选地管理缓冲器701，使得当其中累积了一个区的足够多的数据时，数据被传送给重建处理器703。之后，操作可以返回到框901以再获取物体10的区的射线摄影图像。如以下进一步描述的那样，在某些实施例中，成像、缓冲和重建处理可以以适当的同步被并行执行(例如，作为流水化(pipelined)操作)。
图10更详细地示出了本发明的一个实施例的示例操作流程。如所示，处理开始于操作框1001。在操作框1002中，物体10被定位用于对其第一组视图成像(例如，用于对例如图8A～图8B的示例中的区10A～10H的一个或者多个区的视图成像)。在操作框1003中，束40的X射线点被定位到阳极22上的第一位置(例如，定位到分别在图8A和8B中所示的位置50或位置51)。然后在操作框1004以第一视角将一个或者多个区的图像数据获取进多探测器阵列/帧缓冲器30(例如，被多探测器阵列31、32、33和34获取)。举例来说，在图8A的示例中，获取区10A～10D的图像数据。在框1005，所获得的射线摄影图像数据被存储到缓冲器701中。如以下进一步描述的那样，在某些实施例中，调度器702可以管理所获得的射线摄影图像数据，使得不是所有数据都被首先存储到缓冲器701中，而是至少一些所获得的数据可以从多探测器阵列/帧缓冲器30直接发给重建处理器703。这样，在某些实施例中，在操作框1005中，可以取决于调度器702来将射线摄影图像数据存储到缓冲器701中。
在操作框1006中，确定(例如，通过调度器702)是否在缓冲器701中存储了用于执行对任何所感兴趣的区(例如图8A～图8B的示例中的区10A～10H)的一个或者多个希望的横截面的重建的足够的射线摄影图像数据。举例来说，可以关于是否已经为任何所感兴趣的区累积了使能对该区的希望的(一个或多个)横截面图像重建的足够数量的视角的射线摄影图像数据，来作出判断。如果已经获得了足够的射线摄影图像数据，则操作前进到框1007，在该处，该所感兴趣的区的射线摄影图像数据被传送给(一个或多个)图像重建单元703用于重建该区，并且在操作框1008中，用于存储该所感兴趣的区的射线摄影图像数据的相关联的资源(例如，缓冲器)可以被释放(例如，使得它可以被重新用于存储新获得的射线摄影图像数据)。否则，如果在框1006中确定了还没有为任何所感兴趣的区累积了足够的射线摄影图像数据(例如，来自足够多数量的视角的数据)，则操作从框1006前进到框1009。
在操作框1009处，作出关于为了重建所希望的横截面图像是否需要其他的视图的判断。如果需要其他视图，则操作前进到框1010，确定另外需要的视图是否可以通过移动X射线点(例如，通过重新定位阳极22上的X射线点)来得到。如果另外需要的视图能够以这种方式得到，则在框1011中X射线点被偏转/重定位到阳极22上的合适的位置，以使能获取另外需要的视图，并且操作返回到框1004以从该视角获取所感兴趣的一个或者多个区的图像数据。如果在框1010处确定另外需要的视图不能通过移动X射线点来得到，则所检验的物体(例如，图8A～图8B中的物体10)可以被重定位(例如，按照割草机或者其他步进模式)来使能获得所需的(一个或多个)视图。操作然后返回到框1004，以从该视角为所感兴趣的一个或者多个区获取图像数据。
操作以以上方式继续，直到在框1009处确定出重建物体10的所感兴趣区的希望的(一个或多个)横截面图像不再需要其他视图。一旦在操作框1009中确定出重建物体10的所感兴趣的区的希望的(一个或多个)横截面图像不再需要其他视图，则操作前进到框1013，在该处，缓冲器701中的全部剩余的数据被发给(一个或多个)重建单元703用于重建处理，并且在框1014中，用于存储该数据的相关联的资源(例如，缓冲器)可以被释放。然后在操作框1015中，对所检验物体的处理结束。
依照以上的说明，应该认识到，在一个优选的实施例中，物体的第一区的希望的横截面图像不需要在为物体的第二区获取射线摄影图像数据之前被完全重建。例如，在某些实施例中，可以同时获取区10A～10D的射线摄影图像数据，并且这些数据可以被缓冲，直到获得了那些区的足够数量的数据(例如，来自足够数量视角的射线摄影图像数据)，此时，被缓冲的数据可以被发送给(一个或多个)重建单元703，用于处理以重建区10A～10D的希望的横截面图像。
应该认识到，一个优选实施例使能被成像系统401所获取的一个区的“超出边界”的数据被存储用于以后的使用，而不是被丢弃。也就是说，如果当对第一区(例如，图8A～图8B的区10A)成像的时候，对应于第二区(例如图8B的区10E)的超出边界的数据被获得，则这些超出边界的数据可以被存储到缓冲器701中并在适当的时候被图像重建单元703使用。这些超出边界的数据传统上被作为无用数据对待并因此被丢弃掉。所获得的这些超出边界的数据的量以及从而由于尽量利用这些数据而带来的益处可能在不同的成像系统实施方式之间变得不同。
根据本发明的一个优选实施例，为了让图像数据被重建处理器单元703高效地处理，数据访问调度器702结合缓冲器701被用来管理由射线摄影成像系统所获得的射线摄影图像数据。图11中示出了一个优选实施例的调度器702的示例操作流程图。尽管图11的示例流程图很大程度上独立于成像系统的具体结构，但是为了与上面的图8A～图8D的示例一致，以下参照具有4个类似的探测器阵列和两个X射线点位置的具体结构对其进行描述。如以上结合图8A～图8D所描述的，该示例结构为每个区生成8个不同视图。图11的示例流程是参照图12～图14描述的，以下会对图12～图14的每个作简短描述。
图12示出所检验物体10被逻辑地组织成多个平铺块的一个示例，其中每个平铺块对应于该物体10的一个被成像的区。也就是说，平铺块模式1200被逻辑地覆盖于物体10之上，其中每个平铺块用其平铺块索引标识。应该理解，物体10可能并不实际被组织成这样的平铺块模式，但是图12的该示例逻辑平铺块模式被用来说明对物体10的各个区成像的示例，其中物体10的每个区对应于平铺块模式1200的一个平铺块。
如以上结合图8A～图8D的示例所描述的，该示例结构包括四个多探测器阵列31～34，该四个多探测器阵列31～34的每一个以两个不同视角(例如，从X射线点50和51)为物体10的每个区(或者平铺块)获取图像数据，从而生成每个区的总共的8个视图。图13示出存储了一个区的8个视图的存储器缓冲器(例如图7的缓冲器701)的示例区段1300。在该示例中，假设存储器缓冲器是存储器的一个连续的区(或者对于系统开发者来说表现为连续的)。缓冲器对被成像物体10的每个区包括有一个存储器区段，例如存储器区段1300。举例来说，存储器区段1300可以对应于图8A～图8D的区10A(或者，例如图12的平铺块14)。缓冲器区段1300被进一步划分成对应于物体10一个区(例如区10A)的8个视图的8个连续子区段1301～1308。
如图13中所示，每个子区段1301～1308可以进一步包括相应视图的各自像素的存储。举例来说，多探测器阵列可以以给定视角获取一个区的多个像素，而所获得的这一视角的该区的像素被存储到缓冲器区段1300的相应子区段1301～1308。来自特定的多探测器阵列/角度组合的视图被存储在存储器缓冲器的相同区域1301～1308中。在图13的示例中，子区段1301存储由多探测器阵列31以第一视角(例如，从X射线点50)获得的物体10的一个区(例如，区10A)的图像数据，子区段1302存储由多探测器阵列31以第二视角(例如，从X射线点51)获得的物体10的该区(例如，区10A)的图像数据。子区段1303存储由多探测器阵列32以第一视角(例如，从X射线点50)获得的物体10的该区(例如，区10A)的图像数据，而子区段1304存储由多探测器阵列32以第二视角(例如，从X射线点51)获得的物体10的该区(例如，区10A)的图像数据。子区段1305存储由多探测器阵列33以第一视角(例如，从X射线点51)获得的物体10的该区(例如，区10A)的图像数据，而子区段1306存储由多探测器阵列33以第二视角(例如，从X射线点51)获得的物体10的该区(例如，区10A)的图像数据。并且，子区段1307存储由多探测器阵列34以第一视角(例如，从X射线点50)获得的物体10的该区(例如，区10A)的图像数据，而子区段1308存储由多探测器阵列34以第二视角(例如，从X射线点51)获得的物体10的该区(例如，区10A)的图像数据。
一般在任何给定时间都会有很多这样的缓冲器是活动的或者处于使用中(例如，用于物体10的感兴趣的各个不同区，例如图8A～图8D中的区10A～10J)。随着这些缓冲器区段被填充并且它们的内容被传送给重建单元，它们可以被释放用于以后可能的使用(例如，用于所感兴趣的其他区的数据的存储)。
图14示出了可以被用来跟踪物体10的哪些区(例如，平铺块)被分配了缓冲器以及在每个缓冲器中存储了多少视图的一个示例表。该表被称为“TILE_INFO(平铺块信息)”表。该表的条目i对应于平铺块i(或者区i)。每个条目具有COUNT(计数)字段和BUFFER_START(缓冲器起始)字段。第i个条目的BUFFER_START字段包括指定给平铺块i的缓冲器的存储器地址。如果没有指定的缓冲器，则该字段包括一个无效地址，例如-1。起始时，没有缓冲器被指定并且所有BUFFER_START字段被指定这样一个无效地址。第i个条目的COUNT字段包括已经被传送给该缓冲器的用于第i个平铺块或者区的视图的数目。
现在返回到图11的示例操作流程，操作开始于操作框1101，在框1102中，TILE_INFO表中的所有条目的所有字段被初始化为无效值。这样，可以在开始对所检验物体成像之前，将TILE_INFO表的所有条目初始化成无效值。在对所检验物体的成像过程中，在操作框1103，调度器702可以将其作为输入(例如，从成像系统)接收物体10的位置的标识、传感器标识(即，获取对应的图像数据的多探测器阵列的标识)以及所获得的图像数据的视角的标识)。举例来说，当图像数据被多探测器传感器阵列中的一个所获取时，调度器702可接收在该处获取图像数据的物体10的位置的标识、获取该图像数据的多探测器阵列的标识以及获取图像数据的视角的标识。
在操作框1104中，调度器702确定对应于对于所获得的图像数据而标识的物体位置、多探测器阵列和视角的TILE_INFO表的条目。在操作框1105中，调度器702确定所确定的TILE_INFO表条目的BUFFER_START条目是否有效。如果该BUFFER_START条目不是有效的，则操作前进到框1106，在该处，来自缓冲器池的一个自由缓冲器被分配用于存储物体10的该区的图像数据。例如，缓冲器池可以在缓冲器70中得到，并且一旦新的区被成像，一个缓冲器区段(例如，图13的区段1300)可以被分配给该新的区。在框1107中，该表条目的BUFFER_START字段被设置成所分配的缓冲器的起始地址。在框1108中，该表条目的COUNT字段被设置成希望为该区获取(例如，用于被(一个或多个)重建单元处理以重建该区的希望的(一个或多个)横截面图像)的视图的数目，在上面的图8A～图8D和图13的示例中，该数目为8。
从操作框1108，或者如果调度器702在框1105确定该表条目的BUFFER_START项是有效的，操作前进到框1109。在框1109处，该表条目的COUNT字段减1(因为已经收到了来自第一多探测器阵列的第一视角的图像数据)。在操作框1110中，调度器702查找或者计算与所标识的传感器和视角相关联的缓冲器偏量(例如，以确定所获得的图像数据将被存储于其中的存储器缓冲器区段1300的适当的子区段1301～1308)。在操作框1111中，所获得图像数据被从多探测器阵列传送到从存储器位置BUFFER_START+偏量开始的缓冲器中(即，将所获得的图像数据存储到区段1300的适当的子区段1301～1308中)。
在操作框1112中，调度器702确定该表条目的COUNT字段是否为0。如果不是，则还没有获得用于开始对图像数据的处理以重建(一个或多个)横截面图像的足够的视图，所以操作返回到框1103以再对物体10成像。一旦该表条目的COUNT字段在框1112被确定为0，则操作前进到框1113，在该处调度器702将来自当前缓冲器的图像数据(例如，来自与物体10的特定区相关联的区段1300的图像数据)发送给(一个或多个)重建单元703。这样，COUNT字段标识是否已经获得了物体10的一个区的目标数量的投影的图像数据，并且一旦这样的目标数目的投影已经被获得了，则对应的图像数据可以被处理用于重建该区的希望的横截面图像。在框1114，调度器702可以释放缓冲器1300(即，在操作框1113中图像数据从其被发送给(一个或多个)重建单元的缓冲器)以便以后的使用。
尽管图11的示例流程图包含的是循序的算法，但是可以通过使基本流程算法并行来改善性能。例如，在某些实施方式中，并行程序线程或者电路可以被用来运行对于每个传感器的流程。在这样的一个实施方式中，线程可以同步任何共享的资源，例如TILE_INFO表。另外，在某些实施方式中，可以实现一个独立的并行线程用于向(一个或多个)重建单元发送缓冲器内容。
当通过计算机可执行指令来实现时，本发明实施例的各种元件实质上是定义了这样的各种元件的操作的软件代码。举例来说，在某些实施例中，调度器702可以被实现为用于管理用于重建处理器703的所获得的射线摄影图像数据的软件代码。可执行指令或者软件代码可以从可读介质(例如，硬盘驱动器介质、光介质、EPROM、EEPROM、录音磁带介质、盒式磁带介质、闪存、ROM、记忆棒和/或类似物)获得，或者通过数据信号从通信介质(例如，互联网)传输。实际上，可读介质可以包括能够存储或传送信息的任何介质。
图15图示了根据本发明实施例的适合的示例计算机系统1500。也就是说，计算机系统1500包括了本发明实施例可以被实现于其上的一个示例系统。中央处理单元(CPU)1501耦合到系统总线1502。CPU_1501可以是任何通用CPU。举例来说，适合的处理器包括但不限于HEWLETT-PACKARD(惠普)的ITANIUM系列处理器、HEWLETT-PACKARD的PA-8500处理器或者INTEL的PENTIUM4处理器。但是只要CPU 1501支持这里所描述的本发明操作，本发明并不受CPU 1501的体系结构的限制。另外，在某些实施例中，计算机系统1500可以包括多个CPU 1501(例如，可以是多处理器系统，这在本领域是公知的)。CPU 1501可以执行根据本发明实施例的各种逻辑指令。例如，CPU 1501可以执行根据以上结合图9、10和11所描述的示范操作流程的机器级指令。
计算机系统1500还优选地包括随机访问存储器(RAM)1503，该存储器可以是SRAM、DRAM、SDRAM等。计算机系统1500优选地包括只读存储器(ROM)1504，该存储器可以是PROM、EPROM、EEPROM等。RAM 1503和ROM 1504保存用户和系统数据以及程序，这在本领域是公知的。
计算机系统1500还优选地包括输入/输出(I/O)适配器1505、通信适配器1511、用户接口适配器1508和显示适配器1509。在某些实施例中，I/O适配器1505、用户接口适配器1508和/或通信适配器1511可以使能用户与计算机系统1500交互，以便向其输入信息。
I/O适配器1505优选地将(一个或多个)存储设备1506，例如一个或者多个硬盘驱动器、光盘(CD)驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器等连接到计算机系统1500。当RAM 1503不能满足与存储用于图像重建的数据相关联的存储器需求时，可以使用这些存储设备。通信适配器1511优选地被用来将计算机系统1500耦合到网络1512。用户接口适配器1508将例如键盘1513、点选设备1507和麦克风1514的用户输入设备和/或例如(一个或多个)扬声器1515的输出设备耦合到计算机系统1500。显示适配器1509由CPU 1501驱动来控制显示设备1510上的显示，以向用户显示例如重建的横截面图像的信息。
应该意识到，本发明不限于系统1500的体系结构。例如，任何适合的基于处理器的设备都可以被使用，包括但不限于个人电脑、膝上型计算机、计算机工作站以及多处理器服务器。而且，本发明的实施例可以被实现在专用集成电路(ASIC)或者超大规模集成(VLSI)电路上。实际上，本领域的普通技术人员可以采用能够执行根据本发明的实施例的逻辑操作的任何数量的适合结构。
如上所述，本发明的一个优选实施例在图像重建系统401内实现数字存储器缓冲器701以保存传感器数据。在某些实施方式中，多个缓冲器701可以被用于给定的多探测器阵列。这允许非顺序地获取各区的图像视图以及同时对多个区成像。所希望的横截面图像的重建可以随着适当的数据变得可用(例如，随着获得了足够的射线摄影图像数据)而向前进行，从而释放缓冲器701以便重新利用，并有助于高效地利用(一个或多个)重建单元703。
当成像系统几何结构、操作参数和资源预先已经知道时，数据访问的调度可以被控制程序(例如，调度器702)所预定和使用。这样，根据某些实施例，获取的图像数据可以在预定的时间(例如，以预定顺序)被放置在预定的缓冲器701中，并在预定时间被一个或者多个重建单元703所使用。举例来说，这里所描述的用于获取图像数据和重建希望的横截面图像的操作可以，例如，由时间和/或系统配置(例如，所检验的物体的位置)来触发。可以对这样的调度进行设计以确保不发生或者减少存储器冲突。如果需要，全局时钟和/或事件触发器可以在多个重建单元703和其他系统组成部分之间同步存储器访问。这些技术使得能够为高性能应用有效地利用资源作为示例，缓冲器701的简单结构包括缓冲器池，其中的每个缓冲器能够存储来自各个多探测器阵列的数据。来自一个多探测器阵列的较老的数据可以被保留在一个缓冲器中，而来自该多探测器阵列的较新数据被加载到另一个缓冲器中。在缓冲器的内容已经被使用之后，它们被返回到缓冲器池中。也就是说，所获得的像素被存储到缓冲器中，使得多探测器阵列能够被再次使用而不擦除先前获得的数据。在一些系统中，具有并行的独立操作的多个独立缓冲器池会是有利的。本发明实施例的重要优点在于它们使得在由成像探测器先前所获得的数据被处理之前，能够再次利用该成像探测器。
在一个优选实施例中，调度器702根据检验系统的几何结构以及哪种信息是重建所需要的，来控制重建处理，以最佳地利用缓冲器701。当调度器702确定数据在重建单元703中可以被使用时，它将该数据发送给重建单元703。
在一个优选实施例中，收集图像数据、调度以及重建都是并行执行的。举例来说，各种操作都是流水化的。例如，当获取图像数据和/或重定位所检验物体的时候，可以执行一些重建。优选地，保持每个单元在所有时间都在工作。当构造要由调度器702来实现的调度的时候，设计者一般会知道完成每个步骤需要多少时间，这样可以实现调度，使得每个过程被调度以允许非常高效的处理。这样的调度将取决于所使用的检验系统(成像器)的几何结构、物体如何通过系统以及有可能取决于所检验的是什么。
本发明的实施例相对于传统的递增图像重建系统提供了若干优点。例如，一个优选实施例解决了一个区接一个区的递增重建所导致的吞吐量和复杂性问题。源于探测器阵列重用时序的性能问题也得到了缓解，从而使得能够进行高性能设计。
在一个优选实施例中，物体运动(和/或多探测器阵列和/或X射线源的运动)不限于顺序地产生一个区的所有视角，这样使得成像系统对物体的各个区的各种视角的成像能够被调度，从而按照其他准则对其优化。如前面所讨论的，为了从足够多的位置顺序地观察一个特定区以便进行重建而对物体进行定位，这一约束是传统递增系统中的设备复杂性和吞吐量下降的一个重要因素。如果图像缓冲器以上述这种方式被使用，则物体可以沿着适当的路径平滑地移动，使得最后得到所有希望的视图。一个区的视图可以被立即处理或者被缓冲，而同时其他区的视图被缓冲，直到重建单元703可用来处理它们。此时，在获取其他区的图像的同时，被缓冲的视图可以被处理用于重建。由于所检验的物体可以被平滑和连续地(或者近似如此地)移动，所以在移动之间很少或者不需要稳定时间，从而提高了吞吐量。当然，如以上结合图8A～图8D所描述的，在某些实施例中，可以使用步进模式，其中所检验物体被移动至沿着该步进模式的各个点，在这些点处，其移动会暂停，并且当其静止时对其成像。
在某些结构中，例如在图8A～图8D中所示的示例结构中，多个多探测器阵列和/或X射线源位置可以被用来同时取得不同区的图像。缓冲促进了对多个多探测器阵列连同多个X射线源位置的使用，使得能够同时产生一个区或者多个区的多个视图。如果一个区的多个视图被一次产生，则一个视图可以被立即用于重建处理，而其他的被保存在缓冲器701中并依次使用。另外，所检验物体的多个区可以一次被成像，其中的一些立即被使用而其他的被缓冲。通过减少在成像系统401内为了达到对物体(或者其所感兴趣的部分)的完全的覆盖所需的运动，同时对多个区成像能够改善性能，并且简化对多个重建单元的同时使用。
在一些例子中，可以通过缓冲落在特定“视场”(FOV)或者(如其在这里也被称为的)“视角”之外的图像信息，并且在对其他区的重建中再次利用该信息，来达到对传感器的更为有效的使用，从而实现更高的吞吐量。当取得一个视场的图像时，由于成像系统的几何结构，目标FOV之外的一些不完整的图像信息可能被产生。这些杂散图像碎片传统上是被丢弃的，但是有了缓冲器701，这些数据可以被保存并用作用于重建其他区的信息的一部分。这可以提高系统效率。
多个区的图像可以被组合以创建更大的FOV。来自多个成像传感器的数据可以被组合成更大的“虚拟”传感器以获得更大的FOV。这可以通过对传感器进行缓冲，并当多个传感器数据可用时将其组合来实现。
在某些实施例中，相比重建单元原来所支持的，可以为一个区重建更多平面。3D图像通过产生一个区的一系列被重建的横截面或者平面来重建。由于重建单元一般具有用于平面的固定量的存储器，所以能够被递增地重建的平面的数量被限制了。但是，如果图像被缓冲，它们可以为其他平面的重建而被再次利用。例如，假定一个重建单元具有能够从一组图像产生5个平面的资源，但是，希望产生10个平面。10个平面可以(按照调度器702所实现的调度)在两次过程中被构建，每次计算5个平面。可以调整多次之间参数，使得在每次中计算出不同的平面。第二次过程能够再次访问用于重建的图像，因为它们被保存在缓冲器701中。
某些实施例的另外的优点在于它们可以使用多个重建单元来同时重建不同的平面。例如，假设系统具有两个重建单元，每个能够产生5个重建的平面。假设八个被缓冲的图像被用来重建一个区的一个横截面图像。一种避免存储器访问冲突的安排重建的方法是使每个重建单元在给定时间访问不同的缓冲器。例如，如果缓冲器由数字1到8来命名，则用于一个重建单元的调度可以以顺序1、2、3、4、5、6、7、8访问缓冲器，而另一个单元以顺序2、3、4、5、6、7、8、1同时访问缓冲器。具体系统实施方式的细节，例如存储器配置和总线时序，可能对如何使用这些方案有影响。
应该注意，一般并不一定要以图像缓冲器的大小来划分存储器访问，但是这样做提供了一种方便、简单的避免存储器访问冲突的技巧。但是，如果希望更细致的访问间隔大�。⑶胰绻低炒娲⑵魈逑到峁购褪莘梦誓Ｊ街С郑蚩梢晕庋母钢碌姆梦始涓舸笮〈唇ǖ鞫取�
本发明实施例的各种其他优点会被本领域普通技术人员认识到。
尽管本发明及其优点已经详细描述了，应该理解可以对此作出各种变化、替换和更改，而不脱离由所附权利要求所定义的本发明的精神和范围。而且，本申请的范围并不意图被限制于说明书中所描述的处理、机器、产品、物质成分、装置、方法以及步骤的特定实施例中。如本领域普通技术人员从本发明的公开中可以容易地发现的那样，现有的或者以后要开发的执行与这里所描述的相应实施例本质上相同的功能或者达到本质上相同的结果的处理、机器、产品、物质成分、装置、方法或者步骤可以根据本发明被使用。因此，所附权利要求意图将这样的处理、机器、产品、物质成分、装置、方法或者步骤包括在其范围之内。
权利要求
1.一种用于由所获取的射线摄影图像数据重建横截面图像的方法，所述方法包括获取所检验物体的第一区的射线摄影图像数据；将所获取的所述第一区的射线摄影图像数据存储到数据缓冲器中；在处理所述获取的所述第一区的射线摄影图像数据以重建所述第一区的横截面图像之前，获取所述所检验物体的第二区的射线摄影图像数据；以及处理所述获取的所述第一区的射线摄影图像数据和所述获取的所述第二区的射线摄影图像数据以重建所述物体的所述第一区和第二区的至少一个横截面图像。
2.如权利要求1所述的方法，还包括根据预定义的数据访问调度，执行对所述获取的所述第一区的射线摄影图像数据和所述获取的所述第二区的射线摄影图像数据的所述处理，来以断层综合方式重建所述物体的所述第一和第二区的至少一个横截面图像。
3.如权利要求1所述的方法，包括并行地获取所述第一区的所述射线摄影图像数据和所述第二区的所述射线摄影图像数据。
4.如权利要求3所述的方法，包括在第一多探测器阵列获取所述所检验物体的所述第一区的射线摄影图像数据；以及在第二多探测器阵列获取所述所检验物体的所述第二区的射线摄影图像数据。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述获取所检验物体的所述第一区的射线摄影图像数据的步骤包括以第一视角获取所述第一区的射线摄影图像数据。
6.如权利要求5所述的方法，还包括确定是否所述第一区的希望数量的不同视角被存储到所述数据缓冲器中；以及响应于确定了所述第一区的所述希望数量的不同视角被存储到所述数据缓冲器中，触发对所述第一区的所述射线摄影图像数据的所述处理，以重建其所述的至少一个横截面图像。
7.如权利要求1所述的方法，还包括向所述数据缓冲器存储所获取的所述所检验物体的所述第二区的射线摄影图像数据。
8.如权利要求7所述的方法，包括在处理所述获取的所述第一区的射线摄影图像数据以重建所述第一区的横截面图像之前，向所述数据缓冲器存储所获取的所述所检验物体的所述第二区的射线摄影图像数据。
9.一种系统，包括图像获取系统，可操作以获取按照所检验物体的多个不同投影的射线摄影图像数据；至少一个图像重建处理器，可操作以处理所获取的射线摄影图像数据来以断层综合方式重建所述所检验物体的横截面图像；和数据缓冲器，来自所述图像获取系统的所获取的射线摄影图像数据被存储于所述数据缓冲器中，其中所述数据缓冲器包括多个区段，每个区段用于存储所述所检验物体的一个不同投影的射线摄影图像数据。
10.如权利要求9所述的系统，还包括调度器，其控制对所述所获取的射线摄影图像数据的处理，其中，在所述多个不同投影的若干个中的任何一个被所述至少一个图像重建处理器处理之前，所述多个不同投影的所述若干个的射线摄影图像数据被存储于所述数据缓冲器中。
11.如权利要求9所述的系统，其中所述多个不同投影包括所述所检验物体的多个不同区的射线摄影图像数据。
12.如权利要求9所述的系统，其中所述多个不同投影包括所述所检验物体的至少一个区的多个不同视角的射线摄影图像数据。
13.如权利要求9所述的系统，其中所述调度器可操作以确定是否一个区的目标数量的不同投影被存储于所述数据缓冲器中，并且一旦确定出所述区的所述目标数量的不同投影被存储于所述数据缓冲器中，则将所述区的所述目标数量的不同投影的所述射线摄影图像数据发给所述至少一个图像重建处理器。
14.如权利要求9所述的系统，其中所述图像获取系统包括多个多探测器阵列，可操作以同时获取所述多个不同投影中的若干个。
15.一种系统，包括用于以所检验物体的至少一个区的多个不同投影获取射线摄影图像数据的装置；用于存储所述获取的所述至少一个区的所述多个不同投影的射线摄影图像数据的装置；用于处理所述获取的射线摄影图像数据以以断层综合方式重建所述至少一个区的横截面图像的装置；和装置，其用于确定所获取的所述至少一个区的至少第一区的目标数量的所述不同投影的射线摄影图像数据是否被存储于所述用于存储的装置中，以及如果所述至少一个区的所述至少第一区的所述目标数量的所述不同投影被存储于所述用于存储的装置中，则触发由所述处理装置对所述获取的所述至少一个区的所述至少第一区的射线摄影图像数据的处理。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述多个不同投影包括所述所检验物体的多个不同区的射线摄影图像数据。
17.如权利要求15所述的系统，其中所述多个不同投影包括所述所检验物体的所述至少一个区的多个不同视角的射线摄影图像数据。
18.如权利要求15所述的系统，其中所述用于获取射线摄影图像数据的装置包括多个多探测器阵列，可操作以同时获取所述多个不同投影中的若干个。
19.如权利要求15所述的系统，其中所述用于存储的装置包括具有多个区段的数据缓冲器，每个区段用于存储所述所检验物体的一个不同投影的射线摄影图像数据。
20.一种方法，包括以多个不同投影对所检验物体的至少一个区成像；将所述至少一个区的至少第一投影的图像数据存储于数据缓冲器的第一区段中；将所述至少一个区的至少第二投影的图像数据存储于所述数据缓冲器的第二区段中；确定所述至少一个区的至少第一区的目标数量的不同投影的图像数据是否被存储于所述数据缓冲器中；以及如果确定了所述至少一个区的所述至少第一区的所述目标数量的不同投影的图像数据被存储于所述数据缓冲器中，则触发对所述至少一个区的所述至少第一区的所述图像数据的处理，用于以断层综合方式重建所述至少一个区的所述至少第一区的横截面图像。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述对所述所检验物体的所述至少一个区成像的步骤包括同时地获取所述多个不同投影中的若干个的射线摄影图像数据。
22.如权利要求21所述的方法，包括将所述获取的所述多个不同投影中的所述若干个的射线摄影图像数据存储于所述数据缓冲器中。
23.如权利要求20所述的方法，其中所述以多个不同投影对所检验物体的至少一个区成像的步骤包括以第一视角获取所述至少一个区的所述至少第一区的射线摄影图像数据。
24.如权利要求20所述的方法，其中所述确定所述至少一个区的至少第一区的目标数量的不同投影的图像数据是否被存储于所述数据缓冲器中的步骤包括确定用于以断层综合方式重建所述至少一个区的所述至少第一区的至少一个希望的横截面图像的足够多数量的不同投影的图像数据是否被存储于所述数据缓冲器中。
全文摘要
本发明公开了一种系统和方法，该系统和方法使用数据缓冲器和数据访问调度来改善对获取的所检验物体的图像数据的管理，所述管理用于以断层综合方式处理这些获取的图像数据，以由其重建所希望的横截面图像。一个实施例实现了可通信地耦合于射线摄影成像系统的数据缓冲器，该数据缓冲器允许存储所获取的所检验物体的多个不同投影的至少一部分的射线摄影图像数据，例如与该物体的一个或者多个不同区的一个或者多个视角相关联的图像数据，并且所存储的数据可以以后被用于以断层综合方式重建所检验物体的横截面图像。
文档编号G01N23/02GK1591479SQ20041003748
公开日2005年3月9日申请日期2004年4月29日优先权日2003年8月29日
发明者史蒂文·格林鲍姆, 李·A·巴福德, 斯担利·T·杰弗森申请人:安捷伦科技有限公司

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用于图像重建系统的图像缓冲器以及访问调度的制作方法