亚星游戏官网-www.yaxin868.com

X射线ct装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种X射线CT装置，包括：射线源，向受检物体发射射线；载物台，托载着受检物体转动；机械系统，控制载物台转动；主控制器，对射线源和机械系统进行控制；探测器，接收透射过受检物体的射线并将其转换为数字信号；图像重建单元，根据投影数据重建出受检物体的CT图像；所述CT装置还包括：标志架，固定于载物台上并随之转动；标志点，位于标志架上；摄像机，拍摄载物台转动前后标志点的像片；标定处理单元，处理摄像机标定产生的数据；标志点影像处理单元，处理像片，得到标志点在运动前后的位置。该X射线CT装置的优点：该装置不仅可以快速对大量物体进行检测，而且能精确地确定CT检测受检物体过程中载物台的位置，同时制造成本较低。
【专利说明】X射线CT装置

【技术领域】
[0001] 本发明属于射线无损检测【技术领域】，尤其是计算机层析成像【技术领域】，且特别涉 及一种X射线CT装置。

【背景技术】
[0002] CT，中文全称叫计算机层析成像技术，诞生于20世纪70年代，开始应用于医学领 域，用来对人体进行断层扫描得出人体的CT图像，进而诊断疾病。由于CT在医学领域取得 的巨大成功，20世纪80年代，CT从医学领域延伸到了工业上的无损检测领域，检测的对象 包括航空发动机，精密零部件，导弹等，用CT来检测工件具有分辨率高、直观清晰等优点。
[0003] 在无损检测领域，CT发射X射线对受检物体进行扫描过程中，载物台巧载着受检 物体同步运动，而射线源和探测器则固定不动。而为了可W重建出受检物体的CT图像，必 须要获取两方面的数据：每张照片上射线因受到受检物体阻碍而衰减后得到的射线强度， W及对应每张照片载物台的位置，该两方面的数据时平分秋色的，任一方面的不足都会导 致无法重建出高质量的CT图像。
[0004] 而为了确定对应每张照片的载物台位置，传统的CT主要采用在机械系统上安装 旋转编码器等方式，将载物台的机械旋转方式转化为电信号再进行测量，从而知道对应每 张照片的载物台位置。当外界存在的激烈振动、电磁干扰、温度升高等状况时，转化成电信 号来测量位置，所测得的精度都会受到很大影响。而在无损检测领域中用CT检测物体，尤 其是大型物体巧日发动机）时，往往会存在振动激烈、转动速度慢W及温度升高等情况，该严 重影响了机械控制系统对载物台定位的测量数据精度，进而给重建受检物体CT图像带来 很不利的影响。同时，为了提高测量精度，安装一套CT时，一般需要对机械控制系统进行复 杂的调试，该样不利于在工业上快速部署和使用。此外，由于旋转编码器本身只能测量旋转 运动的数据，而CT在检测物体(尤其是发动机等大型物体）时，不可避免地存在振动，使得 CT系统不仅存在旋转运动，还存在平移运动，如此一来，采用旋转编码器对载物台进行定位 必然会降低定位的精度。
[0005] 中国专利申请号为201120368673. 4的专利公开了一种对机械控制精度要求不高 的CT系统，与W往使用编码器等原件确定载物台位置的方式不同，在该系统中，至少3个标 志点被固定在受检物体表面，根据H个平面确定一个点的原理，用至少3个相机来获取每 个标志点的投影，进而得到每个标志点的空间位置，根据标志点在旋转前后的位置信息，得 到受检物体的旋转矩阵和位移量。
[0006] 但是，在上述专利中存在W下缺陷；（0将标志点设置在受检物体表面，会造成不 少问题；有些物体巧日球体)的表面难W固定标志点；检测每个收件物体前，都必须先将标志 点固定在其表面，难W对大量受检物体进行快速检测；为了提高拍摄精度，相机应该在视野 范围可W覆盖标志组的前提下，尽量靠近标志组，当前后受检物体大小不一样时，根据该专 利，就不得不调节相机组，使之尽量靠近标志组，该会使得检测工序繁琐，影响效率（2 )该专 利中，是根据H个平面确定一个点的原理得出标志点的位置的，所W，使用的相机数量至少 为3个，会造成CT装置的成本相对较高。


【发明内容】

[0007] 本发明的目的在于提出一种X射线CT装置，该装置不仅可W快速对大量物体进行 检测，而且能精确地确定CT检测受检物体过程中载物台的位置，同时制造成本较低。
[0008] 本发明的技术方案；1. 一种X射线CT装置，包括；射线源，向受检物体发射射线； 载物台，巧载着受检物体转动；机械系统，控制载物台转动；主控制器，对射线源和机械系 统进行控制；探测器，接收透射过受检物体的射线并将其转换为数字信号；图像重建单元， 根据投影数据重建出受检物体的CT图像；所述CT装置还包括：标志架，固定于载物台上并 随之转动；标志点，位于标志架上；摄像机，拍摄载物台转动前后标志点的像片；标定处理 单元，处理摄像机标定产生的数据；标志点影像处理单元，处理像片，得到标志点在运动前 后的位置，从而可W求标志点的旋转量和平移量，也等于受检物体的旋转量和平移量。
[0009] 本发明所述的X射线CT装置，其摄像机至少为两个且该些摄像机分布在标志点的 上方。
[0010] 本发明所述的X射线CT装置，其摄像机为CCD摄像机或者CMOS摄像机或者数码 相机。
[0011] 本发明所述的X射线CT装置，其摄像机分布在标志点的上方，且每个摄像机视野 范围均覆盖了所有标志点在旋转过程中可能出现的区域。
[0012] 本发明所述的X射线CT装置，在摄像机拍摄标志点像片前，必须对摄像机进行标 定。
[0013] 本发明所述的X射线CT装置，其摄像机交叉摆放或者平行摆放，使得可W从不同 的角度观测标志点。
[0014] 本发明所述的X射线CT装置，其标志点至少有H个，而且尺寸大小互不相同或者 是形状各不相同。
[0015] 本发明所述的X射线CT装置，其标志点位于标志架上。
[0016] 本发明所述的X射线CT装置，其标志架覆盖了所有摄像机可能拍摄的区域。
[0017] 本发明所述的X射线CT装置，其工作原理为；在所述X射线CT装置扫描受检物 体前，先对所述摄像机进行标定，W确定所述的至少两个摄像机的内参数和外参数。接着， 对位于标志架上的至少H个标志点进行拍摄，得到一张像片，用来确定标志点开始的位置。 然后，载物台巧着受检物体转动，用X射线CT装置扫描受检物体(也就是指在装置旋转过程 中，多次发射X射线照射受检物体)。在X射线源每次发射X射线照射受检物体的同时，所 述的摄像机同时对标志点进行拍摄像片。扫描结束后，X射线源发射X射线对受检物体拍摄 多张照片，所述的摄像机也同时拍摄了标志点的相同数量的像片，该样就得到了重建CT图 像必须的两方面数据，即X射线投影后的强度和对应的检测位置。最后，计算机利用得到的 数据，运用相应的总所周知的算法，如迭代法、直接反投影法、卷积反投影法等，重建出受检 物体的H维图像。
[0018] 本发明的有益效果在于；（1)机械控制系统无须安装旋转编码器等器件，降低了 机械控制系统的复杂程度，同时也省去了扫描物体前对CT系统进行繁琐调试的环节（2)本 发明中，标志架设置在载物台上，可W随着载物台的转动而转动，标志点被设置在标志架 上，从而将载物台的大范围运动转化为标志点的小范围运动(该里的运动，实质上包括了 转动和移动)，具有设计巧妙，测量简单的优点（3)本发明利用机器视觉上的定位原理，不仅 可得出载物台的旋转量，还可W得出载物台的平移量，使得测量数据更精确，重建图像更清 晰（4)与上述专利相比，在对大量受检物体检测时，不需在每次检测前都固定标志点于受 检物体上，只需要在检测前的一次标定就可W对大量受检物体快速检测，检测效率大大提 高。此外，由于应用机器视觉的定位原理，故可将摄像机数目减为2个，降低了 X射线CT装 置的成本。

【专利附图】

【附图说明】
[0019] 图1是依据本发明所述的X射线CT装置的一个实施例的结构示意图。
[0020] 图2是依据本发明所述的X射线CT装置的一个实施例的工作流程图。
[0021] 图3是摄像机针孔成像几何关系图。
[0022] 图4是双目立体机器视觉的原理图。
[0023] 图5是依据本发明所述的X射线CT装置的一个实施例的标定板示意图。

【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。应当理解，此处所描述的实施例 仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明，也不能理解为比其他例子更优越。
[0025] 图1是依据本发明所述的X射线CT装置的一个实施例的结构示意图。如图1所 示，本实施例的X射线CT装置，包括：射线源1，向受检物体发射射线；载物台2,巧载着 受检物体12转动；机械系统3,控制载物台2转动；主控制器4,对射线源1和机械系统2 进行控制；探测器5,接收透射过受检物体12的射线并将其转换为数字信号；图像重建单元 6,根据投影数据重建出受检物体12的CT图像；所述CT装置还包括：标志架7,固定于载 物台2上并随之转动；标志点8 (该里包括H个标志点，分别为标志点8a、标志点8b和标志 点8c)，位于标志架上；摄像机9 (该里包括2台摄像机，分别为9a和％)，拍摄载物台2转 动前后标志点的像片；标定处理单元10,处理摄像机标定产生的数据；标志点影像处理单 元11，处理像片，得到标志点8在运动前后的位置，从而可W求标志点8的旋转量和平移量， 也等于受检物体12的旋转量和平移量。
[0026] 该里补充说明一下，为了将X射线源1发射X射线照射受检物体12得到的影片与 摄像机9拍摄标志点8得到的影片区别开来，在本发明中，将前者称为照片，而将后者称为 像片。
[0027] 对于2台摄像机，该里选为CCD摄像机。
[0028] 2台摄像机分布在3个标志点的上方，且每个摄像机视野范围均覆盖了 3个标志点 在旋转过程中可能出现的区域；3个标志点之间的距离不宜太大，W保证被2台摄像机的视 野覆盖。
[0029] 2台摄像机交叉摆放或者平行摆放，使得可W从不同的角度观测3个标志点。
[0030] 3个标志点均为球体，将其直径分别设置为15mm，10mm，5mm，该样子使得标定处理 单元10可W根据3个标志点图像的尺寸不同迅速地进行特征提取与匹配，进而计算出摄像 机内外参数。
[0031] 3个标志点均位于标志架7上，该样子可w使得载物台2、标志架7和3个标志点 的运动同步。
[0032] 标志架7覆盖了 2台摄像机可能拍摄的区域，也就是说，2台摄像机拍摄的像片只 有标志架7和3个标志点的图像，该样子可W避免受检物体12等因素的干扰。
[0033] 图2是依据本发明所述的X射线CT装置的一个实施例的工作流程图。在本实施 例中，X射线CT装置的工作流程为；在X射线CT装置检测受检物体前，先对2台摄像机进 行标定，所用的标定元件选择棋盘方格阵列标定板，W确定摄像机9a和摄像机9b各自的内 参数和外参数。接着，对位于标志架7上的3个标志点进行拍摄，得到一张像片，用来确定 标志点开始的位置。然后，载物台2巧着受检物体12转动，用X射线CT装置扫描受检物体 (也就是指在装置旋转过程中，多次发射X射线照射受检物体)。在X射线源1每次发射X射 线照射受检物体12的同时，2台摄像机同时对3个标志点进行拍摄像片。扫描结束后，X射 线源1发射X射线对受检物体12拍摄得到了多张照片，2台摄像机也同时拍摄得到了 3个 标志点的相同数量的像片。对每次得到的像片进行处理，得到载物台位于各个位置时3个 标志点的H维坐标，进而求解3个坐标点相对于初始位置时的旋转量与平移量，也就是载 物台2相对于初始位置的平移量与旋转量。该样就得到了重建CT图像必须的两方面数据， 即X射线投影后的强度和对应的检测位置。最后，计算机利用得到的数据，运用相应的总所 周知的算法，如迭代法、直接反投影法、卷积反投影法等，重建出受检物体12的CT图像。
[0034] 由于双目机器视觉是本发明的关键，双目机器视觉包括：摄像机标定、图像对应点 匹配、H维重建等几个部分。下面就结合本实施例解释一下双目机器视觉。
[00巧]图3是摄像机针孔成像几何关系图。如图3所示，空间点P在像片上的投影点P 为空间点P与摄像机光也曰连线与像片的交点。从H维空间到二位平面图像的投影涉及到 4个坐标系的转换。4个坐标系为；X像片坐标系口。:每张数字像片在计算机中表示为 一个矩阵，坐标原点为位于矩阵左上角的〇。，11与V分别表示为像素在矩阵中的行数与列数 客成像平面坐标系〇i-xy ; W摄像机光轴与像片的交点〇1为原点，x、y轴分别与u、v轴平行 莖摄像机坐标系〇c-:坐标原点位于光也，和y =分别与X轴、y轴平行互世界坐 标系么W :即描述客观世界的现实坐标系，可W固定在场景中某物体上，可用于描 述摄像机W及其他任何物体的位置。
[0036] 根据机器视觉中的有关知识，假设一个图像点在像片坐标系中的坐标记为 (u，v),在世界坐标系中坐标记为（1-V..，记.，J。-)，两者的转换关系为

【权利要求】
1. 一种X射线CT装置，包括： X射线源，向受检物体发射射线对其进行检测； 载物台，托载着受检物体转动； 机械系统，控制载物台转动； 主控制器，对射线源和机械系统进行控制； 探测器，接收透射过受检物体的射线并将其转换为数字信号； 图像重建单元，根据投影数据重建出受检物体的CT图像； 其特征在于，所述CT装置还包括： 标志架，固定于载物台上并随之转动； 标志点，位于标志架上； 摄像机，拍摄载物台转动过程中标志点的像片； 标定处理单元，处理摄像机标定产生的数据，得到摄像机的内外参数； 标志点影像处理单元，处理像片，得到标志点在运动前后的位置，从而可以求标志点的 旋转量和平移量，也等于受检物体的旋转量和平移量。
2. 根据权利要求1所述的X射线CT装置，其特征在于，所述摄像机至少为两个且这些 摄像机分布在标志点的上方。
3. 根据权利要求1所述的X射线CT装置，其特征在于，所述摄像机为CCD摄像机或者 CMOS摄像机或者数码相机。
4. 根据权利要求3所述的X射线CT装置，其特征在于，所述的摄像机分布在标志点的 上方，且每个摄像机视野范围均覆盖了所有标志点在旋转过程中可能出现的区域。
5. 根据权利要求4所述的X射线CT装置，其特征在于，在摄像机拍摄标志点像片前，必 须对摄像机进行标定。
6. 根据权利要求5所述的X射线CT装置，其特征在于，所述的摄像机交叉摆放或者平 行摆放，使得可以从不同的角度观测标志点。
7. 根据权利要求6所述的X射线CT装置，其特征在于，所述的标志点至少有三个，而且 尺寸大小互不相同或者是形状各不相同。
8. 根据权利要求7所述的X射线CT装置，其特征在于，所述的标志点位于标志架上。
9. 根据权利要求8所述的X射线CT装置，其特征在于，所述的标志架覆盖了所有摄像 机可能拍摄的区域。
【文档编号】G01B15/04GK104502378SQ201410833167
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月30日 优先权日:2014年12月30日
【发明者】黄春强, 刘洋, 吴杰, 姚进, 汤卿, 高文翔, 蒋传魁, 赵勇 申请人:四川大学