CN104596449A - 基于ct图像的小间隙精确测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CT图像的小间隙精确测量方法，包括：（1）装夹待测样品至9MeV高能工业CT机的装夹平台上，使间隙面垂直于水平方向；（2）对待测样品进行断层扫描，获取CT图像；（3）对所需测量的CT图像的投影数据进行重建；（4）调整CT图像，使间隙特征为竖直方向；（5）提取断层图像重建后任意一行的图像灰度数据，并找出该行中图像灰度值的最小点，以该点为中心，选取出像素大小为30×100的矩形区域；（6）计算所选矩形区域的间隙平均值，获得待测样品小间隙宽度的测量结果。本发明设计合理、易于实现，大幅提高了CT图像亚像素级小间隙宽度的测量精度。

Description

基于CT图像的小间隙精确测量方法

技术领域

    本发明属于无损检测应用领域，具体涉及一种基于CT图像的小间隙精确测量方法。

背景技术

随着科技的不断发展和进步，人们对金属产品的质量、可靠性以及使用寿命要求越来越高。把产品的质量作为第一要素，不仅是科技向前发展的基础，更是企业的生命，因此，一个好的质量体系是精密制造行业不可缺少的环节。目前，在工业发达国家和地区，无损检测已成为与材料、设计、制造（工艺）相并列的四大关键技术之一。

基于上述因素，为了满足客户的需求，企业必须严格控制产品的质量，而这就需要对无损检测的检测水平提出更高的要求。目前，工业CT被认为是最佳的无损检测手段之一，对小间隙宽度进行精确测量已经逐渐成为工业CT技术应用的一个重要方面。

然而，目前对于亚像素级的小间隙宽度测量国内外几无报道，国外文献报道的所谓小间隙测量的相关研究均是基于图像的处理，通过从模糊的图像中提取间隙特征的边界，最终获得间隙的宽度。但这些研究无一例外是对像素级的小间隙宽度进行测量，并非是亚像素级。另外，国内文献还报道有人采用了脊波变换的方法对CT图像亚像素级的小间隙宽度进行测量，其主要做法是，先对小间隙进行间隙边缘提取，然后通过一个收缩因子使测量结果回归到亚像素级。然而，该种方式的测量精度并不高，误差高达2mm以上，根本无法满足小间隙的精确测量需求。

综上所述，对目前CT图像亚像素级小间隙宽度的测量方式进行改进，便成为本领域技术人员重点研究的内容之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CT图像的小间隙精确测量方法，主要解决现有的CT图像亚像素级小间隙宽度的测量方式存在测量结果精度低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于CT图像的小间隙精确测量方法，包括以下步骤：

（1）将待测样品放置到9MeV高能工业CT机的装夹平台上，使间隙面垂直于水平面，并调节工业CT机的系统参数，使得其上的准直器宽度与高度均调节到0.8～1mm；

（2）利用9MeV高能工业CT机对待测样品进行断层扫描，获取样品中的间隙的CT图像；

（3）选取滤波值为350～400、饱和值为2.5～3、阈值为3～4，对所需测量的CT图像的投影数据进行重建；

（4）调整CT图像，使间隙特征为竖直方向；

（5）获取断层图像重建后任意一行的图像灰度数据，并找出该行中图像灰度值的最小点，然后以该点为中心，选取出像素大小为30×100的矩形区域；

（6）计算所选矩形区域的间隙平均值，获得待测样品小间隙宽度的亚像素级测量结果。

作为优选，所述步骤（1）中待测样品的材质为铝、钢或钨合金。

再进一步地，在对待测样品进行断层扫描之前，还对其进行DR扫描。

具体地说，所述步骤（4）中，采用扇束卷积反投影算法对投影的数据进行重建。

作为优选，所述步骤（4）中，选取的滤波值、饱和值和阈值分别为400、3和4。

本发明的设计原理在于：在工业CT成像过程中，由于点扩展函数的影响，小间隙所处的特征区域尺寸会变大，即在间隙处的CT值曲线发生了宽化，但此宽化效应不影响CT值的积分，因此，可以将工业CT图像看成是物体分布函数和有关模糊函数（点扩展函数）卷积的结果。基于该理论分析，本发明通过加工梯度间隙待测样品、对待测样品进行断层扫描、CT图像重建、间隙区域选取（30×100矩形区域）及小间隙宽度测量等步骤，即可对CT图像的小间隙进行精确测量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明由从事无损检测工作多年的高级工程师研究和设计，通过理论分析和实践相结合，完美地实现了CT图像小间隙宽度的亚像素级测量，其测量结果误差非常小，精度可达到20μm，并且耗时短、重复性好。本发明通过采用一种全新的测量方式，突破了现有技术的束缚，实现了重大的创新，填补了CT图像亚像素级小间隙宽度精确测量几近空白的领域。

（2）本发明在对梯度间隙样品进行断层扫描之前，还对其进行DR扫描，方便了断层扫描时样品的准确定位，进一步确保了测量结果的精度。

（3）本发明在选取间隙区域之前，还对CT图像中间隙的方向进行了调整，使其处于竖直方向，从而不仅方便了间隙区域的选取，而且还便于测量。

（4）本发明构思严谨、设计巧妙，并且易于实现，因此，其具有广泛的应用前景，非常适于在无损检测领域、特别是CT图像小间隙宽度亚像素级测量中大规模推广应用。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为本发明测量方法所加工的梯度间隙待测样品的示意图。

图3为梯度间隙样品中某个间隙的CT图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1所示，本发明提供了一种可以准确测量CT图像亚像素级小间隙的方法，适用于具有一定的厚度、且小间隙两边为同种材料的被检产品。本发明主要的实现流程有断层扫描、CT图像重建、间隙区域选取及小间隙宽度测量几大步骤。

一、断层扫描（即CT扫描）

本发明可以针对任何材质的CT图像的小间隙宽度进行亚像素级测量，而本实施例则特别针对了铝、钢以及钨合金三种材料。本实施例通过现有的技术手段，将三者分别加工成梯度间隙待测样品，图2为本发明测量方法所加工的梯度间隙待测样品的示意图，三种样品的梯度间隙均经过三维坐标进行标定，间隙宽度均从0.02mm～0.11mm分为十个梯度台阶。

加工好梯度间隙样品之后，分别将三者进行装配，然后各自放到三个9MeV高能工业CT机的系统平台上，本发明采用的9MeV高能工业CT机采用二代扫描方式工作，且其切片厚度为1mm。

放置好梯度间隙样品后，调节CT机的系统参数，使其上的准直器宽度与高度均调节到0.8～1mm范围内。接着，利用9MeV高能工业CT机对待测样品进行断层扫描，获取待测样品中不同间隙的CT图像。值得说明的是，在对待测样品进行断层扫描之前，可先对待测样品进行DR扫描，目的是方便断层扫描时能够准确定位，进一步确保后续测量结果的准确性。

二、CT图像重建

在获取待测样品不同间隙的CT图像后，选取滤波值为350～400、饱和值为2.5～3、阈值为3～4，并利用9MeV高能工业CT机对所需测量的CT图像的投影数据进行重建。本步骤可以采用现有的平行束卷积反投影算法或扇束卷积反投影算法对CT图像的投影数据进行重建，而两种算法的特点是：平行束扫描采集数据时间较长，而扇束扫描采集数据高效、快捷，因此，本实施例优选采用扇束卷积反投影算法对CT图像进行重建。

进一步地说，由于小间隙宽度的测量结果与CT图像重建参数有关，因此，在9MeV高能工业CT机中，对不同重建参数下的测试结果进行了对比，从中选取400、3、4作为小间隙测量时采用的最佳重建参数。

三、间隙区域选取及小间隙宽度测量

为便于获得测量结果，对于重建后的CT图像，本发明采用了不同的滤波参数对图像进行RL滤波，获取断层图像重建后的某一行的图像灰度数据，然后对图像中的小间隙宽度进行测量，从而获得测量数据。具体的做法是：找出获取的行中图像灰度值的最小点，然后以该点为中心，选取出像素大小为30×100的矩形区域，然后计算所选矩形区域的间隙平均值，以计算所得到的间隙平均值作为梯度间隙样品亚像素级小间隙宽度的测量结果。图3为梯度间隙待测样品中某个间隙的CT图。并且，在选取间隙区域之前，还对CT图像中间隙的方向进行调整，使其处于竖直方向，目的是便于后续测量。

利用上述方式，可以分别获得铝、钢及钨合金三种材料的梯度间隙待测样品小间隙宽度的亚像素级测量结果。并且其测量值与实际三坐标所测量的间隙宽度非常接近。

为进一步验证本发明的可靠性，本发明通过实验，对测量的结果进行了验证。其验证结果是，样品间隙宽度从0.02mm～0.11mm十个梯度台阶，其测量值与名义值之间的偏差均小于0.005mm，其中的名义值为三坐标测量值。而在间隙样品外加罩铝壳、钢壳，分别进行的小间隙测量结果则表明，加罩铝壳、钢壳对测量结果无明显影响，证明了样品的整体形状对小间隙的测量没有任何影响；对于铝材料的梯度间隙样品的测试结果是，测量值与名义值的偏差小于0.011mm；而对钨材料的梯度间隙样品测试结果则是，测量值与名义值的偏差小于0.010mm。

因此，根据测试结果可以看出，无论哪种材料，其小间隙的测量结果，误差均不超过0.011mm。表1～3即依次为铝、钢以及钨合金三种样品小间隙宽度十次实验的测量结果。

表1

表2

表3

综上所述，本发明设计的工业CT图像小间隙宽度的测量方法，可以对亚像素级的小间隙宽度进行精确测量，其不仅精度可以达到20μm，而且耗时短、重复性好。因此，本发明与现有技术相比，技术进步十分明显，其具有突出的实质性特点和显著的进步。

上述实施例仅为本发明优选的实施例之一，并非是对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于CT图像的小间隙精确测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将待测样品放置到9MeV高能工业CT机的装夹平台上，使间隙面垂直于水平面，并调节工业CT机的系统参数，使得其上的准直器宽度与高度均调节到0.8～1mm；

（2）利用9MeV高能工业CT机对待测样品进行断层扫描，获取样品中的间隙的CT图像；

（3）选取滤波值为350～400、饱和值为2.5～3、阈值为3～4，对所需测量的CT图像的投影数据进行重建；

（4）调整CT图像，使间隙特征为竖直方向；

（5）获取断层图像重建后任意一行的图像灰度数据，并找出该行中图像灰度值的最小点，然后以该点为中心，选取出像素大小为30×100的矩形区域；

（6）计算所选矩形区域的间隙平均值，获得待测样品小间隙宽度的亚像素级测量结果。

2.根据权利要求1所述的基于CT图像的小间隙精确测量方法，其特征在于，所述步骤（1）中待测样品的材质为铝、钢或钨合金。

3.根据权利要求1或2所述的基于CT图像的小间隙精确测量方法，其特征在于，在对待测样品进行断层扫描之前，还对其进行DR扫描。

4.根据权利要求3所述的基于CT图像的小间隙精确测量方法，其特征在于，所述步骤（4）中，采用扇束卷积反投影算法对投影的数据进行重建。

5.根据权利要求1、2或4所述的基于CT图像的小间隙精确测量方法，其特征在于，所述步骤（4）中，选取的滤波值、饱和值和阈值分别为400、3和4。