CN106821405B - 一种x光机的参数标定方法、装置及系统 - Google Patents

一种x光机的参数标定方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种X光机的参数标定方法、装置及系统。该方法包括：控制X光机旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，获取设定多个旋转位置处的标定扫描图像；记录不同设定旋转位置处，旋转臂的机械结构运动状态；根据不同设定旋转位置处，标准体模在所述标定扫描图像中的投影结果，对旋转臂不同机械结构运动状态下的误差参数进行标定；根据误差参数的标定结果，以及旋转臂的机械结构运动状态，生成用于对X光机的实际扫描图像进行修正的动态修正矩阵。本发明实施例的技术方案实现了对X光机运动中产生的误差参数进行标定，为X光机的参数标定提供一种新的思路，通过利用误差参数标定结果对实际扫描图像进行校正，提高了三维重建后图像的质量。

Description

一种X光机的参数标定方法、装置及系统
技术领域
本发明实施例涉及信号处理技术，尤其涉及一种X光机的参数标定方法、装置及系统。
背景技术
在X光三维图像重建中，C型臂光源和探测器的运行轨迹是否符合预设轨迹直接影响重建图像的质量。C型臂系统运行过程中机械结构的抖动会使射线源至探测器的距离、射线源至旋转中心的距离、旋转中心位置等重要参数发生变化，导致投影图像出现缩放或是平移；或是出现投影采集角度与预设角度不同的情况，最终导致重建图像中出现伪影，严重影响图像重建质量。而机械结构的抖动缺乏观测手段，使得对这些因素的标定和校正较为困难。
针对系统参数与设计目标之间的差异，传统的方式是针对静态状态下系统参数与设计目标之间的差异而进行的参数标定。
发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术存在如下缺陷：传统的对系统结构参数进行标定的方法都是根据静态状态下系统参数与设计目标之间的差异而进行的标定，不能对系统运动产生的误差进行标定和校正。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种X光机的参数标定方法、装置及系统，以实现对X光机运动中产生的误差进行标定。
第一方面，本发明实施例提供了一种X光机的参数标定方法，该方法包括：
控制X光机旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，获取设定多个旋转位置处的标定扫描图像；
记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的机械结构运动状态；
根据不同设定旋转位置处，所述标准体模在所述标定扫描图像中的投影结果，对所述旋转臂不同机械结构运动状态下的误差参数进行标定；
根据所述误差参数的标定结果，以及所述旋转臂的机械结构运动状态，生成用于对所述X光机的实际扫描图像进行修正的动态修正矩阵。
第二方面，本发明实施例还提供了一种X光机的参数标定装置，用于执行本发明实施例所述的X光机的参数标定方法，该装置包括：
标定扫描图像获取模块，用于控制X光机旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，获取设定多个旋转位置处的标定扫描图像；
运动状态记录模块，用于记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的机械结构运动状态；
误差参数标定模块，用于根据不同设定旋转位置处，所述标准体模在所述标定扫描图像中的投影结果，对所述旋转臂不同机械结构运动状态下的误差参数进行标定；
动态修正矩阵生成模块，用于根据所述误差参数的标定结果，以及所述旋转臂的机械结构运动状态，生成用于对所述X光机的实际扫描图像进行修正的动态修正矩阵。
第三方面，本发明实施例还提供了一种X光机的参数标定系统，该系统包括：
旋转臂、相对设置于所述旋转臂之上的X光光源以及探测器、处理器、图像采集器件、运动状态采集部件以及标准体模；
所述旋转臂，用于根据所述处理器发送的控制信号带动所述X光光源以及探测器围绕所述标准体模进行多个设定旋转角度的旋转；
所述X光光源，用于向所述标准体模发送X光扫描信号；
所述探测器，用于采集所述X光扫描信号在所述标准体模上的投影数据；
所述图像采集器件，用于根据所述探测器采集的投影数据，生成标定扫描图像；
所述运动状态采集部件，用于获取所述旋转臂的机械结构运动状态；
所述处理器，用于控制所述旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，获取设定多个旋转位置处的标定扫描图像；记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的机械结构运动状态；根据不同设定旋转位置处，所述标准体模在所述标定扫描图像中的投影结果，对所述旋转臂不同机械结构运动状态下的误差参数进行标定；根据所述误差参数的标定结果，以及所述旋转臂的机械结构运动状态，生成用于对所述X光机的实际扫描图像进行修正的动态修正矩阵。
本发明实施例提供的X光机的参数标定方法、装置及系统，通过控制X光机旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，根据标准体模在多个旋转位置处的标定扫描图像中的投影结果对旋转臂的不同机械结构运动状态下的误差参数进行标定，解决了传统的对系统结构参数进行标定的方法都是根据静态状态下系统参数与设计目标之间的差异而进行的标定，不能对系统运动产生的误差进行标定和校正的问题，实现了对X光机运动中产生的误差参数进行标定，为X光机的参数标定提供一种新的思路，通过利用误差参数标定结果对实际扫描图像进行校正，提高了三维重建后图像的质量。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种X光机的参数标定方法的流程图；
图2a是本发明实施例二提供的一种X光机的参数标定方法的流程图；
图2b是本发明实施例二提供的计算切向位移误差的各个参数的示意图；
图2c是本发明实施例二提供的计算径向位移误差的各个参数的示意图；
图3a是本发明实施例三提供的一种X光机的参数标定方法的流程图；
图3b是本发明实施例三提供的一种标准体模的俯视图；
图3c是本发明实施例三提供的一种标准体模的左视图；
图3d是本发明实施例三提供的一种标准体模的主视图；
图3e是本发明实施例三提供的在标准体模的投影图像中计算采集角度的各个参数的示意图；
图4是本发明实施例四提供的一种X光机的参数标定方法的流程图；
图5是本发明实施例五提供的一种X光机的参数标定方法的流程图；
图6是本发明实施例六提供的一种X光机的参数标定装置的结构图；
图7是本发明实施例七提供的一种X光机的参数标定系统的结构图；
图8是本发明实施例七提供的一种具体应用场景中X光机的参数标定系统对应的标定方法的流程图；
图9是本发明实施例七提供的一种具体应用场景中X光机的参数标定系统的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
为了后文便于描述，首先将本发明实施例所使用的技术进行说明：
首先，本发明实施例主要应用于对X光机的参数进行标定。X光机是采集医学图像的重要仪器。参数标定是一种减小系统误差的方法，主要是针对系统的结构参数对误差量进行标定，进而可以基于该标定的误差量设定合理的补偿量，以达到减小系统的测量误差的目的。
发明人通过研究发现：现有的参数标定的方法是针对静态系统下的结构参数进行标定，不能实现对系统运动产生的误差进行标定，如果构造一个合理的标准体模，控制X光机旋转臂围绕该标准体模进行旋转扫描，根据标准体模在多个旋转位置处的标定扫描图像中实际的投影结果与理想的投影结果之间的差异，对旋转臂的不同机械结构运动状态下的误差参数进行标定，则可以实现对X光机运动产生的误差进行标定。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的一种X光机的参数标定方法的流程图。本实施例的方法可以适用于对X光机旋转臂旋转过程中产生的误差进行标定的情况。该方法可以由X光机的参数标定装置执行，该装置可由软件和/或硬件的方式实现，并一般可集成于X光机中。如图1所示，本实施例的方法具体包括：
S110、控制X光机旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，获取设定多个旋转位置处的标定扫描图像。
所述标准体模是指预先构造的，形状符合设定规则的实际扫描对象的替代物，用以标定X光机实际运动过程中产生的误差量。其中，考虑到球形在各个方向上的投影直径均相同，所述标准体模可选为球形体模。
其中，X光机的旋转臂可以是C型臂，也可以是O型臂。其中，可以通过控制X光机旋转臂的旋转角度来使旋转臂到达不同的旋转位置，示例性的，旋转角度可以分别设定为π/3、5π/6、4π/3、以及11π/6等。
所述标定扫描图像是指所述X光机旋转至设定旋转位置处，通过发射X光获取的针对所述标准体模的投影图像。
典型的，为了保证后续误差参数标定的准确性，在控制X光机旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描之前，可以首先将所述X光机的X光光源在探测器中的投影位置调整至所述探测器的中心，并将标准体模的几何中心调整至所述X光机旋转臂的设计旋转中心上。
S120、记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的机械结构运动状态。
为了实现将旋转臂调整至设定的旋转位置处，需要调整旋转臂内部或者外部的一个或者多个机械结构进行相应的机械运动。所述机械结构运动状态具体是指在一个旋转位置处，与上述一个或者多个机械结构对应的运动距离、运动方向或者运动速度等参数。其可以通过一个向量来表示。示例性的，可以用向量Si表示一个旋转位置i处的机械结构运动状态，所有设定旋转位置对应的机械结构运动状态构成矩阵S。
S130、根据不同设定旋转位置处，所述标准体模在所述标定扫描图像中的投影结果，对所述旋转臂不同机械结构运动状态下的误差参数进行标定。
可以理解的是，如果在旋转臂的旋转过程中，不发生任何机械抖动以及偏移，标准体模在标定扫描图像中的投影结果应该有一个理想预期值。通过将实际旋转扫描过程中，所述标准体模在所述标定扫描图像中的实际投影结果与这个理想预期值进行比较，可以确定由上述旋转所带来的各种误差参数，其中，所述误差可以是实际值与理想值之间的差值，例如：在一个设定旋转角度下，旋转中心的理论预期值为O1，通过投影结果计算得到的实际投影中心为O2，则可以将(O1-O2)作为误差参数；所述误差参数也可以是一个与理想值对应的偏差值，例如，设定旋转臂的理想旋转角度为30°，由投影结果确定的旋转臂的实际旋转角度为31°,则可以将31°作为一个误差参数。
相应的，可以根据实际投影结果与理想预期值之间的差异，实现对所述旋转臂不同机械结构运动状态下的误差参数进行标定。进而可以实现当实际的扫描对象放置于X光机后，根据X光机的机械结构运动状态，以及预先标定的误差参数，对该扫描对象的投影图像进行修正。
S140、根据所述误差参数的标定结果，以及所述旋转臂的机械结构运动状态，生成用于对所述X光机的实际扫描图像进行修正的动态修正矩阵。
可以理解的是，对误差参数进行标定时，所设定的旋转臂的旋转角度毕竟是有限的。因此，不可能穷举所有的旋转臂的机械结构运动状态来计算相应的误差参数，但是在实际应用中，X光机的旋转臂则可能旋转至任意角度，该角度对应的机械结构运动参数可能是之前未被标定的。为了解决上述问题，可以基于该已经标定机械结构运动参数构造一个最优估计矩阵，即：动态修正矩阵，以实现通过有限个已标定机械结构运动参数对任意一个机械结构运动参数的误差参数进行估计。
本发明实施例提供的X光机的参数标定方法，通过控制X光机旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，根据标准体模在多个旋转位置处的标定扫描图像中的投影结果对旋转臂的不同机械结构运动状态下的误差参数进行标定，解决了传统的对系统结构参数进行标定的方法都是根据静态状态下系统参数与设计目标之间的差异而进行的标定，不能对系统运动产生的误差进行标定和校正的问题，实现了对X光机运动中产生的误差参数进行标定，为X光机的参数标定提供一种新的思路，通过利用误差参数标定结果对实际扫描图像进行校正，提高了三维重建后图像的质量。
实施例二
图2a是本发明实施例二提供的一种X光机的参数标定方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础进行优化，在本实施例中，将标准体模优化为球形体模，且所述标准体模沿直径方向上包括两个正交对准通孔，相应的，在控制X光机的旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，获取设定多个旋转位置处的标定扫描图像之前，增加了：确定所述X光机的X光光源在探测器中的投影位置位于所述探测器的中心，所述标准体模的球心位于所述X光机旋转臂的设计旋转中心上的操作；进一步将误差参数优化为：在所述旋转臂的不同机械结构运动状态下，旋转中心在旋转平面上的切向位移误差以及径向位移误差，并基于该误差参数的类型，给出了误差参数的计算过程。相应的，本实施例的方法具体包括：
S210、确定X光机的X光光源在探测器中的投影位置位于所述探测器的中心，所述标准体模的球心位于所述X光机旋转臂的设计旋转中心上。
在本实施例中，所述标准体模为球形体模，所述标准体模的球心位于所述X光机旋转臂的设计旋转中心上，所述标准体模沿直径方向上包括两个正交对准通孔。
相应的，通过对所述球形体模的上述设置，可以方便的将标准体模的球心位于所述X光机旋转臂的设计旋转中心上。
具体方法如下：首先将标准体模置于C型臂成像范围内，调整该标准体模沿一个方向的位置，令X光源发射的激光穿过其中一个通孔。将旋转臂旋转π/2，调整标准体模沿另一个方向的位置，令激光穿过另一个通孔。此时，标准体模位于旋转臂的设计旋转中心上。
S220、控制X光机旋转臂围绕所述标准体模进行旋转扫描，获取设定多个旋转位置处的标定扫描图像。
S230、记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的机械结构运动状态。
S240、获取与设定旋转位置i对应的目标标定扫描图像，以及目标机械结构运动状态，i∈[1,N]，N为所述旋转臂一个旋转扫描周期经过的设定旋转角度总数。
旋转臂一个旋转扫描周期可以设定为2π。在一个旋转扫描周期中，设定旋转角度可以设定多个，保证设定旋转角度的全面性，从而获得比较丰富的目标标定扫描图像。
S250、在所述目标标定扫描图像中，测量所述标准体模的投影直径，以及所述标准体模的投影中心与所述目标标定扫描图像的图像中心的位置差。
标准体模是球型体模，所以经过X光机的旋转臂旋转扫描后，标准体模的直径对应有投影直径。另外，由于X光机旋转臂在旋转的过程中存在抖动的问题，使得标准体模的投影中心与目标标定扫描图像的图像中心存在位置差。
S260、根据所述标准体模的投影直径，所述标准体模的实际直径，以及旋转臂的源板距离，计算目标机械结构运动状态下，旋转中心在旋转平面切向方向上的目标切向位移误差。
图2b为计算目标切向位移误差的各个参数的示意图，其中，标准体模的投影直径为d1，标准体模的实际直径为d2，以及旋转臂的源板距离为L，目标机械结构运动状态下，旋转中心在旋转平面切向方向上的目标切向位移误差为yi，图2b中，A点为X光源中心，B为标准体模的球心，C为旋转中心，D为旋转中心在旋转平面切向方向上的投影点，E点为CD连线与X光源的投影射线的交点，F为标准体模的投影中心，G为与标准体模相切的最外侧射线与探测器的交点。由于旋转中心偏离标准体模的球心的距离很小，因此，DE的长度近似为d2/2。
令所述旋转臂旋转中心至X光源中心的距离，与旋转臂源板距离之间的比值为k，则将标准体模的球心放置于所述旋转臂旋转中心之上后，标准体模的球心至光源距离即AB的长度与源板距离L的比值为k，则AD的长度为kL+yi。根据三角形的相似原理，ΔAFG～ΔADE，可以得到即因此
S270、根据所述标准体模的投影直径，所述标准体模的实际直径，以及所述标准体模的投影中心与所述目标标定扫描图像的图像中心的位置差，计算目标机械结构运动状态下，旋转中心在旋转平面径向方向上的目标径向位移误差。
图2c为计算目标径向位移误差的各个参数的示意图，其中，标准体模的投影直径为d1，标准体模的实际直径为d2，以及旋转臂的源板距离为L，目标机械结构运动状态下，旋转中心在旋转平面切向方向上的目标径向位移误差为xi，图2c中，A点为X光源中心，B为标准体模的球心，C为旋转中心，D1为旋转中心在旋转平面径向方向上的投影点，D为旋转中心在旋转平面切向方向上的投影点，H点为AC连线的延长线与探测器的交点，即目标扫描图像的中心，F为标准体模的投影中心，G为与标准体模相切的最外侧射线与探测器的交点。FE的长度为标准体模投影中心与目标扫描图像中心的位置差X。根据三角形的相似原理，ΔAFH～ΔADC，可以得到即结合因此
S280、根据所述目标切向位移误差及目标径向位移误差的标定结果，以及所述旋转臂的机械结构运动状态，生成用于对所述X光机的实际扫描图像进行修正的动态修正矩阵。
根据目标切向位移误差yi及目标径向位移误差xi，构成误差矩阵P，其中误差矩阵P是由pi组成的矩阵，pi＝(xi,yi)。将所有设定旋转位置处的机械结构运动状态si组成机械结构矩阵S。对误差矩阵P进行奇异值分解，得到P＝EW，W为权值矩阵，E为特征值矩阵。构造E(WST(SST)-1)作为动态修正矩阵。本发明实施例的技术方案通过标定旋转臂在不同机械结构运动状态下旋转中心的切向位移误差和径向位移误差，获得对X光机的实际扫描图像的旋转中心进行修正的动态修正矩阵，通过应用该动态修正矩阵，可以实现对实际扫描图像旋转中心的切向位移误差和径向位移误差进行修正的目的，进而可以提高三维成像后图像的质量。
实施例三
图3a是本发明实施例三提供的一种X光机的参数标定方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础进行优化，在本实施例中，进一步将所述标准体模优化为：在所述标准体模的一个对准通孔上距球心等距离位置处各有一个垂直于所述两个对准通孔所在平面的标记通孔，相应的，增加在记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的机械结构运动状态的同时，还包括：记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的转动角度的操作；进一步将误差参数优化为：在所述旋转臂的不同机械结构运动状态下的采集角度，并基于该误差参数的类型，给出了误差参数的计算过程。相应的，本实施例的方法具体包括：
S310、确定X光机的X光光源在探测器中的投影位置位于所述探测器的中心，所述标准体模的球心位于所述X光机旋转臂的设计旋转中心上。
在本实施例中，所述标准体模为球形体模，所述标准体模沿直径方向上包括两个正交对准通孔，同时在所述标准体模的一个对准通孔上距球心等距离位置处各有一个垂直于所述两个对准通孔所在平面的标记通孔。
其中，为了后续误差参数方便计算，距球心等距离位置可以优选设置为距球心1/2半径处。
图3b示出了一种标准体模的俯视图，图3c示出了一种标准体模的左视图，图3d示出了一种标准体模的主视图，其中包含对准通孔31和标记通孔32。
S320、控制X光机旋转臂围绕所述标准体模进行旋转扫描，获取设定多个旋转位置处的标定扫描图像。
S330、记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的机械结构运动状态和所述旋转臂的转动角度。
在本实施例中，所述旋转臂的转动角度可以是向X光机的中央处理器中输入的设定角度，基于该设定角度，X光机会控制其旋转臂进行相应的机械运动，以期将旋转臂调整至该设定角度下，并进而在旋转臂旋转结束后，记录相应的机械结构运动参数。
S340、获取与设定旋转位置i对应的目标标定扫描图像，目标机械结构运动状态，所述旋转臂的目标转动角度，i∈[1,N]，N为所述旋转臂一个旋转扫描周期经过的设定旋转角度总数。
S350、在所述目标标定扫描图像中，测量所述标准体模的投影直径，以及所述标准体模两个标记通孔之间的投影距离。
S360、根据所述标准体模两个标记通孔之间的投影距离，所述目标转动角度以及所述标准体模的投影直径，计算目标机械结构运动状态下的目标采集角度。
图3e为在标准体模的投影图像中计算目标采集角度的各个参数的示意图，其中，标准体模两个标记通孔之间的投影距离为a，采集角度为Θi，标准体模的投影直径为d1，则采集角度
Θi＝{cos-1(2a/d),cos-1(2a/d1)+π/2,cos-1(2a/d1)+π,cos-1(2a/d1)+3π/2}。
示例性的，当对应一个旋转位置的旋转角度为θ，且θ＝cos-1(2a/d1)，则对应四个象限的旋转角度值分别为θ，θ+π/2，θ+π，θ+3π/2，该四个角度作为采集角度，则采集角度中与目标转动角度差值最小的角度值即是最终确定的目标转动角度的标定值。即在一个旋转扫描周期中对应旋转角度θ的采集角度为：
Θi＝{cos-1(2a/d),cos-1(2a/d1)+π/2,cos-1(2a/d1)+π,cos-1(2a/d1)+3π/2}。若目标转动角度为则目标采集角度即目标采集角度是与目标转动角度差值最小的采集角度值，由此可以保证得到的采集角度值与目标转动角度最接近，即该目标采集角度与实际转动角度相符合。
S370、根据所述目标采集角度的标定结果，以及所述旋转臂的机械结构运动状态，生成用于对所述X光机的实际扫描图像进行修正的动态修正矩阵。
根据目标采集角度的标定结果θi，构成误差矩阵P，误差矩阵P是由θi组成的矩阵。将所有设定旋转位置处的机械结构运动状态si组成机械结构矩阵S。对误差矩阵进行奇异值分解，得到P＝EW，W为权值矩阵，E为特征值矩阵。构造E(WST(SST)-1)作为动态修正矩阵。本发明实施例的技术方案通过标准体模两个标记通孔之间的投影距离，目标转动角度以及标准体模的投影直径，计算目标机械结构运动状态下的目标采集角度，根据目标采集角度的标定结果，以及旋转臂的机械结构运动状态，生成用于对X光机的实际扫描图像进行修正的动态修正矩阵，实现了利用对应误差参数为采集角度时的动态修正矩阵进行实际扫描图像的校正，提高图像的质量。
实施例四
图4是本发明实施例四提供的一种X光机的参数标定方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础进行优化，在本实施例中，将根据所述误差参数的标定结果，以及所述旋转臂的机械结构运动状态，生成用于对所述X光机的扫描图像进行修正的动态修正矩阵优化为：将各设定旋转位置处的机械结构运动状态组成机械结构矩阵S；将各机械结构运动状态下的误差参数组成误差矩阵P；对误差矩阵P进行奇异值分解，得到P＝EW，其中，W为权值矩阵，E为特征值矩阵；构造E(WST(SST)-1)作为所述动态修正矩阵。相应的，本实施例的方法具体包括：
S410、控制X光机旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，获取设定多个旋转位置处的标定扫描图像。
S420、记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的机械结构运动状态。
S430、根据不同设定旋转位置处，所述标准体模在所述标定扫描图像中的投影结果，对所述旋转臂不同机械结构运动状态下的误差参数进行标定。
S440、将各设定旋转位置处的机械结构运动状态组成机械结构矩阵S。
S450、将各机械结构运动状态下的误差参数组成误差矩阵P。
示例性的，误差参数可以是径向位移误差xi、切向位移误差yi和采集角度θi，误差矩阵P是由pi组成的矩阵，pi＝(xi,yi，θi)。
S460、对误差矩阵P进行奇异值分解，得到P＝EW，其中，W为权值矩阵，E为特征值矩阵。
S470、构造E(WST(SST)-1)作为动态修正矩阵，用于对所述X光机的扫描图像进行修正。
S为所有机械结构的运动状态si组成的矩阵。
本发明实施例的技术方案通过误差参数构造动态修正矩阵，可以实现对实际扫描图像的校正，提高三维成像后图像的质量。
实施例五
图5为本发明实施例五提供的一种X光机的参数标定方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础进行优化，在本实施例中，增加了根据标定生成的动态修成矩阵，对实际的扫描图像进行修正的过程。相应的，本实施例的方法包括：
S510、控制X光机旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，获取设定多个旋转位置处的标定扫描图像。
S520、记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的机械结构运动状态。
S530、根据不同设定旋转位置处，所述标准体模在所述标定扫描图像中的投影结果，对所述旋转臂不同机械结构运动状态下的误差参数进行标定。
S540、根据所述误差参数的标定结果，以及所述旋转臂的机械结构运动状态，生成用于对所述X光机的实际扫描图像进行修正的动态修正矩阵。
S550、控制所述X光机旋转臂围绕被测对象进行旋转扫描，获取多个实际旋转位置处的待修正扫描图像。
S560、记录不同实际旋转位置处，所述旋转臂的实测机械结构运动状态。
S570、根据所述实测机械结构运动状态以及所述动态修正矩阵，生成与所述实测机械结构运动状态对应的实际误差参数。
在实际旋转过程中，对任意实际机械结构运动状态sj，对应误差矩阵P的最佳估计为E(WST(SST)-1)sj，由此可实现对实际投影结果的修正。
S580、根据所述实际误差参数，对所述待修正扫描图像进行图像修正。
所述实际误差参数包括：在所述旋转臂的实测机械结构运动状态sj下，旋转中心在旋转平面上的实际切向位移误差yj以及实际径向位移误差xj；根据所述实际误差参数，对所述待修正扫描图像进行图像修正可以包括：
获取与实际旋转位置j对应的目标待修正扫描图像，目标实际机械结构运动状态，j∈[1,M]，M为所述旋转臂一个旋转扫描周期经过的实际旋转角度总数；获取与目标实测机械结构运动状态对应的目标切向位移误差、目标径向位移误差；
根据所述目标切向位移误差，对所述目标待修正扫描图像进行设定比例的缩放处理；
由上述实施例可知，目标切向位移误差其中，标准体模的投影直径d1，标准体模的实际直径d2，以及旋转臂的源板距离L，k为标准体模的球心至光源距离即AB的长度与源板距离L的比值，则标准体模的实际图像与投影图像的比值令其中，理想状态下因此可以令投影图像进行倍数为的缩放运算，以消除缩放误差。优选的，当k＝1/2时，
根据所述目标径向位移误差，对所述目标待修正扫描图像进行设定距离的平移。
由上述实施例可知，目标径向位移误差其中，X为标准体模投影中心与目标扫描图像中心的位置差，标准体模的投影直径d2，标准体模的实际直径d2，则标准体模投影中心与目标扫描图像中心的位置差因此，通过对图像进行平移，可以消除平移误差。
所述实际误差参数包括：在所述旋转臂的实测机械结构运动状态下的实际采集角度；
根据所述实际误差参数，对所述待修正扫描图像进行图像修正可以包括：
根据不同实测机械结构运动状态下的所述实际采集角度，对各所述待修正扫描图像进行三维重建。
根据所述目标径向位移误差，对所述目标待修正扫描图像进行设定距离的平移，根据所述目标切向位移误差，对所述目标待修正扫描图像进行设定比例的缩放处理，达到对待修正扫描图像的校正的目的。根据校正后的图像和对应角度θi进行三维重建，提高了三维重建后的图像质量。
本发明实施例的技术方案根据目标切向位移误差，对目标待修正扫描图像进行设定比例的缩放处理；根据目标径向位移误差，对目标待修正扫描图像进行设定距离的平移，根据不同实测机械结构运动状态下的实际采集角度，对各待修正扫描图像进行三维重建，实现了对图像的校正，达到了提高三维重建后的图像质量的效果。
实施例六
图6为本发明实施例六提供的一种X光机的参数标定装置的结构图。本发明实施例提供的X光机的参数标定装置可以应用于本发明实施例所述的X光机的参数标定系统中。如图6所示，所述装置包括：
标定扫描图像获取模块610，用于控制X光机旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，获取设定多个旋转位置处的标定扫描图像；
运动状态记录模块620，用于记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的机械结构运动状态；
误差参数标定模块630，用于根据不同设定旋转位置处，所述标准体模在所述标定扫描图像中的投影结果，对所述旋转臂不同机械结构运动状态下的误差参数进行标定；
动态修正矩阵生成模块640，用于根据所述误差参数的标定结果，以及所述旋转臂的机械结构运动状态，生成用于对所述X光机的实际扫描图像进行修正的动态修正矩阵。
本发明实施例提供的X光机的参数标定装置，通过控制X光机旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，根据标准体模在多个旋转位置处的标定扫描图像中的投影结果对旋转臂的不同机械结构运动状态下的误差参数进行标定，解决了传统的对系统结构参数进行标定的方法都是根据静态状态下系统参数与设计目标之间的差异而进行的标定，不能对系统运动产生的误差进行标定和校正的问题，实现了对X光机运动中产生的误差参数进行标定，为X光机的参数标定提供一种新的思路，通过利用误差参数标定结果对实际扫描图像进行校正，提高了三维重建后图像的质量。在上述各实施例的基础上，所述标准体模为球形体模，且所述标准体模沿直径方向上包括两个正交对准通孔。
相应的，所述X光机的参数标定装置还包括：投影位置确定模块，用于在控制X光机的旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，获取设定多个旋转位置处的标定扫描图像之前，确定所述X光机的X光光源在探测器中的投影位置位于所述探测器的中心，所述标准体模的球心位于所述X光机旋转臂的设计旋转中心上。
在上述各实施例的基础上，所述误差参数包括：
在所述旋转臂的不同机械结构运动状态下，旋转中心在旋转平面上的切向位移误差以及径向位移误差。
相应的，所述误差参数标定模块630具体用于：
获取与设定旋转位置i对应的目标标定扫描图像，以及目标机械结构运动状态，i∈[1,N]，N为所述旋转臂一个旋转扫描周期经过的设定旋转角度总数；
在所述目标标定扫描图像中，测量所述标准体模的投影直径，以及所述标准体模的投影中心与所述目标标定扫描图像的图像中心的位置差；
根据所述标准体模的投影直径，所述标准体模的实际直径，以及旋转臂的源板距离，计算目标机械结构运动状态下，旋转中心在旋转平面切向方向上的目标切向位移误差；
根据所述标准体模的投影直径，所述标准体模的实际直径，以及所述标准体模的投影中心与所述目标标定扫描图像的图像中心的位置差，计算目标机械结构运动状态下，旋转中心在旋转平面径向方向上的目标径向位移误差。
在上述各实施例的基础上，在所述标准体模的一个对准通孔上距球心等距离位置处各有一个垂直于所述两个对准通孔所在平面的标记通孔。
相应的，所述运动状态记录模块620还用于：在记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的机械结构运动状态的同时，记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的转动角度。
在上述各实施例的基础上，所述误差参数包括：在所述旋转臂的不同机械结构运动状态下的采集角度；
相应的，所述误差参数标定模块630具体用于：
获取与设定旋转位置i对应的目标标定扫描图像，目标机械结构运动状态，所述旋转臂的目标转动角度，i∈[1,N]，N为所述旋转臂一个旋转扫描周期经过的设定旋转角度总数；
在所述目标标定扫描图像中，测量所述标准体模的投影直径，以及所述标准体模两个标记通孔之间的投影距离；
根据所述标准体模两个标记通孔之间的投影距离，所述目标转动角度以及所述标准体模的投影直径，计算目标机械结构运动状态下的目标采集角度。
在上述各实施例的基础上，所述动态修正矩阵生成模块640具体用于：
将各设定旋转位置处的机械结构运动状态组成机械结构矩阵S；
将各机械结构运动状态下的误差参数组成误差矩阵P；
对误差矩阵P进行奇异值分解，得到P＝EW，其中，W为权值矩阵，E为特征值矩阵；
构造E(WST(SST)-1)作为所述动态修正矩阵。
在上述各实施例的基础上，所述X光机的参数标定装置还包括：待修正扫描图像获取模块用于：在根据所述误差参数的标定结果，以及所述旋转臂的运动状态参数生成用于对所述X光机的扫描图像进行修正的动态修正矩阵之后，控制所述X光机旋转臂围绕被测对象进行旋转扫描，获取多个实际旋转位置处的待修正扫描图像；
实测机械结构运动状态记录模块，用于在根据所述误差参数的标定结果，以及所述旋转臂的运动状态参数生成用于对所述X光机的扫描图像进行修正的动态修正矩阵之后，记录不同实际旋转位置处，所述旋转臂的实测机械结构运动状态；
实际误差参数生产模块，用于在根据所述误差参数的标定结果，以及所述旋转臂的运动状态参数生成用于对所述X光机的扫描图像进行修正的动态修正矩阵之后，根据所述实测机械结构运动状态以及所述动态修正矩阵，生成与所述实测机械结构运动状态对应的实际误差参数；
待修正扫描图像修正模块，用于在根据所述误差参数的标定结果，以及所述旋转臂的运动状态参数生成用于对所述X光机的扫描图像进行修正的动态修正矩阵之后，根据所述实际误差参数，对所述待修正扫描图像进行图像修正。
在上述各实施例的基础上，所述实际误差参数包括：在所述旋转臂的实测机械结构运动状态下，旋转中心在旋转平面上的实际切向位移误差以及实际径向位移误差；
所述实际误差参数生产模块具体用于：
获取与实际旋转位置j对应的目标待修正扫描图像，目标实际机械结构运动状态，j∈[1,M]，M为所述旋转臂一个旋转扫描周期经过的实际旋转角度总数；获取与目标实测机械结构运动状态对应的目标切向位移误差、目标径向位移误差；
根据所述目标切向位移误差，对所述目标待修正扫描图像进行设定比例的缩放处理；
根据所述目标径向位移误差，对所述目标待修正扫描图像进行设定距离的平移。
在上述各实施例的基础上，所述实际误差参数包括：在所述旋转臂的实测机械结构运动状态下的实际采集角度；
所述实际误差参数生产模块具体用于：
根据不同实测机械结构运动状态下的所述实际采集角度，对各所述待修正扫描图像进行三维重建。
本发明实施例所提供的X光机的参数标定装置可用于执行本发明任意实施例提供的X光机的参数标定方法，具备相应的功能模块，实现相同的有益效果。
实施例七
图7为本发明实施例七提供的一种X光机的参数标定系统的结构图。如图7所示，所述系统包括：
旋转臂710、相对设置于所述旋转臂之上的X光光源720以及探测器730、处理器740、图像采集器件750、运动状态采集部件760以及标准体模770。
所述旋转臂710，用于根据所述处理器发送的控制信号带动所述X光光源以及探测器围绕所述标准体模进行多个设定旋转角度的旋转。
所述X光光源720，用于向所述标准体模发送X光扫描信号。
所述探测器730，用于采集所述X光扫描信号在所述标准体模上的投影数据。所述探测器730优选为平板探测器。
所述图像采集器件750，用于根据所述探测器采集的投影数据，生成标定扫描图像。
所述运动状态采集部件760，用于获取所述旋转臂的机械结构运动状态。
所述处理器740，用于控制所述旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，获取设定多个旋转位置处的标定扫描图像；记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的机械结构运动状态；根据不同设定旋转位置处，所述标准体模在所述标定扫描图像中的投影结果，对所述旋转臂不同机械结构运动状态下的误差参数进行标定；根据所述误差参数的标定结果，以及所述旋转臂的机械结构运动状态，生成用于对所述X光机的实际扫描图像进行修正的动态修正矩阵。
可选的，所述标准体模770为球形体模，且所述标准体模770沿直径方向上包括两个正交对准通孔。
所述处理器740还用于：在控制X光机的旋转臂围绕标准体模770进行旋转扫描，获取不同旋转位置处的标定扫描图像之前，确定所述X光机的X光光源720在探测器730中的投影位置位于所述探测器730的中心，所述标准体模770的球心位于所述X光机旋转臂的设计旋转中心上。
可选的，在所述标准体模770的一个对准通孔上距球心等距离位置处各有一个垂直于所述两个对准通孔所在平面的标记通孔。
所述处理器740还用于：在记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的机械结构运动状态的同时，记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的转动角度。
图8为一种X光机的参数标定系统对应的标定方法的流程图，包括：
S810、初始对准。
初始对准为对准标准体模和X光光源中心与平板探测器的中心。
S820、曝光成像。
曝光成像即对标准体模进行旋转扫描。
S830、图像分析与标定。
对扫描获得的图像进行图像分析，计算误差参数。
S840、图像校正。
根据误差参数对图像进行校正，得到更加符合实际的高质量图像。
相应的，图9为一种X光机的参数标定系统的结构图，该X光机的参数标定系统包括：初始对准模块910，用于标准体模的初始对准；图像采集模块920，用于采集待扫描图像；系统标定模块930，用于标定系统的误差参数；图像校正模块940，用于根据误差参数进行扫描获得的图像的校正；人机交互模块950，用于人机交互。
本发明实施例提供的一种X光机的参数标定系统，通过控制X光机旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，根据标准体模在多个旋转位置处的标定扫描图像中的投影结果对旋转臂的不同机械结构运动状态下的误差参数进行标定，解决了传统的对系统结构参数进行标定的方法都是根据静态状态下系统参数与设计目标之间的差异而进行的标定，不能对系统运动产生的误差进行标定和校正的问题，实现了对X光机运动中产生的误差参数进行标定，为X光机的参数标定提供一种新的思路，通过利用误差参数标定结果对实际扫描图像进行校正，提高了三维重建后图像的质量。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种X光机的参数标定方法，其特征在于，包括：
确定X光机的X光光源在探测器中的投影位置位于探测器的中心，标准体模的球心位于所述X光机旋转臂的设计旋转中心上；所述标准体模为球形体模，且所述标准体模沿直径方向上包括两个正交对准通孔；
控制所述X光机旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，获取设定多个旋转位置处的标定扫描图像；
记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的机械结构运动状态；
根据不同设定旋转位置处，所述标准体模在所述标定扫描图像中的投影结果，对所述旋转臂不同机械结构运动状态下的误差参数进行标定；
根据所述误差参数的标定结果，以及所述旋转臂的机械结构运动状态，生成用于对所述X光机的实际扫描图像进行修正的动态修正矩阵。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述误差参数包括：
在所述旋转臂的不同机械结构运动状态下，旋转中心在旋转平面上的切向位移误差以及径向位移误差；
根据不同设定旋转位置处，所述标准体模在所述标定扫描图像中的投影结果，对所述旋转臂不同机械结构运动状态下产生的误差参数进行标定包括：
获取与设定旋转位置i对应的目标标定扫描图像，以及目标机械结构运动状态，i∈[1,N]，N为所述旋转臂一个旋转扫描周期经过的设定旋转角度总数；
在所述目标标定扫描图像中，测量所述标准体模的投影直径，以及所述标准体模的投影中心与所述目标标定扫描图像的图像中心的位置差；
根据所述标准体模的投影直径，所述标准体模的实际直径，以及旋转臂的源板距离，计算目标机械结构运动状态下，旋转中心在旋转平面切向方向上的目标切向位移误差；
根据所述标准体模的投影直径，所述标准体模的实际直径，以及所述标准体模的投影中心与所述目标标定扫描图像的图像中心的位置差，计算目标机械结构运动状态下，旋转中心在旋转平面径向方向上的目标径向位移误差。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述标准体模的一个对准通孔上距球心等距离位置处各有一个垂直于所述两个对准通孔所在平面的标记通孔；
在记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的机械结构运动状态的同时，还包括：记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的转动角度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述误差参数包括：在所述旋转臂的不同机械结构运动状态下的采集角度；
根据不同设定旋转位置处，所述标准体模在所述标定扫描图像中的投影结果，对所述旋转臂不同机械结构运动状态下产生的误差参数进行标定包括：
获取与设定旋转位置i对应的目标标定扫描图像，目标机械结构运动状态，所述旋转臂的目标转动角度，i∈[1,N]，N为所述旋转臂一个旋转扫描周期经过的设定旋转角度总数；
在所述目标标定扫描图像中，测量所述标准体模的投影直径，以及所述标准体模两个标记通孔之间的投影距离；
根据所述标准体模两个标记通孔之间的投影距离，所述目标转动角度以及所述标准体模的投影直径，计算目标机械结构运动状态下的目标采集角度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，根据所述误差参数的标定结果，以及所述旋转臂的机械结构运动状态，生成用于对所述X光机的扫描图像进行修正的动态修正矩阵包括：
将各设定旋转位置处的机械结构运动状态组成机械结构矩阵S；
将各机械结构运动状态下的误差参数组成误差矩阵P；
对误差矩阵P进行奇异值分解，得到P＝EW，其中，W为权值矩阵，E为特征值矩阵；
构造E(WST(SST)-1)作为所述动态修正矩阵。
6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，在根据所述误差参数的标定结果，以及所述旋转臂的运动状态参数生成用于对所述X光机的扫描图像进行修正的动态修正矩阵之后，还包括：
控制所述X光机旋转臂围绕被测对象进行旋转扫描，获取多个实际旋转位置处的待修正扫描图像；
记录不同实际旋转位置处，所述旋转臂的实测机械结构运动状态；
根据所述实测机械结构运动状态以及所述动态修正矩阵，生成与所述实测机械结构运动状态对应的实际误差参数；
根据所述实际误差参数，对所述待修正扫描图像进行图像修正。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述实际误差参数包括：在所述旋转臂的实测机械结构运动状态下，旋转中心在旋转平面上的实际切向位移误差以及实际径向位移误差；
根据所述实际误差参数，对所述待修正扫描图像进行图像修正包括：
获取与实际旋转位置j对应的目标待修正扫描图像，目标实际机械结构运动状态，j∈[1,M]，M为所述旋转臂一个旋转扫描周期经过的实际旋转角度总数；获取与目标实测机械结构运动状态对应的目标切向位移误差、目标径向位移误差；
根据所述目标切向位移误差，对所述目标待修正扫描图像进行设定比例的缩放处理；
根据所述目标径向位移误差，对所述目标待修正扫描图像进行设定距离的平移。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述实际误差参数包括：在所述旋转臂的实测机械结构运动状态下的实际采集角度；
根据所述实际误差参数，对所述待修正扫描图像进行图像修正包括：
根据不同实测机械结构运动状态下的所述实际采集角度，对各所述待修正扫描图像进行三维重建。
9.一种X光机的参数标定装置，其特征在于，包括：
投影位置确定模块，用于在控制X光机的旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，获取设定多个旋转位置处的标定扫描图像之前，确定所述X光机的X光光源在探测器中的投影位置位于所述探测器的中心，所述标准体模的球心位于所述X光机旋转臂的设计旋转中心上，所述标准体模为球形体模，且所述标准体模沿直径方向上包括两个正交对准通孔；
标定扫描图像获取模块，用于控制X光机旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，获取设定多个旋转位置处的标定扫描图像；
运动状态记录模块，用于记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的机械结构运动状态；
误差参数标定模块，用于根据不同设定旋转位置处，所述标准体模在所述标定扫描图像中的投影结果，对所述旋转臂不同机械结构运动状态下的误差参数进行标定；
动态修正矩阵生成模块，用于根据所述误差参数的标定结果，以及所述旋转臂的机械结构运动状态，生成用于对所述X光机的实际扫描图像进行修正的动态修正矩阵。
10.一种X光机的参数标定系统，其特征在于，包括：旋转臂、相对设置于所述旋转臂之上的X光光源以及探测器、处理器、图像采集器件、运动状态采集部件以及标准体模；
所述处理器用于：在控制X光机的旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，获取不同旋转位置处的标定扫描图像之前，确定所述X光机的X光光源在探测器中的投影位置位于所述探测器的中心，所述标准体模的球心位于所述X光机旋转臂的设计旋转中心上，所述标准体模为球形体模，且所述标准体模沿直径方向上包括两个正交对准通孔；
所述旋转臂，用于根据所述处理器发送的控制信号带动所述X光光源以及探测器围绕所述标准体模进行多个设定旋转角度的旋转；
所述X光光源，用于向所述标准体模发送X光扫描信号；
所述探测器，用于采集所述X光扫描信号在所述标准体模上的投影数据；
所述图像采集器件，用于根据所述探测器采集的投影数据，生成标定扫描图像；
所述运动状态采集部件，用于获取所述旋转臂的机械结构运动状态；
所述处理器，用于控制所述旋转臂围绕标准体模进行旋转扫描，获取设定多个旋转位置处的标定扫描图像；记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的机械结构运动状态；根据不同设定旋转位置处，所述标准体模在所述标定扫描图像中的投影结果，对所述旋转臂不同机械结构运动状态下的误差参数进行标定；根据所述误差参数的标定结果，以及所述旋转臂的机械结构运动状态，生成用于对所述X光机的实际扫描图像进行修正的动态修正矩阵。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，在所述标准体模的一个对准通孔上距球心等距离位置处各有一个垂直于所述两个对准通孔所在平面的标记通孔；
所述处理器还用于：在记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的机械结构运动状态的同时，记录不同设定旋转位置处，所述旋转臂的转动角度。
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