CN108844977B - 一种剔除角度倾斜影响的工业ct系统空间分辨率测试方法及评价方法 - Google Patents

一种剔除角度倾斜影响的工业ct系统空间分辨率测试方法及评价方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108844977B
CN108844977B CN201810375996.2A CN201810375996A CN108844977B CN 108844977 B CN108844977 B CN 108844977B CN 201810375996 A CN201810375996 A CN 201810375996A CN 108844977 B CN108844977 B CN 108844977B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mtf
industrial
pixel
positioning
spatial resolution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810375996.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108844977A (zh
Inventor
齐子诚
倪培君
郭智敏
李红伟
郑颖
唐盛明
左欣
王晓艳
张荣繁
乔日东
张维国
付康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Weapon Science Academy Ningbo Branch
Original Assignee
China Weapon Science Academy Ningbo Branch
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Weapon Science Academy Ningbo Branch filed Critical China Weapon Science Academy Ningbo Branch
Priority to CN201810375996.2A priority Critical patent/CN108844977B/zh
Publication of CN108844977A publication Critical patent/CN108844977A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108844977B publication Critical patent/CN108844977B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/046—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using tomography, e.g. computed tomography [CT]

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

本发明涉及一种剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法，其特征在于：通过加工定位件或定位孔，截取中轴线两侧刃边数据，最后得到MTF曲线。本发明还涉及一种对剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法的评价方法，其特征在于：还包括以下任意一或任意多个步骤，采用MTF＝10％时的线对数；与圆盘法MTF比较；与线对卡法CTF比较；与圆盘法比较不同测试参数下MTF＝10％时的线对数；与线对卡法比较不同测试参数下MTF＝10％时的线对数。本发明剔除倾斜角度影响，测试模体易于加工，摆放要求低，降低噪声干扰，提高了工业CT系统空间分辨率测试的精度和稳定性，并能对测试方法进行评价。

Description

一种剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法及 评价方法
技术领域
本发明涉及工业CT系统性能测试技术领域，尤其涉及一种剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法及评价方法。
背景技术
空间分辨率作为图像细节性能参数，反映工业CT系统检测能力，常被用于工业CT系统验收、缺陷检出及尺寸测量结果精度分析。目前，空间分辨率性能测试主要为观察法、点扩散法、线扩散法和边界响应法等。观察法采用周期性结构(线对、圆孔、方孔等)模体作为试验对象，具有直接读取空间分辨率、直观方便等优点，但主观测量结果不准确，模体加工难度大、成本高，特别是对于微焦点工业CT系统，无法制造接近极限分辨率的标准试块；点扩散法采用直径接近焦点尺寸的针状模体，优点在于数据量少、处理简单，但同样存在高分辨率模体制造困难，噪声对测量结果干扰较为严重等缺点；线扩散法优点在于模体加工简单、数据处理简单，缺点在于模体摆位精度要求高、噪声影响大等；边界响应法模体制作简单，易于统一标准，可通过插值拟合降低噪声影响，缺点在于无法测量某一方向上的空间分辨率。
经过前期研究表明，工业CT图像上不同位置、方向上的空间分辨率有所不同，工程上应用较广的边界响应法，由于测试原理的限制，只能测试圆周方向上的平均空间分辨率，无法针对特定角度测量空间分辨率。因此，研究出一种能测量特定角度、抗干扰性强的空间分辨率测试方法具有十分重要的意义。
倾斜刃边法(斜刃法)作为线扩散法中的一种，广泛应用于电子静态图像相机分辨率测试的标准方法(ISO 12233)，为减少测量误差，其角度倾斜应小于5°，该方法应用于工业CT系统空间分辨率测试时存在以下问题：1、工业CT系统成像原理为采集模体周向X射线衰减信号，采用卷积反投影的方法重构模体内部形貌，这与电子静态图像成像原理有本质区别，采用小角度倾斜来实现过采样的方法效果有限；2、斜刃法测试结果对倾斜角度识别准确与否、图像噪声都非常敏感，微小的角度倾斜误差都会对边界提取造成很大的干扰。因此，有必要针对工业CT系统的特点研究相适应的线扩散法。基于以上现状，本发明设计易于加工且摆放要求低的空间分辨率测试模体，剔除角度倾斜对空间分辨率测试的影响，降低噪声干扰，实现对工业CT系统空间分辨率进行精确、稳定的测试，并对设计的测试方法进行评价。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种在工业CT系统中剔除角度倾斜影响，在任意角度和任意位置都能实现精确、可靠的空间分辨率测试方法。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法的评价方法，用于对剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法进行评价。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法，其特征在于：包括如下步骤
1)通过机械加工手段制造空间分辨率测试模体，该测试模体包括嵌在低密度材料中的两个形状规则的定位件和位于两个定位件之间的第一矩形块，两个所述定位件中心均与所述第一矩形块长边方向中轴线一致，或者所述测试模体包括第二矩形块，该第二矩形块长边中轴线两端设有两个形状规则的定位孔，两个所述定位孔中心均与所述第二矩形块长边方向中轴线一致，对所述测试模体进行CT扫描，获取所述测试模体截面的工业CT图像；
2)计算出两个所述定位件或所述两个定位孔的中心位置在图像上距离，单位是像素，根据两个定位件或两个定位孔真实距离计算工业CT图像的像素尺寸，单位是毫米每像素，将两中心相连计算出所述第一矩形块或所述第二矩形块的中轴线，截取该中轴线在所述第一矩形块或所述第二矩形块内的部分，以该部分中轴线为中心线，以所述第一矩形块或所述第二矩形块的短边长度为宽度，向两边选择一矩形区域，计算出该矩形区域内所有像素点到中轴线的距离；
3)将所述矩形区域内的像素按距离单位归组，分组距离单位的大小根据图像矩阵尺寸加以选择，同一个距离单位范围内像素为一组，取每组中像素的平均像素值，建立距离和平均像素值之间对应关系图；
4)设定一长度区域，该长度区域根据图像矩阵加以选择，在对应关系图中，从中轴线上作为起点像素，选中与该起点像素距离在所述长度区域内的像素进行最小二乘法线性拟合，取拟合后的中间点像素值替代该起点像素值，以此类推，将对应关系图中所有像素值进行拟合处理，得到平滑后的边缘响应函数(ERF)曲线；
5)对所述步骤4)得到的边缘响应函数(ERF)曲线，从中轴线上作为起点像素，选中与该起点像素距离在长度区域内的像素进行最小二乘法线性拟合，再进行前向求导，取求导后的中间点像素值替代该起点像素，以此类推，将对应关系图中所有像素值进行拟合处理，得到点扩散函数(PSF)曲线；
6)对所述步骤5)得到的点扩散函数(PSF)曲线进行傅立叶变换，取模以零频率处的幅值作为除数进行归一化处理，得到调制传递函数(MTF)曲线。
优选地，所述步骤1)中对所述测试模体进行CT扫描，扫描位置选取测试模体中间部位，获取包含刃边的工业CT图像，设该区域图像矩阵为w×w像素。
优选地，所述步骤2)包括如下步骤
a1)所述定位件或所述定位孔在工业CT图像上表现为定位区，在CT图像上选取两定位区所在区域，利用自动阈值分割方法提取出定位区的二值化图像b(i,j)，其中i为该二值化图像区域的横坐标，j为该二值化图像区域的纵坐标，设该二值化图像区域矩阵为m×n像素，计算定位区的中心位置(xc,yc)，
Figure GDA0002861668000000031
其中num为计算满足条件的i或j的数量，
根据公式计算出两个定位区的中心位置(xc1,yc1)、(xc2,yc2)，利用计量设备测量所述测试模体中两个定位区的中心位置的实际距离ht，单位是毫米，计算获得像素尺寸ps，单位是毫米每像素，
Figure GDA0002861668000000032
a2)连接两个定位区的中心位置(xc1,yc1)、(xc2,yc2)，获得第一矩形块或第二矩形块的中轴线，提取该中轴线上的灰度，设灰度值为lx，中轴线长度为p，对中轴线灰度值进行求导，在中轴线两侧各取一点离中轴线最近且导数为0点，分别设为a、b，
Figure GDA0002861668000000041
截取中轴线从a到b的一段latb，根据所述测试模体真实宽度k，单位是毫米，计算测试所需截取的图像宽度k′，单位是像素，
Figure GDA0002861668000000042
以latb为中心线，取两侧宽度为k′的矩形区域，设该矩形区域图像像素值为Y(x,y)，算出该矩形区域内所有像素点到中心线latb的距离r,0≤r≤k′。
优选地，所述步骤3)包括如下步骤
b1)利用所述步骤1)中的CT区域图像矩阵w×w像素，计算像素距离单位v，将矩形区域内像素按距离单位v归组，单位是像素，
Figure GDA0002861668000000043
b2)同一个距离单位范围内像素为一组，取每组中像素的平均像素值，建立距离和平均像素值之间对应关系图。
优选地，所述步骤4)具体包括
设定长度区域
Figure GDA0002861668000000044
在对应关系中图s(i),i∈[0,k′]，从距离中心线latb的距离r＝0开始，选中与该起点像素距离在长度t区域内的像素进行最小二乘法线性拟合，取拟合后的中间点像素值替代该起点像素，以此类推，将对应关系图中所有像素值进行拟合处理，得到平滑后的边缘响应函数(ERF)曲线。
优选地，所述步骤5)具体包括
对所述步骤4)得到的边缘响应函数(ERF)曲线，从距离中心线latb的距离r＝0开始，选中与该像素距离在长度t区域内的像素进行最小二乘法线性拟合，再进行前向求导，取求导后的中间点像素值替代该起点像素，以此类推，将对应关系图中所有像素值进行拟合处理，得到点扩散函数(PSF)曲线。
为了方便确定定位件或定位孔的中心位置，所述步骤1)中的所述定位件为定位圆柱或所述定位孔为定位圆孔。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种对上述剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法的评价方法，其采用任意一种上述的剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法，其特征在于：还包括以下步骤中的任意一个或任意多个，
7)对所述步骤6)得到的调制传递函数(MTF)曲线，采用MTF＝10％时的线对数对工业CT系统的临界空间分辨率进行评价；
8)对所述步骤6)得到的调制传递函数(MTF)曲线与ASTM E 1695中推荐的圆盘法获得的调制传递函数(MTF)曲线进行比较；
9)对所述步骤6)得到的调制传递函数(MTF)曲线进行公式变换后得到对比传递函数(CTF)曲线、并与ISO 15708标准中采用线对卡法获得的对比传递函数(CTF)曲线进行比较；
10)分别采用所述步骤1)～所述步骤6)和圆盘法，测量并比较不同摆放位置、不同微动次数和不同触发频率下MTF＝10％时对应的线对数；
11)分别采用所述步骤1)～所述步骤6)和线对卡法，测量并比较不同摆放位置、不同微动次数和不同触发频率下MTF＝10％时对应的线对数。
优选地，所述步骤7)包括如下步骤
c1)设MTF曲线为MTF(i)一维数组，数组长度为m，其对应的横坐标线对数为X(i)，
Figure GDA0002861668000000051
c2)取MTF曲线值为10％调制度时的线对数作为工业CT系统的临界空间分辨率，即X(i|MTF(i)＝10％)。
优选地，所述步骤9)中对所述步骤6)得到的调制传递函数(MTF)曲线进行公式变换后得到对比传递函数(CTF)曲线的步骤，具体包括
将所述步骤6)获得的调制传递函数(MTF)曲线值带入以下公式中，获得对比传递函数(CTF)曲线，
Figure GDA0002861668000000052
式中，m是MTF一维数组的长度；f表示空间分辨率频率。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明中的剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法，通过加工定位件或定位孔，利用图像处理的方法准确获得测试模体的中轴线，截取中轴线两侧刃边数据，利用像素点到中轴线的距离不同进行插值计算获得边缘响应函数(ERF)曲线，接着得到调制传递函数(MTF)曲线，与圆盘法相比本发明可以测得CT图像上不同方向的系统空间分辨率；不受传统倾斜刃边法倾斜角度应小于5°的限制，并且较传统倾斜刃边法增加了采样数量，减少了系统误差及随机误差，提高了工业CT系统空间分辨率测试的精度。
2、本发明中的对剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法的评价方法，通过采用MTF＝10％时的线对数对工业CT系统的临界空间分辨率进行评价；或/和对得到的调制传递函数(MTF)曲线与圆盘法获得的调制传递函数(MTF)曲线进行比较；或/和对得到的调制传递函数(MTF)曲线进行公式变换后得到对比传递函数(CTF)曲线，与线对卡法获得的对比传递函数(CTF)曲线进行比较；或/和采用上述测试方法和圆盘法，测量并比较不同摆放位置、不同微动次数和不同触发频率下MTF＝10％时对应的线对数；或/和分别采用上述测试方法和线对卡法，测量并比较不同摆放位置、不同微动次数和不同触发频率下MTF＝10％时对应的线对数，进行一种或多种方式的评价，评价结果更可靠。
附图说明
图1为本发明实施例的剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法的流程图；
图2(a)为测试模体制成形式之一(即将定位圆柱及第一矩形块嵌入亚克力等低密度材料中，定位圆柱中心与第一矩形块长边方向中轴线一致)；
图2(b)为另一种测试模体制成形式(即在第二矩形块长边中轴线两端加工定位圆孔)；
图3为本发明实施例的剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法的距离和平均像素值关系对应关系图；
图4为本发明实施例的剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法的平滑后的边缘响应函数(ERF)曲线示意图；
图5为本发明实施例的剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法的点扩散函数(PSF)曲线示意图；
图6为本发明实施例的剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法的调制传递函数(MTF)曲线示意图；
图7为本发明实施例的对剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法的评价方法流程图；
图8为本发明实施例的对剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法的评价方法中，二种测试方法(本发明实施例测试方法和圆盘法)得到的调制传递函数(MTF)曲线比较示意图；
图9为本发明实施例的对剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法的评价方法中，三种测试方法(本发明实施例测试方法，线对卡法和圆盘法)，得到的对比传递函数(CTF)曲线比较示意图；
图10为三种测试方法(本发明实施例测试方法、线对卡法和圆盘法)中，三种测试模体(本发明实施例的测试模体、线对卡和圆盘试块)分别沿切线方向摆放的CT扫描示意图；
图11为三种测试方法(本发明实施例测试方法、线对卡法和圆盘法)中，三种测试模体(线对卡、圆盘试块、本发明实施例的测试模体)分别沿法线方向摆放的CT扫描示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
现有MTF测试方法主要分为两类：1)利用简单MTF测试法(线对卡法)，此类方法对周期性结构(线对、圆孔、方孔等)测试卡进行CT扫描获得图像，根据最大和最小CT值的差值，计算最高可分辨对比度来确定极限空间分辨率，具有测试过程简单、结果直观、可测试不同方向角度的空间分辨率等优点，但是测试卡制作要求高，高分辨率CT系统(微纳CT等)无法制造出覆盖极限分辨率范围的测试卡，限制了它的应用范围；2)边界响应法，主要应用有圆盘法和刃边法，具有测试卡制作较简单，通过插值平均算法可有效地解决系统欠采样及噪声影响问题，可用于高分辨率系统测试等优点，ASTM E 1695和GB/T 29069均提出了圆盘法测试MTF的原理与具体操作流程，但是存在测试过程复杂，测试结果需要繁复的计算，并且由于CT成像平面上，沿直径方向与垂直直径方向的空间分辨率不一致，圆盘卡法无法分别测试。刃边法兼具简单MTF测试法和圆盘法的优点，测试卡制作简单通用性强、数据采集率高和不同方向角度的空间分辨率测试等优点，广泛应用于各类光电成像系统的MTF测试，在电子静态图像相机分辨率测试领域，已经被国际标准ISO 12233认定为标准测试方法。
本发明的剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法，流程如图1所示，包括如下步骤：
1、通过机械加工手段制造空间分辨率测试模体1，对测试模体1进行CT扫描，获取截面的工业CT图像。该测试模体1包括嵌在低密度材料11中的两个形状规则的定位件12和位于两个定位件12之间的第一矩形块13，两个定位件12中心均与第一矩形块13长边方向中轴线一致；或者测试模体1包括第二矩形块14，该第二矩形块14上设有两个形状规则、且分别位于第二矩形块14两端的定位孔15，两个定位孔15中心均与第二矩形块14长边方向中轴线一致。在本实施例中，测试模体1如图2(b)所示，定位孔15为定位圆孔，测试模体1包括第二矩形块14，该第二矩形块14上设有两个形状规则、且分别位于第二矩形块14长边方向中轴线两端的定位圆孔，该第二矩形块14选用304不锈钢制备。测试模体1也可以如图2(a)所示，定位件12为定位圆柱，即该测试模体1包括嵌在低密度材料11中的两个形状规则的定位圆柱和位于两个定位圆柱之间的第一矩形块13，定位圆柱和第一矩形块13选用304不锈钢制备，低密度材料可以为亚克力。将测试模体1的定位件12及第一矩形块13的长宽作为参考，或者将定位孔15及第二矩形块14的长宽作为参考，为加工的测试模体1进行标定，以实现像素尺寸标定，采用工业CT系统对测试模体1进行扫描，优选地，扫描位置选取测试模体1中间部位(图2(a)和图2(b))，获取包含刃边的工业CT图像，设该区域图像矩阵为w×w像素，最后在计算机上进行进一步的测试和分析。
2、计算出两个定位件12或两个定位孔15的中心位置在图像上距离(单位是像素)；根据两个定位件12或两个定位孔15真实距离计算工业CT图像的像素尺寸(单位是毫米每像素)，将两中心相连计算出第一矩形块13或第二矩形块14的中轴线，截取该中轴线在第一矩形块13或第二矩形块14内的部分，以该部分中轴线为中心线，以第一矩形块13或第二矩形块14的短边长度为宽度，向两边选择一矩形区域，计算出该矩形区域内所有像素点到中轴线的距离。
具体包括如下步骤：
a1、定位件12或定位孔15在工业CT图像上表现为定位区，在本实施例中，定位区表现为定位圆，在CT图像上选取两定位圆所在区域，利用自动阈值分割方法提取出定位圆的二值化图像b(i,j)，其中i为该二值化图像区域的横坐标，j为该二值化图像区域的纵坐标，设该二值化图像区域矩阵为m×n像素，计算定位圆的中心位置(xc,yc)，
Figure GDA0002861668000000091
其中num为计算满足条件的i或j的数量，
根据公式计算出两个定位圆的中心位置(xc1,yc1)、(xc2,yc2)，利用计量设备测量测试模体1中两个定位圆的中心位置的实际距离ht(单位是毫米)，计量设备可以为三坐标仪，计算获得像素尺寸ps(单位是毫米每像素)为
Figure GDA0002861668000000092
a2、连接两个定位圆的中心位置(xc1,yc1)、(xc2,yc2)，获得第一矩形块13或第二矩形块14的中轴线，提取该中轴线上的灰度，设灰度值为lx，中轴线长度为p，对中轴线灰度值进行求导，在中轴线两侧各取一点离中轴线最近且导数为0点，分别设为a、b，
Figure GDA0002861668000000093
截取中轴线从a到b的一段latb，根据测试模体1真实宽度k(单位是毫米)，计算测试所需截取的图像宽度k′(单位是像素)，
Figure GDA0002861668000000094
以latb为中心线，取两侧宽度为k′的矩形区域，设该区域图像像素值为Y(x,y)，
以第一矩形块13或第二矩形块14的短边长度为宽度，向两边选择一矩形区域，计算出该区域内所有像素点到中轴线的距离，算出该区域内所有像素点到中心线latb的距离r,0≤r≤k′。
设计测试模体1，通过定位区的中心位置定位获得中轴线，较现有刃边技术采用边界识别的方法测试模体1摆放角度识别精度更好，现有刃边法是通过识别出来的角度去计算相邻像素之间的插值位置，角度识别不准对插值位置影响很大。
3、将矩形区域内的像素按距离单位归组，分组距离单位的大小根据图像矩阵尺寸加以选择，同一个距离单位范围内像素为一组，取每组中像素的平均像素值，建立距离r和平均像素值之间对应关系图。
具体包括如下步骤：
b1、利用步骤1的CT区域图像矩阵为w×w像素，计算像素距离单位v，将矩形区域内像素按距离单位v(单位是像素)归组，
Figure GDA0002861668000000101
b2、同一个距离单位范围内像素为一组，取每组中像素的平均像素值，建立距离r和平均像素值之间对应关系图s，即原始的边缘响应函数(ERF)曲线，如图3所示。
4、设定一长度区域
Figure GDA0002861668000000102
该长度区域t根据图像矩阵加以选择，在对应关系图中s(i),i∈[0,k′]，从中轴线上作为起点像素，具体地，从距离中心线latb的距离r＝0开始，选中与该起点像素距离在长度区域t内的像素进行最小二乘法线性拟合，取拟合后的中间点像素值替代该起点像素值，以此类推，将对应关系图(图3)中所有像素值进行拟合处理，得到平滑后的边缘响应函数(ERF)曲线；该平滑后的边缘响应函数(ERF)曲线，即拟合后的边缘响应函数(ERF)曲线，具体参见图4。通过选取中轴线两边的数据根据距离不同进行插值拟合，较现有刃边技术增加了数据量，CT图像很大的问题在于噪声干扰，现有刃边法数据量较少，受噪声影响很大，测试结果不稳定。现有圆盘法数据量大，但是周向数据拟合，无法计算特定角度的空间分辨率。
5、对步骤4得到的边缘响应函数(ERF)曲线(图4)，从中轴线上作为起点像素，具体地，从距离中心线latb的距离r＝0开始，选中与该起点像素距离在长度区域t内的像素进行最小二乘法线性拟合，再进行前向求导，取求导后的中间点像素值替代该起点像素，以此类推，将对应关系图中所有像素值进行拟合处理，得到点扩散函数(PSF)曲线，图5即为该点扩散函数(PSF)曲线的示意图。
6、对步骤5得到的点扩散函数(PSF)曲线进行傅立叶变换，取模以零频率处的幅值作为除数进行归一化处理，得到调制传递函数(MTF)曲线，如图6所示，即为求得的MTF曲线。
此外，在上述测试方法的基础上，本发明还包括对上述剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法的评价方法，其采用上述剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法，还包括以下步骤中的任意一个或任意多个，在本实施例中，流程如图7所示，该评价方法包括以下全部步骤，
7、对所述步骤6得到的调制传递函数(MTF)曲线，采用MTF＝10％时的线对数对工业CT系统的临界空间分辨率进行评价，即MTF＝10％时，相对应的线对数为工业CT系统的空间分辨率。
具体包括如下步骤：
c1、设MTF曲线为MTF(i)一维数组，数组长度为m，其对应的横坐标线对数为X(i)，
Figure GDA0002861668000000111
c2、取MTF曲线值为10％调制度时的线对数作为工业CT系统的临界空间分辨率，即X(i|MTF(i)＝10％)。
8、对步骤6得到的调制传递函数(MTF)曲线与ASTM E 1695中推荐的圆盘法获得的调制传递函数(MTF)曲线进行比较。图8为触发频率8192，微动次数10次，圆盘试块与本发明实施例测试方法的测试模体1在相同位置下，本发明实施例测试方法与圆盘法的调制传递函数(MTF)曲线的比较结果。图8中，方块标注的是圆盘法得到的调制传递函数(MTF)曲线，圆点标注的是本发明实施例测试方法得到的调制传递函数(MTF)曲线。经比较，对步骤6得到的调制传递函数(MTF)曲线与ASTM E 1695中推荐的圆盘法获得的调制传递函数(MTF)曲线基本一致，即本发明实施例测试方法得到的结果与ASTM E 1695中推荐的圆盘法的结果相近。
9、对步骤6得到的调制传递函数(MTF)曲线进行公式变换后得到对比传递函数(CTF)曲线、并与ISO 15708标准中采用线对卡法获得的对比传递函数(CTF)曲线进行比较。
其中，步骤9中对步骤6得到的调制传递函数(MTF)曲线进行公式变换后得到对比传递函数(CTF)曲线的步骤，具体包括
将步骤6获得的调制传递函数(MTF)曲线值带入以下公式中，获得对比传递函数(CTF)曲线，
Figure GDA0002861668000000121
式中，m是MTF一维数组的长度；f表示空间分辨率频率。
对步骤6得到的调制传递函数(MTF)曲线进行公式变换后得到对比传递函数(CTF)曲线，与ISO 15708标准中采用线对卡法获得的对比传递函数(CTF)曲线基本一致，即本发明实施例测试方法得到的结果与ISO 15708标准中采用线对卡法获得的结果相近，比较结果参见图9。在本实施例中，还将圆盘法得到的MTF曲线进行同样的公式变化后得到对比传递函数(CTF)曲线，从而将三种测试方法(圆盘法、线对卡法和本发明实施例测试方法)均通过CTF曲线比较，参见图9。图9中，方块标注的是线对卡法得到的CTF曲线，圆点标注的是圆盘法得到的CTF曲线，三角形标注的是本发明实施例测试方法得到的CTF曲线。目前，工业CT系统空间分辨率测试方法主要采用线对卡法，缺陷在于测试结果为离散点，对于高空间分辨率无法加工与之对应的测试卡，通过本发明实施例测试方法可实现测量。
10、分别采用步骤1～步骤6和圆盘法，测量并比较不同摆放位置、不同微动次数和不同触发频率下MTF＝10％时对应的线对数。具体地，采用6MeV高能线阵工业CT系统将本发明实施例测试方法和圆盘法进行比较，采用不同摆放位置、不同微动次数、不同触发频率等不同检测参数进行验证比较。其中，不同摆放位置包括沿切向方向摆放(图10)和沿法线方向摆放(图11)，不同微动次数包括2，5和10，不同触发频率包括4096和8192。比较结果参见表1。表1结果表明，本发明实施例测试方法测试结果数值和趋势与圆盘法接近，即本发明实施例测试方法测试空间分辨率效果较好。
11、分别采用步骤1～步骤6和线对卡法，测量并比较不同摆放位置、不同微动次数和不同触发频率下MTF＝10％时对应的线对数。不同摆放位置包括沿切线方向摆放(图10)和沿法线方向摆放(图11)，不同微动次数包括5和10，不同触发频率包括4096和8192。比较结果参见表1，表1结果表明，本发明实施例测试方法测试结果数值和趋势与线对卡法接近，即本发明实施例测试方法测试空间分辨率效果较好。
表1
Figure GDA0002861668000000131

Claims (10)

1.一种剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法，其特征在于：包括如下步骤
1)通过机械加工手段制造空间分辨率测试模体(1)，该测试模体(1)包括嵌在低密度材料(11)中的两个形状规则的定位件(12)和位于两个定位件(12)之间的第一矩形块(13)，两个所述定位件(12)中心均与所述第一矩形块(13)长边方向中轴线一致；或者所述测试模体(1)包括第二矩形块(14)，该第二矩形块(14)长边中轴线两端设有两个形状规则的定位孔(15)，两个所述定位孔(15)中心均与所述第二矩形块(14)长边方向中轴线一致，对所述测试模体(1)进行CT扫描，获取所述测试模体(1)截面的工业CT图像；
2)计算出两个所述定位件(12)或两个所述定位孔(15)的中心位置在图像上距离，单位是像素，根据两个定位件(12)或两个定位孔(15)真实距离计算工业CT图像的像素尺寸，单位是毫米每像素，将两中心相连计算出所述第一矩形块(13)或所述第二矩形块(14)的中轴线，截取该中轴线在所述第一矩形块(13)或所述第二矩形块(14)内的部分，以该部分中轴线为中心线，以所述第一矩形块(13)或所述第二矩形块(14)的短边长度为宽度，向两边选择一矩形区域，计算出该矩形区域内所有像素点到中轴线的距离；
3)将所述矩形区域内的像素按距离单位归组，分组距离单位的大小根据图像矩阵尺寸加以选择，同一个距离单位范围内像素为一组，取每组中像素的平均像素值，建立距离和平均像素值之间对应关系图；
4)设定一长度区域，该长度区域根据图像矩阵加以选择，在对应关系图中，从中轴线上作为起点像素，选中与该起点像素距离在所述长度区域内的像素进行最小二乘法线性拟合，取拟合后的中间点像素值替代该起点像素值，以此类推，将对应关系图中所有像素值进行拟合处理，得到平滑后的边缘响应函数(ERF)曲线；
5)对所述步骤4)得到的边缘响应函数(ERF)曲线，从中轴线上作为起点像素，选中与该起点像素距离在长度区域内的像素进行最小二乘法线性拟合，再进行前向求导，取求导后的中间点像素值替代该起点像素，以此类推，将对应关系图中所有像素值进行拟合处理，得到点扩散函数(PSF)曲线；
6)对所述步骤5)得到的点扩散函数(PSF)曲线进行傅立叶变换，取模以零频率处的幅值作为除数进行归一化处理，得到调制传递函数(MTF)曲线。
2.根据权利要求1所述的剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法，其特征在于：所述步骤1)中对所述测试模体(1)进行CT扫描，扫描位置选取测试模体(1)中间部位，获取包含刃边的工业CT图像，设该区域图像矩阵为w×w像素。
3.根据权利要求1所述的剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法，其特征在于：所述步骤2)包括如下步骤
a1)所述定位件(12)或所述定位孔(15)在工业CT图像上表现为定位区，在CT图像上选取两定位区所在区域，利用自动阈值分割方法提取出定位区的二值化图像b(i,j)，其中i为该二值化图像区域的横坐标，j为该二值化图像区域的纵坐标，设该二值化图像区域矩阵为m×n像素，计算定位区的中心位置(xc,yc)，
Figure FDA0002861667990000021
其中num为计算满足条件的i或j的数量，
根据公式计算出两个定位区的中心位置(xc1,yc1)、(xc2,yc2)，利用计量设备测量所述测试模体(1)中两个定位区的中心位置的实际距离ht，单位是毫米，计算获得像素尺寸ps，单位是毫米每像素，
Figure FDA0002861667990000022
a2)连接两个定位区的中心位置(xc1,yc1)、(xc2,yc2)，获得第一矩形块(13)或第二矩形块(14)的中轴线，提取该中轴线上的灰度，设灰度值为lx，中轴线长度为p，对中轴线灰度值进行求导，在中轴线两侧各取一点离中轴线最近且导数为0点，分别设为a、b，
Figure FDA0002861667990000023
截取中轴线从a到b的一段latb，根据所述测试模体(1)真实宽度k，单位是毫米，计算测试所需截取的图像宽度k′，单位是像素，
Figure FDA0002861667990000031
以latb为中心线，取两侧宽度为k′的矩形区域，算出该矩形区域内所有像素点到中心线latb的距离r,0≤r≤k′。
4.根据权利要求2所述的剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法，其特征在于：所述步骤3)包括如下步骤
b1)利用所述步骤1)中的CT区域图像矩阵w×w像素，计算像素距离单位v，将矩形区域内像素按距离单位v归组，单位是像素，
Figure FDA0002861667990000032
b2)同一个距离单位范围内像素为一组，取每组中像素的平均像素值，建立距离和平均像素值之间对应关系图。
5.根据权利要求3所述的剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法，其特征在于：所述步骤4)具体包括
设定长度区域
Figure FDA0002861667990000033
在对应关系图中s(i),i∈[0,k′]，从距离中心线latb的距离r＝0开始，选中与该起点像素距离在长度区域t内的像素进行最小二乘法线性拟合，取拟合后的中间点像素值替代该起点像素，以此类推，将对应关系图中所有像素值进行拟合处理，得到平滑后的边缘响应函数(ERF)曲线。
6.根据权利要求3所述的剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法，其特征在于：所述步骤5)具体包括
对所述步骤4)得到的边缘响应函数(ERF)曲线，从距离中心线latb的距离r＝0开始，选中与该像素距离在长度区域t内的像素进行最小二乘法线性拟合，再进行前向求导，取求导后的中间点像素值替代该起点像素，以此类推，将对应关系图中所有像素值进行拟合处理，得到点扩散函数(PSF)曲线。
7.根据权利要求1所述的剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法，其特征在于：所述步骤1)中的所述定位件(12)为定位圆柱或所述定位孔(15)为定位圆孔。
8.一种对剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法的评价方法，采用权利要求1～7任意一种所述的剔除角度倾斜影响的工业CT系统空间分辨率测试方法，其特征在于：还包括以下步骤中的任意一个或任意多个，
7)对所述步骤6)得到的调制传递函数(MTF)曲线，采用MTF＝10％时的线对数对工业CT系统的临界空间分辨率进行评价；
8)对所述步骤6)得到的调制传递函数(MTF)曲线与ASTM E 1695中推荐的圆盘法获得的调制传递函数(MTF)曲线进行比较；
9)对所述步骤6)得到的调制传递函数(MTF)曲线进行公式变换后得到对比传递函数(CTF)曲线、并与ISO 15708标准中采用线对卡法获得的对比传递函数(CTF)曲线进行比较；
10)分别采用所述步骤1)～所述步骤6)和圆盘法，测量并比较不同摆放位置、不同微动次数和不同触发频率下MTF＝10％时对应的线对数；
11)分别采用所述步骤1)～所述步骤6)和线对卡法，测量并比较不同摆放位置、不同微动次数和不同触发频率下MTF＝10％时对应的线对数。
9.根据权利要求8所述的评价方法，其特征在于：所述步骤7)包括如下步骤
c1)设MTF曲线为MTF(i)一维数组，数组长度为m，其对应的横坐标线对数为X(i)，
Figure FDA0002861667990000041
c2)取MTF曲线值为10％调制度时的线对数作为工业CT系统的临界空间分辨率，即X(i|MTF(i)＝10％)。
10.根据权利要求8所述的评价方法，其特征在于：所述步骤9)中对所述步骤6)得到的调制传递函数(MTF)曲线进行公式变换后得到对比传递函数(CTF)曲线的步骤，具体包括
将所述步骤6)获得的调制传递函数(MTF)曲线值带入以下公式中，获得对比传递函数(CTF)曲线，
Figure FDA0002861667990000042
式中，m是MTF一维数组的长度；f表示空间分辨率频率。
CN201810375996.2A 2018-04-25 2018-04-25 一种剔除角度倾斜影响的工业ct系统空间分辨率测试方法及评价方法 Active CN108844977B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810375996.2A CN108844977B (zh) 2018-04-25 2018-04-25 一种剔除角度倾斜影响的工业ct系统空间分辨率测试方法及评价方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810375996.2A CN108844977B (zh) 2018-04-25 2018-04-25 一种剔除角度倾斜影响的工业ct系统空间分辨率测试方法及评价方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108844977A CN108844977A (zh) 2018-11-20
CN108844977B true CN108844977B (zh) 2021-04-20

Family

ID=64212117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810375996.2A Active CN108844977B (zh) 2018-04-25 2018-04-25 一种剔除角度倾斜影响的工业ct系统空间分辨率测试方法及评价方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108844977B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115375693B (zh) * 2022-10-27 2023-02-10 浙江托普云农科技股份有限公司 农业信息采集传感器探头缺陷检测方法、系统及装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102279141B (zh) * 2010-06-12 2013-05-01 中国民航科学技术研究院 用于检测ct型安全检查设备的测试箱
JP2013238421A (ja) * 2012-05-11 2013-11-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 構成元素分析方法
US9234742B2 (en) * 2013-05-01 2016-01-12 Faro Technologies, Inc. Method and apparatus for using gestures to control a laser tracker
FR3015162B1 (fr) * 2013-12-13 2017-11-03 Commissariat Energie Atomique Mire de resolution pour systeme d'imagerie a rayons x et procede de fabrication
JP6078756B2 (ja) * 2014-08-29 2017-02-15 一般社団法人日本検査機器工業会 マイクロフォーカスｘ線ｃｔ装置用の分解能評価試験片
CN105631839A (zh) * 2014-09-08 2016-06-01 西南科技大学 一种针对颗粒厚度的超分辨率测量方法
CN104849293A (zh) * 2015-05-13 2015-08-19 杨俊佼 一种高能谱空间分辨率样品台装置及其制备方法
CN105004742B (zh) * 2015-08-05 2018-04-20 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种像质计及应用该像质计的射线检测质量判定方法
CN106546610A (zh) * 2016-10-28 2017-03-29 中国计量科学研究院 空间分辨率的测试系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN108844977A (zh) 2018-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6504957B2 (en) Method and apparatus for image registration
US8526705B2 (en) Driven scanning alignment for complex shapes
CN103292701A (zh) 基于机器视觉的精密器件在线尺寸测量方法
WO2018120168A1 (zh) 一种视觉检测方法及系统
CN108844977B (zh) 一种剔除角度倾斜影响的工业ct系统空间分辨率测试方法及评价方法
CN108827197B (zh) 一种减少边缘退化影响的线阵工业ct均质材料尺寸测量方法
CN114648518A (zh) 一种基于内窥图像的孔内表面缺陷检测及测量方法
CN116258838B (zh) 一种用于管片模具合模系统的智能视觉引导方法
US5701179A (en) Method and system for measuring dimensions of an edge of a part
KR101865434B1 (ko) 조사될 대상물에 있는 구조의 위치를 x-선 컴퓨터 단층 촬영기로 결정하는 방법 및 평가 장치
GB2547318A (en) Systems and methods for estimating modulation transfer function in an optical system
CN113554688B (zh) 一种基于单目视觉的o型密封圈尺寸测量方法
CN114674244B (zh) 一种同轴正入射散斑偏折术测量方法和装置
CN113983951B (zh) 三维目标的测量方法、装置、影像仪及存储介质
CN112529869A (zh) 一种阀套节流方孔检测方法
CN112712554A (zh) 一种半透明朗伯体表面激光条纹中心线提取方法
CN112288743B (zh) 基于无约束光平面的汽车视觉检测误差评价方法与系统
CN114061480A (zh) 一种用于检测工件外形的方法
Jacobs et al. REPEATABILITY AND REPRODUCIBILTY STUDIES FOR STRUCTURED LIGHT SCANNING
Wang et al. Precision circular target location in vision coordinate measurement system
CN118328917B (zh) 一种带镀层的波纹管类零件几何尺寸自动化测量方法
Sun et al. A fast and robust detection algorithm for extraction of the centre of a structured light stripe
Zhu et al. Automatic indication recognition of dual pointer meter in thermo-hygrometer calibrator
CN115060747B (zh) 一种工业ct系统用x射线源的焦点尺寸定量方法
CN112381892B (zh) 无约束共心光束族的汽车视觉检测误差评价方法与系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant