CN112748135B - 一种外部ct扫描模式下转台旋转中心标定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法及装置。其中，该方法包括：在外部CT扫描模式下，对预设的针状标定模体进行外部CT扫描，获得所述针状标定模体的质心点的正弦轨迹数据；基于正弦曲线霍夫变换方法对所述正弦轨迹数据进行拟合，获得相应的标定结果；根据所述标定结果确定旋转中心位置值。采用本发明公开的CT扫描模式下转台旋转中心标定方法，能够精确标定转台旋转中心位置，且具有优异的抗噪声性能，有效提高了外部CT检测效率。

Description

一种外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机应用技术领域，具体涉及一种外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法及装置，一种外部CT扫描模式下的断层成像方法及装置。另外，还涉及一种电子设备及非暂态计算机可读存储介质。

背景技术

CT(Computed Tomography，计算机断层成像)利用物体在不同视角下的投影信息，结合图像重建算法，可以清晰准确地显示物体内部的结构关系、材料组成和损伤程度。CT成像技术作为一种重要的无损检测手段，在航空航天、兵器科学、核能、汽车、特种设备、电子等领域有着广泛的应用，并发挥着越来越重要的作用。对于待检样品的外部CT成像，转台旋转中心的确定是非常关键的，其定位误差会造成CT图像上的伪影。

在现有技术中，标准扇束CT扫描模式下，射线源发出扇束射线后，线阵列探测器采集待检样品在每个旋转角度下的投影数据，最后根据经典的扇束FBP(Filtered BackProjection)重建算法能够得到虚线圆形区域范围内的断层图像。然而，当待检样品为大尺寸筒状样品时，待检样品的断层尺寸大于虚线圆形成像区域，并且待检样品感兴趣区域为外侧筒壁区域。此时，外部CT扫描模式便成为有效的解决方法。外部CT扫描模式下，旋转中心位置映射到线阵列探测器X轴上的坐标是重建算法所需的重要参数，断层图像重建精度极大地依赖于旋转中心位置的精确标定。然而，由于外部CT扫描模式获得的正弦图为单边截断的特征，投影数据没有穿过旋转中心，投影数据严重缺失，常规方法难以实现旋转中心位置的快速精确标定。因此，如何在外部CT扫描模式下快速、精确标定转台旋转中心位置成为本领域研究的重要课题。

发明内容

为此，本发明提供一种外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法，用以解决现有技术中无法在外部CT扫描模式下快速、精确标定转台旋转中心位置的缺陷。

本发明提供一种外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法，包括：

在外部CT扫描模式下，对预设的针状标定模体进行外部CT扫描，获得所述针状标定模体的质心点的正弦轨迹数据；

基于正弦曲线霍夫变换方法对所述正弦轨迹数据进行拟合，获得相应的标定结果；根据所述标定结果确定旋转中心位置值。

进一步的，所述基于正弦曲线霍夫变换方法对所述正弦轨迹数据进行拟合，获得相应的标定结果；根据所述标定结果确定旋转中心位置值，具体包括：

基于预设的粗霍夫空间坐标范围和粗霍夫变换的精度值对所述正弦轨迹数据进行粗霍夫变换，获得初始标定结果；

根据所述初始标定结果，确定精霍夫空间坐标范围和精霍夫变换的精度值，并进行精霍夫变换，获得目标标定结果；

根据所述目标标定结果确定旋转中心位置值。

进一步的，所述的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法，所述获得所述针状标定模体的质心点的正弦轨迹数据，具体包括：

通过对所述针状标定模体进行外部CT步进旋转扫描，获得相应的外部CT扫描数据；

采用自相关法从所述外部CT扫描数据中提取所述针状标定模体的质心点的正弦轨迹数据。

相应的，本发明还提供一种外部CT扫描模式下的断层成像方法，包括：

待检样品当旋转中心位置标定后，在当前CT扫描系统对应的扫描位置，对待检样品进行外部CT扫描；

根据预先确定的针状标定模体对应的旋转中心位置值，确定所述待检样品对应的旋转中心位置值；

将所述待检样品对应的旋转中心位置值输入到预设的重建模型中，得到所述待检样品的目标断层图像。

进一步的，所述外部CT扫描模式下的断层成像方法，还包括：在外部CT扫描时，射线源发出的扇束射线覆盖待检样品的外部目标区域，形成投影数据的单边截断，并且所述扇束射线未穿过样品载物台的旋转中心。

进一步的，所述待检样品的步进旋转角度为360度，对应的外部CT扫描步进角度取值范围为0.2度～0.5度；所述射线源的焦点到线阵列探测器的距离范围为800毫米～1500毫米；所述针状标定模体的材质为金属铝或钢，所述针状标定模体的直径范围为1～7毫米。

相应的，本发明还提供一种外部CT扫描模式下转台旋转中心标定装置，包括：

正弦轨迹数据获得单元，用于在外部CT扫描模式下，对预设的针状标定模体进行外部CT扫描，获得所述针状标定模体的质心点的正弦轨迹数据；

旋转中心位置标定单元，用于基于正弦曲线霍夫变换方法对所述正弦轨迹数据进行拟合，获得相应的标定结果；根据所述标定结果确定旋转中心位置值。

进一步的，所述旋转中心位置标定单元具体用于：

基于预设的粗霍夫空间坐标范围和粗霍夫变换的精度值对所述正弦轨迹数据进行粗霍夫变换，获得初始标定结果；

根据所述初始标定结果，确定精霍夫空间坐标范围和精霍夫变换的精度值，并进行精霍夫变换，获得目标标定结果；

根据所述目标标定结果确定旋转中心位置值。

进一步的，所述正弦轨迹数据获得单元，具体用于：

通过对所述针状标定模体进行外部CT步进旋转扫描，获得相应的外部CT扫描数据；

采用自相关法从所述外部CT扫描数据中提取所述针状标定模体的质心点的正弦轨迹数据。

相应的，本发明还提供一种外部CT扫描模式下的断层成像装置，包括：

系统扫描控制单元，用于当旋转中心位置标定后，在当前CT成像系统对应的扫描位置，对所述待检样品进行外部CT扫描；

旋转中心位置值确定单元，用于根据预先确定的针状标定模体对应的旋转中心位置值，确定所述待检样品对应的旋转中心位置值；

目标成像单元，用于将所述待检样品对应的旋转中心位置值输入到预设的重建模型中，得到所述待检样品的目标断层图像。

进一步的，所述外部CT扫描模式下的断层成像装置，还包括：设置单元，用于在外部CT成像系统扫描时，射线源发出的扇束射线覆盖待检样品的外部目标区域，形成投影数据的单边截断，并且所述扇束射线未穿过所述待检样品的转台旋转中心。

进一步的，所述待检样品的步进旋转角度为360度，对应的外部CT成像系统的扫描步进角度取值范围为0.2度～0.5度；所述射线源的焦点到线阵列探测器的距离范围为800毫米～1500毫米；所述针状标定模体的材质为金属铝或钢，所述针状标定模体的直径范围为1～7毫米。

相应的，本发明还提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任意一项所述的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法的步骤。

相应的，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法的步骤。

本发明提供的所述的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法，通过对针状标定模体进行外部CT扫描，获得针状标定模体质心点的正弦运动轨迹数据，并基于正弦曲线霍夫变换原理对该正弦轨迹数据进行拟合，能够实现CT系统转台旋转中心位置的高效准确标定。其具有优异的抗噪声性能，实现过程无需对CT成像系统进行硬件改造，可嵌入现有CT成像系统中作为辅助升级模块，有效提高了CT成像系统的检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法的流程示意图；

图2为本发明提供的标准扇束CT扫描模式原理图；

图3为本发明提供的扇束外部CT扫描模式原理图；

图4为本发明提供的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法中的霍夫空间坐标系示意图；

图5为本发明提供的外部CT扫描模式下的投影数据采集过程中待检样品质心点的运动轨迹示意图；

图6为本发明提供的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法中针状标定模体正弦曲线(左侧)及质心点正弦曲线(右侧)的示意图；

图7为本发明提供的灰度曲线示意图；

图8为本发明提供的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定装置的结构示意图；

图9为本发明提供的外部CT扫描模式下的断层成像方法的流程示意图；

图10为本发明提供的外部CT扫描模式下的扫描成像装置的结构示意图；

图11为本发明提供的电子设备的实体结构示意图。

其中：图2和3中，1为射线源、2为扇束射线、3为待检样品、4为标准扇束CT扫描模式旋转中心位置、5为线阵列探测器、6为标准扇束CT扫描模式重建区域、7为外部CT扫描模式旋转中心位置、8为两虚线圆包围的外部CT扫描模式重建区域、9为旋转中心位置映射到X轴上的坐标；图4中，10为霍夫空间、11为霍夫空间坐标系、12为霍夫空间单元格；图5中，13为待检样品上的质心点、14为CT系统的坐标系。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

标准扇束CT(Computed Tomography，计算机断层成像)扫描模式原理如图2所示。射线源1(点F)发出扇束射线2，待检样品3绕标准扇束CT扫描模式旋转中心位置4旋转一周，线阵列探测器5采集待检样品在360°旋转角度内每一步进角下的投影数据，最后根据经典的扇束FBP重建算法得到虚线圆形区域(即标准扇束CT扫描模式重建区域)范围内的断层图像。

然而，当待检样品为大尺寸筒状样品时，待检样品的断层尺寸大于r₁，并且待检样品感兴趣区域为外侧筒壁区域。此时，外部CT扫描模式便成为一种有效的解决方法。扇束外部CT扫描模式原理如图3所示，当进行外部CT扫描时，CT系统几何布局仍保持FAB不变。具体扫描过程如下：标准扇束CT扫描模式样品台旋转中心位置4平移到目标位置(外部CT扫描模式旋转中心位置)，物体旋转一周，实际线阵列探测器5采集得到样品外部区域投影数据。通过专用的外部CT重建算法可获得图3两虚线圆包围的环形区域(即外部CT扫描模式重建区域)范围内的断层图像。显然，与标准的扇束射线CT扫描相比，外部CT扫描模式的重建区域由圆形变为环形，重建区域明显扩大，更加适合大尺寸筒状构件的层析检测，并成为CT成像领域的一个重要研究内容。在外部CT重建算法中，外部CT扫描模式旋转中心位置7映射到线阵列探测器X轴上的坐标S₀是重建算法所需的重要参数。断层图像重建精度极大地依赖于转台旋转中心位置S₀的精确标定。然而，由于外部CT扫描模式获得的正弦图为单边截断的特征，投影数据没有穿过旋转中心，投影数据严重缺失，常规方法难以实现S₀的快速精确标定。本发明通过对针状标定模体进行外部CT扫描，获得标定模体质心点的正弦运动轨迹。并基于正弦曲线霍夫变换原理对该正弦轨迹进行拟合，能够实现CT系统转台旋转中心位置S₀的高效准确标定。

下面基于本发明所述的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法，对其实施例进行详细描述。如图1所示，其为本发明提供的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法的流程示意图，具体实现过程包括以下步骤：

步骤101：在外部CT扫描模式下，对预设的针状标定模体进行外部CT扫描，获得所述针状标定模体的质心点的正弦轨迹数据。

在具体实施过程中，可通过对所述针状标定模体进行外部CT步进旋转扫描，获得相应的步进旋转扫描数据；采用自相关法从所述步进旋转扫描数据提取所述针状标定模体的质心点的正弦轨迹数据。

步骤102：基于正弦曲线霍夫变换方法对正弦轨迹数据进行拟合，获得相应的标定结果；根据所述标定结果确定旋转中心位置值。

在具体实施过程中，可首先基于预设的粗霍夫空间坐标范围和粗霍夫变换的精度值对所述正弦轨迹数据进行粗霍夫变换，获得初始标定结果；然后根据所述初始标定结果，确定精霍夫空间坐标范围和精霍夫变换的精度值，并进行精霍夫变换，获得目标标定结果，并根据所述目标标定结果确定旋转中心位置值。

下面将结合附图和实施例对本发明做具体的详细说明。

假定一个周期为τ＝2π/ω的正弦曲线定义公式为：

y_h＝ρ₀·sin(ω·x_h+θ₀)+s₀ (1)

其中，正弦曲线的幅值、相位和基线深度分别为ρ₀、θ₀和s₀。所述ρ₀、θ₀和s₀是未知参数。霍夫变换的目的即为通过正弦曲线上序列点(x_h,y_h)拟合上述公式(1)。

在霍夫变换中，令u₀＝ρ₀·cos(θ₀)、v₀＝ρ₀·sin(θ₀)，将公式(1)进行等效转换以定义霍夫变换的点扩展函数映射等式(2)如下：

s₀＝y_h-u₀·sin(ω·x_h)-v₀·cos(ω·x_h) (2)

下面对霍夫变换原理进行阐释：霍夫空间坐标系11如图4所示，由于ρ₀和θ₀是待求解参数，可设置u∈[U_a,U_b]、v∈[V_a,V_b]以及s∈[S_a,S_b]定义霍夫空间10与霍夫空间坐标系11。霍夫空间10由一系列单元格12组成，每个单元格的边长分别为Δu、Δv及Δs。霍夫变换中，对于每一对{(u,v)|u∈{U_a,U_a+Δu,...,U_b},v∈{V_a,V_a+Δv,...,V_b}}，正弦曲线上每一个点(x_h,y_h)都将按照上述公式(2)映射到对应的霍夫空间单元格12(u,v,s)上。然后，该霍夫空间单元格12(u,v,s)的值加1。正弦曲线上具有相同幅值、初始相位和基线深度的点(x_h,y_h)可映射到霍夫空间10对应正确求解参数的单元格(u,v,s)上。因此可查找霍夫空间10中具有最大灰度值的目标单元格，该目标单元格对应的霍夫空间坐标u、v、s，即为待求解的正弦参数u₀、v₀、s₀，并且可以根据获得的目标单元格的长度Δu、Δv、Δs确定霍夫变换的精度值。

待检样品中质心点运动轨迹如图5所示。射线源1焦点为点F，线阵列探测器5左右边界点分别是A和B，O点是线阵列探测器5的中心，并且FO⊥AB。外部CT扫描过程中，射线源1和线阵列探测器5保持静止，样品台带动待检样品3绕旋转中心位置7进行360度旋转。FDD和FOD分别为从射线源的焦点到线阵列探测器5的距离以及从射线源1焦点到样品台旋转轴的距离。CT系统的坐标系14为XOY。旋转中心位置映射到X轴上的坐标9为S₀(即旋转中心位置参数)，S₀是至关重要的重建参数，在CT重建前需要对S₀进行精确标定。

正弦曲线霍夫变换为求解正弦曲线参数的基础。在CT扫描过程中，待检样品中质心点的运动轨迹是典型的正弦轨迹。该轨迹方程包括旋转中心位置参数S₀。因此，本发明的思路为：在外部CT扫描模式下找到一个质心点的正弦运动轨迹，通过正弦曲线霍夫变换方法拟合该正弦曲线方程，实现旋转中心位置的精确标定。

为了获取正弦曲线，对针状标定模体进行外部CT扫描。然后，通过自相关方法提取针状标定模体中质心点的正弦运动轨迹。外部CT扫描模式下，采集到的针状标定模体正弦图如图6左侧部分所示。采集投影幅数为N，探测器像元数目为H，因此正弦图的尺寸为N(宽)×H(高)。正弦图像中某一列的灰度曲线为p₁(h)，该列数据的对称中心为h₀。将灰度曲线进行翻转以生成新的曲线p₂(h)。p₁(h)和p₂(h)的灰度曲线如图7所示。因此可以得到如下公式(3)：

p₂(h)＝p₁(H-h)h∈[0 H] (3)

p₁与p₂间的互相关函数可以表示为如下公式(4)：

由于p₁(h)的对称中心为h₀，可以得到如下公式(5)和(6)：

p₁(h)＝p₁(2h₀-h) (5)

p₂(h+τ-H)＝p₁(2H-h-τ) (6)

由公式(5)和(6)，可以得到如下公式(7)：

p₂(h+τ-H)＝p₁(2h₀-2H+h+τ) (7)

将公式(7)带入到公式(4)，可以得到如下公式(8)：

上述公式(8)中，

是关于p₁(h)的自相关函数。根据自相关函数的特性，当

达到峰值时，2h₀-2H+τ＝0|_τ＝τ′随即得到h₀＝H-τ′/2。

因此可获得该列数据的对称中心h₀。对于投影正弦图中的每一列数据，可使用类似的方法来获取其对称中心h₀。采用同样的方法对正弦图中的所有列数据的对称中心进行提取，获得质心点的正弦曲线，如图6右侧部分所示。

如图5所示，待检样品中质心点P圆周运动的过程中，旋转中心坐标为C:(s₀,q₀)，运动轨迹半径为r₀，初始相位角为φ₀。旋转角度为θ时，P点的位置为P:(x,y)。P:(x,y)的坐标可以表示为公式(9)：

公式(9)中，q₀＝FDD-FOD，ω＝2π/N，N为投影幅数，当第t幅投影进行采集时，当前的旋转角度为θ＝ω·t。质心点位于CT系统中的放大比为M＝FDD/(FDD-y)。因此在旋转角度θ时P点的投影坐标为：

公式(10)中，(t,x_D)为正弦曲线上的点(图6中)，FDD、q₀以及ω是已知的参数，r₀、φ₀以及s₀是未知的参数。霍夫变换的目的即为通过正弦曲线上系列点(t,x_D)拟合公式(10)，进而计算得到s₀。

在霍夫变换中，可令u₀＝r₀·cos(φ₀)、v₀＝r₀·sin(φ₀)，并把u₀、v₀带入到公式(10)中，将公式(10)进行等效变换以定义霍夫变换点扩展函数的映射得到等式(11)。

根据正弦曲线霍夫变换原理，公式(11)将系列点(t,x_D)映射到霍夫空间单元格12(u,v,s)中，最终可得到霍夫空间中灰度值最大单元格的坐标以确定ρ₀、θ₀以及s₀。

在如图4所示的霍夫空间10中，Δu、Δv、Δs代表了霍夫变换的精度，当设置较大的Δu、Δv、Δs时，可以获得较高的计算效率但得到较低的计算精度。当设置较小的Δu、Δv以及Δs时，可以获得较高的计算精度，但此时计算负担以及计算时间也会增加。

为了平衡计算精度和计算时间之间的矛盾，本发明实施例提出了一种采用粗霍夫变换和精霍夫变换相结合的标定方法，实现对旋转中心位置的准确高效标定。

在粗霍夫变换中，u、v以及s的范围分别为[U_a,U_b]、[V_a,V_b]、[S_a,S_b]。在外部CT扫描中，探测器的宽度应足够大以覆盖待检样品的外部轮廓。较大的探测器宽度意味着更充足的投影数据，这对于提高重建图像质量至关重要。通常在真实的外部CT扫描中探测器宽度应保证H≥2r₀/3以提升重建图像质量。因此，可设置u∈[-3H/2,3H/2]、v∈[-3H/2,3H/2]、s∈[0,3H/2]，并设置粗霍夫变换的精度为Δu＝Δv＝Δs＝1.0进行标定，获得初始标定结果为(u′₀,v′₀,s′₀)，此时粗霍夫变换中旋转中心位置值s₀的求解精度为1.0。

在精霍夫变换中，可设置霍夫变换的精度为Δu＝Δv＝1.0、Δs＝0.5。u和v的范围保持u∈[-3H/2,3H/2]、v∈[-3H/2,3H/2]不变。根据粗霍夫变换标定结果，s的范围调整为s∈[-25×Δs+s′₀,25×Δs+s′₀]。最终通过精霍夫变换得到精确的标定结果(u₀,v₀,s₀)，进而确定旋转中心值s₀，此时精霍夫变换中旋转中心位置值s₀的求解精度为0.5。

旋转中心位置标定后，在当前CT扫描位置，对待检样品进行外部CT扫描，由于待检样品与针状标定模体的CT扫描位置相同，因此两次CT扫描具有相同的旋转中心位置值。因此将针对针状标定模体标定的旋转中心位置值s₀直接输入到预设的重建算法中即可重构出待检样品对应的CT图像。

通过以上分析可知，外部CT扫描旋转中心位置值s₀的完整标定流程至少包括如下步骤：

(1)预先启动CT扫描装置，并使针状标定模体旋转360°，实现针状标定模体的外部CT扫描。在外部扫描过程中，确定总的投影数目，也就是正弦图矩阵的宽度N，一般取值为720～1800。(2)采用自相关方法获得针状标定模体质心点的正弦轨迹。(3)预先设定粗霍夫空间坐标范围u∈[-3H/2,3H/2]、v∈[-3H/2,3H/2]、s∈[0,3H/2]。设定粗霍夫变换的精度为Δu＝Δv＝Δs＝1.0，进行粗霍夫变换获得初始标定结果(u′₀,v′₀,s′₀)。(4)根据粗霍夫变换结果，设定精霍夫空间坐标范围u∈[-3H/2,3H/2]、v∈[-3H/2,3H/2]、s∈[-25×Δs+s′₀,25×Δs+s′₀]。设定精霍夫变换的精度为Δu＝Δv＝1.0、Δs＝0.5，进行精霍夫变换获得标定结果(u₀,v₀,s₀)，进而确定旋转中心位置值s₀。(5)在当前CT扫描位置，对待检样品进行外部CT扫描，获得待检样品的投影正弦图。将计算得到的旋转中心位置值，即旋转中心位置参数s₀值输入到专用的重建算法中即可重构出图3中的筒状样品的CT图像。

在具体实施过程中，扫描装置参数可设置如下：射线源：管电压150kV，管电流150μA；线阵列探测器：探测器像元数目为478，像元尺寸为0.2mm；射线源的焦点与探测器的距离FDD为852mm，射线源的焦点距离旋转轴轴线的距离FOD为206.6mm；待检样品为有机玻璃构件，针状标定模体为直径为1.5mm的钢针；外部CT扫描步进角度为0.5度，共采集投影幅数N为720幅。

下面以有机玻璃样品作为待检样品为例进行说明：(1)将待检样品有机玻璃构件放置在系统扫描平台上，启动扫描平台旋转带动待检样品步进旋转360°，步进角为0.5°，共采集720组投影数据。将720个投影角度下探测器采集的投影数据合成一个二维矩阵，该合成图像即为原始外部CT扫描正弦图，正弦图尺寸为720(宽)×478(高)。(2)采用自相关方法获得针状标定模体质心点的正弦轨迹数据；(3)设定粗霍夫空间坐标范围[U_a,U_b]＝[-717,717]、[V_a,V_b]＝[-717,717]、[S_a,S_b]＝[0,717]，设定粗霍夫变换的精度为Δu＝Δv＝Δs＝1.0，进行粗霍夫变换，得到粗霍夫空间，霍夫空间单元格最大灰度值为253，最大灰度值单元格的坐标为(u,v,s)＝(-3,200,147)，因此粗霍夫变换得到的初始标定结果为(u₀′,v₀′,s₀′)＝(-3,200,147)；(4)根据粗霍夫变换结果，设定精霍夫空间坐标范围[U_a,U_b]＝[-717,717]、[V_a,V_b]＝[-717,717]、[S_a,S_b]＝[134.5,159.5]，设定精霍夫变换的精度为Δu＝Δv＝1.0、Δs＝0.5进行霍夫变换，得到精霍夫空间，霍夫空间单元格最大灰度值为247，最大灰度值单元格的坐标为(u,v,s)＝(-3,200,147)，因此得到旋转中心位置标定结果s₀＝147；(5)在当前CT扫描位置，对待检样品进行外部CT扫描，获得待检样品正弦图，并将计算得到的s₀＝147值输入到预设的重建算法中即可重构出被检有机玻璃样品的CT图像。

需要说明的是，本发明涉及的具体参数包括但不限于上述所列举的情形，在具体实施过程中，可按照实际需要进行设定，在此不做具体限定。

采用本发明所述的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法，通过对针状标定模体进行外部CT扫描，获得针状标定模体质心点的正弦运动轨迹数据，并基于正弦曲线霍夫变换原理对该正弦轨迹数据进行拟合，能够实现CT系统转台旋转中心位置的高效准确标定。其具有优异的抗噪声性能，实现过程无需对CT成像系统进行硬件改造，可嵌入现有CT成像系统中作为辅助升级模块，有效提高了CT成像系统的检测效率。

与上述提供的一种外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法相对应，本发明还提供一种外部CT扫描模式下转台旋转中心标定装置。由于该装置的实施例相似于上述方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处请参见上述方法实施例部分的说明即可，下面描述的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定装置的实施例仅是示意性的。请参考图8所示，其为本发明提供的一种外部CT扫描模式下转台旋转中心标定装置的结构示意图。

本发明所述的一种外部CT扫描模式下转台旋转中心标定装置具体包括如下部分：

正弦轨迹数据获得单元801，用于在外部CT扫描模式下，获得所述针状标定模体的质心点的正弦轨迹数据。

旋转中心位置标定单元802，用于基于正弦曲线霍夫变换方法对所述正弦轨迹数据进行拟合，获得相应的标定结果；根据所述标定结果确定旋转中心位置值。

采用本发明所述的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定装置，通过对针状标定模体进行外部CT扫描，获得针状标定模体质心点的正弦运动轨迹数据，并基于正弦曲线霍夫变换原理对该正弦轨迹数据进行拟合，能够实现CT系统转台旋转中心位置的高效准确标定。其具有优异的抗噪声性能，实现过程无需对CT成像系统进行硬件改造，可嵌入现有CT成像系统中作为辅助升级模块，有效提高了CT成像系统的检测效率。

与上述提供的一种外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法及装置相对应，本发明还提供一种外部CT扫描模式下的断层成像方法及装置。由于该成像方法及装置的实施例相似于上述方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处请参见上述方法实施例部分的说明即可，下面描述的外部CT扫描模式下的断层成像方法及装置的实施例仅是示意性的。请参考图9和10所示，其为本发明提供的一种外部CT扫描模式下的断层成像方法及装置的结构示意图。

本发明所述的一种外部CT扫描模式下的断层成像方法，具体包括如下步骤：

步骤901：当旋转中心位置标定后，在当前CT成像系统对应的扫描位置，对所述待检样品进行外部CT扫描。

步骤902：根据预先确定的针状标定模体对应的旋转中心位置值，确定所述待检样品对应的旋转中心位置值。

步骤902：将所述待检样品对应的旋转中心位置值输入到预设的重建模型中，得到所述待检样品的目标断层图像。

具体实施过程中，在外部CT成像系统扫描时，射线源发出的扇束射线覆盖待检样品的外部目标区域，形成投影数据的单边截断，并且所述扇束射线未穿过所述待检样品的转台旋转中心。具体的，所述待检样品的步进旋转角度可为360度，对应的外部CT成像系统的扫描步进角度取值范围为0.2度～0.5度；所述射线源的焦点到线阵列探测器的距离范围为800毫米～1500毫米，所述针状标定模体的材质为金属铝或钢，所述针状标定模体的直径范围为1～7毫米，在此不做具体限定。

本发明所述的一种外部CT扫描模式下的断层成像装置，具体包括如下部分：

系统扫描控制单元1001，用于当旋转中心位置标定后，在当前CT成像系统对应的扫描位置，对所述待检样品进行外部CT扫描。

旋转中心位置值确定单元1002，用于根据预先确定的针状标定模体对应的旋转中心位置值，确定所述待检样品对应的旋转中心位置值。

目标成像单元1003，用于将所述待检样品对应的旋转中心位置值输入到预设的重建模型中，得到所述待检样品的目标断层图像。

采用本发明所述的外部CT扫描模式下的断层成像方法及装置，能够通过预先标定转台旋转中心位置实现快速CT扫描成像，且具有优异的抗噪声性能，实现过程无需对CT成像系统进行硬件改造，可嵌入现有CT成像系统中作为辅助升级模块，有效提高了CT成像系统的扫描成像效率。

与上述提供的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法相对应，本发明还提供一种电子设备。由于该电子设备的实施例相似于上述方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处请参见上述方法实施例部分的说明即可，下面描述的电子设备仅是示意性的。如图11所示，其为本发明公开的一种电子设备的实体结构示意图。该电子设备可以包括：处理器(processor)1101、存储器(memory)1102、通信总线1103以及通信接口1104，其中，处理器1101，存储器1102通过通信总线1103完成相互间的通信，通过通信接口1104与外部设备实现通信。处理器1101可以调用存储器1102中的逻辑指令，以执行外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法，该方法包括：在外部CT扫描模式下，获得所述针状标定模体的质心点的正弦轨迹数据；基于正弦曲线霍夫变换方法对所述正弦轨迹数据进行拟合，获得相应的标定结果；根据所述标定结果确定旋转中心位置值。

此外，上述的存储器1102中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法，该方法包括：在外部CT扫描模式下，获得所述针状标定模体的质心点的正弦轨迹数据；基于正弦曲线霍夫变换方法对所述正弦轨迹数据进行拟合，获得相应的标定结果；根据所述标定结果确定旋转中心位置值。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法，该方法包括：在外部CT扫描模式下，获得所述针状标定模体的质心点的正弦轨迹数据；基于正弦曲线霍夫变换方法对所述正弦轨迹数据进行拟合，获得相应的标定结果；根据所述标定结果确定旋转中心位置值。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法，其特征在于，包括：

在外部CT扫描模式下，对预设的针状标定模体进行外部CT扫描，获得所述针状标定模体的质心点的正弦轨迹数据；所述获得所述针状标定模体的质心点的正弦轨迹数据，具体包括：通过对所述针状标定模体进行外部CT步进旋转扫描，获得相应的外部CT扫描数据；采用自相关法从所述外部CT扫描数据中提取所述针状标定模体的质心点的正弦轨迹数据；

基于正弦曲线霍夫变换方法对所述正弦轨迹数据进行拟合，获得相应的标定结果；根据所述标定结果确定旋转中心位置值；

所述基于正弦曲线霍夫变换方法对所述正弦轨迹数据进行拟合，获得相应的标定结果；根据所述标定结果确定旋转中心位置值，具体包括：基于预设的粗霍夫空间坐标范围和粗霍夫变换的精度值对所述正弦轨迹数据进行粗霍夫变换，获得初始标定结果；根据所述初始标定结果，确定精霍夫空间坐标范围和精霍夫变换的精度值，并进行精霍夫变换，获得目标标定结果；根据所述目标标定结果确定旋转中心位置值。

2.一种外部CT扫描模式下的断层成像方法，其特征在于，包括：

待检样品当旋转中心位置标定后，在当前CT扫描系统对应的扫描位置，对待检样品进行外部CT扫描；在外部CT扫描时，射线源发出的扇束射线覆盖所述待检样品的外部目标区域，形成投影数据的单边截断，并且所述扇束射线未穿过样品载物台的旋转中心；所述旋转中心位置标定采用的是权利要求1所述的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法；

根据预先确定的针状标定模体对应的旋转中心位置值，确定所述待检样品对应的旋转中心位置值；

将所述待检样品对应的旋转中心位置值输入到预设的重建模型中，得到所述待检样品的目标断层图像。

3.根据权利要求2所述的外部CT扫描模式下的断层成像方法，其特征在于，所述待检样品的步进旋转角度为360度，对应的外部CT扫描步进角度取值范围为0.2度~0.5度；所述射线源的焦点到线阵列探测器的距离范围为800毫米~1500毫米；所述针状标定模体的材质为金属铝或钢，所述针状标定模体的直径范围为1~7毫米。

4.一种外部CT扫描模式下转台旋转中心标定装置，其特征在于，包括：

正弦轨迹数据获得单元，用于在外部CT扫描模式下，对预设的针状标定模体进行外部CT扫描，获得所述针状标定模体的质心点的正弦轨迹数据；所述正弦轨迹数据获得单元，具体用于：通过对所述针状标定模体进行外部CT步进旋转扫描，获得相应的外部CT扫描数据；采用自相关法从所述外部CT扫描数据中提取所述针状标定模体的质心点的正弦轨迹数据；

旋转中心位置标定单元，用于基于正弦曲线霍夫变换方法对所述正弦轨迹数据进行拟合，获得相应的标定结果；根据所述标定结果确定旋转中心位置值；所述旋转中心位置标定单元具体用于：基于预设的粗霍夫空间坐标范围和粗霍夫变换的精度值对所述正弦轨迹数据进行粗霍夫变换，获得初始标定结果；根据所述初始标定结果，确定精霍夫空间坐标范围和精霍夫变换的精度值，并进行精霍夫变换，获得目标标定结果；根据所述目标标定结果确定旋转中心位置值。

5.一种外部CT扫描模式下的断层成像装置，其特征在于，包括：

系统扫描控制单元，用于当旋转中心位置标定后，在当前CT扫描位置，对待检样品进行外部CT扫描；设置单元，用于在外部CT成像系统扫描时，射线源发出的扇束射线覆盖待检样品的外部目标区域，形成投影数据的单边截断，并且所述扇束射线未穿过所述待检样品的转台旋转中心；所述旋转中心位置标定采用的是权利要求1所述的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法；

旋转中心位置值确定单元，用于根据预先确定的针状标定模体对应的旋转中心位置值，确定所述待检样品对应的旋转中心位置值；

目标成像单元，用于将所述待检样品对应的旋转中心位置值输入到预设的重建模型中，得到所述待检样品的目标断层图像。

6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1所述的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法的步骤。

7.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1所述的外部CT扫描模式下转台旋转中心标定方法的步骤。

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