CN114252461B - 使用光学相机对x射线成像系统的定位 - Google Patents

使用光学相机对x射线成像系统的定位 Download PDF

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Abstract

本发明题为使用光学相机对X射线成像系统的定位。在一个实施方案中，本发明提供了一种用于包括光学相机的x射线检查系统的导航校准的方法。该方法采用新颖二维校准体模。校准体模可用于验证相机图像内的位置与x射线束轴之间的导航校准。校准体模可进一步用于识别和补偿不正确的导航校准。

Description

使用光学相机对X射线成像系统的定位
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年9月23日提交并且名称为“使用光学相机对X射线成像系统的定位(Positioning Of X-Ray Imaging System Using An Optical Camera)”的美国临时专利申请号63/082,178的权益，该美国临时专利申请的全文据此以引用方式并入本文。
背景技术
非破坏性测试(NDT)是一类可用于在不引起损坏的情况下检查目标的特性以确保被检查的目标的特性满足所需规格的分析技术。NDT在采用不易于从其周围环境(例如，管道或焊缝)移除的结构或者其中故障将是灾难性的行业中是有用的。出于该原因，NDT可用于许多行业，诸如航空航天、发电、油气输送或精炼。
放射线检验是采用x射线或γ射线来检查所制造的部件的内部结构以识别瑕疵或缺陷的NDT技术。然而，将从x射线源生成的x射线束准确地引导至目标上的期望位置以供检查可能是有挑战性的。
发明内容
为了解决这个问题，已经开发出包括光学相机的x射线测试系统。这些系统允许用户选择光学相机的视野内的位置，并且随后移动x射线源，使得由x射线源生成的x射线束的轴线位于所选择的目标位置处。
以这种方式成功定位x射线源需要知道光学相机的视野内的任何位置与x射线束轴之间的平面内偏移。这样的知识可通过校准程序获得。然而，现有x射线测试系统的校准可能易于出错。例如，现有x射线测试系统可采用单个参考标记进行校准。在仅使用单个参考点进行校准的情况下，可能难以识别何时发生校准误差。因此，校准误差可能未被检测到，从而损害x射线检查数据的准确性。
在一个实施方案中，提供了用于x射线检查系统的导航校准的方法。该方法可包括将校准体模安装在可移动台上。校准体模的第一表面可以是大致平面的，并且其可包括在其上示出的光学可见图案。该图案可包括不同大小的多个多边形，其中多个多边形中的第一多边形在多个多边形中的第二多边形内嵌入并居中。图案还可包括在校准体模的中心处的中心标记。图案还可包括在多个多边形中的一个多边形的顶点处的顶点标记。顶点标记的物理位置可从中心标记的物理位置偏移第一方向上的预定第一偏移距离和第二方向上的预定第二偏移距离。第一方向和第二方向可位于第一表面的平面中，并且它们可彼此正交。该方法还可包括在图形用户界面(GUI)内显示光学摄像机的视野的图像序列和覆盖在该图像序列上的十字准线。该方法可另外包括将可移动台移动到第一位置。校准体模可位于摄像机的视野内，使得十字准线中心与GUI内的中心标记对准。该方法可另外包括当可移动台位于第一位置处时确定校准比率，该校准比率被定义为图像序列内的每个像素的物理距离。该方法还可包括接收顶点标记的物理位置。该方法还可包括通过在第一方向上移动第一偏移距离并在第二方向上移动第二偏移距离来将可移动台从第一位置移动到第二位置。该方法可另外包括在第二位置处测量在GUI内的预定顶点标记的像素位置与GUI内的十字准线中心的像素位置之间在第一方向和第二方向上的相应第一像素差。该方法还可包括基于第一方向和第二方向上的第一像素差与阈值之间的比较来输出校准状态。
在另一个实施方案中，确定校准比率可包括接收第一多边形和第二多边形中的一者的预定边的物理长度，测量预定边在GUI内在其上延伸的像素数量，以及获取预定边的物理长度与所测量的像素数量的比率。
在另一个实施方案中，该方法还可包括当第一像素差各自小于或等于阈值时通告表示成功校准状态的第一通知。
在另一个实施方案中，当第一像素差各自小于或等于阈值时，摄像机的视野的光轴可与GUI内的十字准线的像素位置大致相交。
在另一个实施方案中，该方法还可包括从可移动台移除校准体模。该方法还可包括将目标对象安装到可移动台。该方法可另外包括移动可移动台，使得目标对象的至少一部分在摄像机的视野内。该方法还可包括在GUI内接收对在目标对象上的视野内的检查位置的用户选择。该方法还可包括测量在GUI内的检查位置的像素位置与GUI内的十字准线中心的像素位置之间在第一方向和第二方向上的相应第二像素差。该方法可另外包括基于第二像素差和校准比率来确定所选择的检查位置与摄像机的光轴之间在第一方向和第二方向上的第一物理偏移距离。该方法还可包括接收在摄像机的光轴与由邻近摄像机定位的x射线源发射的x射线束的束轴之间在第一方向和第二方向上的第二物理偏移距离。该方法还可包括基于第一物理偏移距离和第二物理偏移距离将可移动台移动到第三位置，其中x射线源的束轴在第三位置与目标对象上的所选择的检查位置相交。
在另一个实施方案中，该方法还可包括当第一像素差中的至少一者大于阈值时通告表示失败校准状态的第二通知。
在另一个实施方案中，当第一像素差中的至少一个大于阈值时，摄像机的视野的光轴不与GUI内的十字准线的像素位置相交。
在另一个实施方案中，该方法还可包括当第一像素差大于阈值时确定第一方向和第二方向上的相应校正因子，其中校正因子是十字准线中心的像素位置与顶点标记的像素位置之间在第一方向和第二方向上的相应第四像素差。
在另一个实施方案中，该方法还可包括从可移动台移除校准体模。该方法还可包括将目标对象安装到可移动台。该方法可另外包括将可移动台移动到一个位置，使得目标对象的至少一部分在摄像机的视野内。该方法还可包括在GUI内接收对在目标对象上的视野内的检查位置的用户选择。该方法还可包括测量在GUI内的检查位置的像素位置与GUI内的十字准线中心的像素位置之间在第一方向和第二方向上的相应第二像素差。该方法可另外包括基于第二像素差和校准比率来确定所选择的检查位置与摄像机的光轴之间在第一方向和第二方向上的第一物理偏移距离。该方法还可包括接收在摄像机的光轴与由邻近摄像机定位的x射线源发射的x射线束的束轴之间在第一方向和第二方向上的第二物理偏移距离。该方法还可包括在第一方向和第二方向上接收校正因子。该方法可另外包括基于第一物理偏移距离和第二物理偏移距离以及校正因子将可移动台移动到第三位置，其中x射线源的束轴的位置与目标对象上的所选择的位置相交。
在一个实施方案中，提供了包括非暂态机器可读介质的计算机程序产品。机器可读介质可存储指令，该指令在由至少一个可编程处理器执行时使得至少一个可编程处理器执行各种操作。操作可包括生成图形用户界面(GUI)，该图形用户界面包括光学摄像机的视野的图像序列和覆盖在该图像序列上的十字准线；输出GUI以用于显示；以及将可移动台移动到第一位置。校准体模可在摄像机的视野内，其中校准体模的第一表面可以是大致平面的并且包括在其上示出的光学可见图案。图案可包括多个不同尺寸的多边形。多个多边形中的第一多边形可在多个多边形中的第二多边形内嵌入并居中。图案还可包括在校准体模的中心处的中心标记。图案还可包括在多个多边形中的一个多边形的顶点处的顶点标记。顶点标记的物理位置可从中心标记的物理位置偏移第一方向上的预定第一偏移距离和第二方向上的预定第二偏移距离，并且第一方向和第二方向可位于第一表面的平面中并且可彼此正交。十字准线中心可在第一位置处与GUI内的中心标记对准。操作还可包括当可移动台位于第一位置处时确定校准比率，该校准比率被定义为图像序列内的每个像素的物理距离。操作可另外包括接收顶点标记的物理位置。操作还可包括通过在第一方向上移动第一偏移距离并在第二方向上移动第二偏移距离来将可移动台从第一位置移动到第二位置。操作还可包括在第二位置处测量GUI内的预定顶点标记的像素位置与GUI内的十字准线中心的像素位置之间的第一方向和第二方向上的相应第一像素差。操作可另外包括基于第一方向和第二方向上的第一像素差与阈值之间的比较来输出校准状态。
在另一个实施方案中，确定校准比率可包括接收第一多边形和第二多边形中的一者的预定边的物理长度，测量预定边在GUI内在其上延伸的像素数量，以及获取预定边的物理长度与所测量的像素数量的比率。
在另一个实施方案中，至少一个可编程处理器可被进一步配置为执行包括以下的操作：当第一像素差各自小于或等于阈值时通告表示成功校准状态的第一通知。
在另一个实施方案中，当第一像素差各自小于或等于阈值时，摄像机的视野的光轴可与GUI内的十字准线的像素位置大致相交。
在另一个实施方案中，至少一个可编程处理器可被进一步配置为执行包括以下的操作：在从可移动台移除校准体模并且将目标对象安装到可移动台之后移动可移动台。可移动台可移动到一个位置，使得目标对象的至少一部分在摄像机的视野内的位置。操作还可包括在GUI内接收对在目标对象上的视野内的检查位置的用户选择。操作可另外包括测量在GUI内的检查位置的像素位置与GUI内的十字准线中心的像素位置之间在第一方向和第二方向上的相应第二像素差。操作还可包括基于第二像素差和校准比率来确定所选择的检查位置与摄像机的光轴之间在第一方向和第二方向上的第一物理偏移距离。操作还可包括接收在摄像机的光轴与由邻近摄像机定位的x射线源发射的x射线束的束轴之间在第一方向和第二方向上的第二物理偏移距离。操作还可包括基于第一物理偏移距离和第二物理偏移距离将可移动台移动到第三位置。x射线源的束轴可在第三位置与目标对象上的所选择的检查位置相交。
在另一个实施方案中，至少一个可编程处理器可被进一步配置为执行包括以下的操作：当第一像素差中的至少一个大于阈值时通告表示失败校准状态的第二通知。
在另一个实施方案中，当第一像素差中的至少一个大于阈值时，摄像机的视野的光轴不与GUI内的十字准线的像素位置相交。
在另一个实施方案中，至少一个可编程处理器可被进一步配置为执行包括以下的操作：当第一像素差大于阈值时，确定第一方向和第二方向上的相应校正因子。校正因子可以是在十字准线中心的像素位置和顶点标记的像素位置之间在第一方向和第二方向上的相应第四像素差。
在另一个实施方案中，至少一个可编程处理器可被进一步配置为执行包括以下的操作：在从可移动台移除校准体模并且将目标对象安装到可移动台之后移动可移动台。可移动台可移动到一个位置，使得目标对象的至少一部分在摄像机的视野内的位置。操作还可包括在GUI内接收对在目标对象上的视野内的检查位置的用户选择。操作可另外包括测量在GUI内的检查位置的像素位置与GUI内的十字准线中心的像素位置之间在第一方向和第二方向上的相应第二像素差。操作还可包括基于第二像素差和校准比率来确定所选择的检查位置与摄像机的光轴之间在第一方向和第二方向上的第一物理偏移距离。操作还可包括接收在摄像机的光轴与由邻近摄像机定位的x射线源发射的x射线束的束轴之间在第一方向和第二方向上的第二物理偏移距离。操作可另外包括在第一方向和第二方向上接收校正因子。操作还可包括基于第一物理偏移距离和第二物理偏移距离以及校正因子将可移动台移动到第三位置。x射线源的束轴的位置可与目标对象上的所选择的位置相交。
附图说明
根据以下结合附图的详细描述，将更容易理解这些和其他特征，其中：
图1A是示出x射线检查系统的一个示例性实施方案的示意图，该x射线检查系统包括x射线测试子系统、视频子系统以及被配置为在其间移动的可移动台；
图1B是示出图1的x射线检查系统的一部分的示意图的透视图；
图1C是图1A的x射线检查系统的透视图；
图2是示出用于验证图1的x射线检查系统的导航校准的状态的方法的一个示例性实施方案的流程图；
图3是示出用于校准可移动台在摄像机和x射线源之间的导航的校准体模的示意图；
图4是示出在包括十字准线的图形用户界面(GUI)内的图2的校准体模的图像的示意图；
图5是示出在导航校准操作期间通过移动台移动校准体模之后GUI十字准线的相对位置的示意图；十字准线与校准体模上示出的多个多边形中的一个多边形的所选择的顶点对准，指示移动台在导航校准子系统和检查系统之间的导航被正确校准；并且
图6是示出在导航校准操作期间通过移动台移动校准体模之后GUI十字准线的相对位置的示意图；十字准线与所选择的顶点不对准，指示需要补偿x射线检查系统的导航校准；
应注意，附图不一定按比例绘制。附图仅旨在描绘本文所公开的主题的典型方面，因此不应视为限制本公开的范围。
具体实施方式
x射线检查系统可用于检查结构的内部以识别从表面不明显的瑕疵。为了便于检查，已开发出包括光学相机的x射线测试系统。这些系统允许用户查看相机视野内的目标对象，选择目标对象上的位置，并且随后移动目标，使得由x射线源生成的x射线束与所选择的目标位置相交。为了准确地移动目标对象，需要校准以在相机图像内的距离和物理距离之间进行转换。然而，值得注意的是，目前开发的校准技术可采用单个参考标记。在仅使用单个参考点进行校准的情况下，可能难以识别何时发生校准误差。本发明的实施方案提供了采用新颖二维校准体模的改进的校准技术。校准体模可用于验证相机图像内的位置与x射线束轴之间的导航校准。校准体模可进一步用于识别和补偿不正确的导航校准。
本文在x射线检查系统的上下文中讨论了用于导航校准的系统和对应方法的实施方案。然而，应当理解，所公开的实施方案可用于其他系统的导航校准而不受限制。
图1A是示出x射线检查系统100的一个示例性实施方案的示意图，该x射线检查系统包括x射线测试子系统102、视频子系统104、被配置为在其间移动的可移动台106、以及控制器108。图1B是x射线检查系统100的示意性透视图。图1C是更详细地呈现图1A的x射线检查系统100的正面透视图的示意图。
x射线测试子系统102可包括x射线源110和与控制器108通信的x射线检测器112。响应于来自控制器108的命令，x射线源110可沿着x射线束轴114发射x射线束。x射线检测器112可测量作为位置的函数的入射x射线强度，并将该数据传输到控制器108。所采集的x射线检测数据可进一步通过与控制器108通信的显示装置显示在图形用户界面122内。
视频子系统104可包括光学摄像机116，该光学摄像机被配置为采集视野120内的图像序列以用于由显示设备在图形用户界面122内显示。在某些实施方案中，视野120可以是圆锥形的，从基部到顶点渐缩。基部可采取任何期望的形状(例如，圆形、正方形、矩形等)，并且可表示摄像机116的焦平面。摄像机116的光轴124可被取向成大致垂直于焦平面。GUI 122可进一步在光轴124的位置处覆盖十字准线。
x射线源110和摄像机116可彼此相邻地刚性安装。即，x射线源110和摄像机116可相对于彼此保持固定位置。因此，x射线束轴114和光轴124可大致彼此平行(例如，在z方向上延伸)。因此，x射线束轴114和光轴124在垂直于束轴114、124延伸的平面(例如，x-y平面)内彼此横向偏移x方向和y方向上的已知固定距离。
在某些实施方案中，x射线检查系统100可为五轴成像系统。即，可移动台106具有五个运动自由度。例如，可移动台106可在三个正交方向(x，y，z)上平移，以及围绕三条平移轴线中的两条平移轴线旋转(例如，围绕x轴和z轴旋转)。响应于来自控制器108的命令，可在五个方向中的一个或多个方向上以任何组合来执行可移动台106的移动。
在x射线检查期间，可能期望允许用户选择在目标对象上使用GUI 122内显示的光学图像执行X射线检查的位置。即，允许用户选择GUI 122内的目标对象上的感兴趣位置，并且作为响应，命令可移动台106从摄像机116的视野120移动目标对象，使得x射线束轴114与所选择的位置相交。然而，这样的定位需要导航校准以在GUI 122内的距离与物理距离之间进行转换，使得可由控制器108生成适当的命令并将其传输到可移动台106以实现移动。
x射线检查系统100的导航校准可使用新颖二维校准体模126来执行。如下文更详细地讨论，校准体模126可具有大致平面的表面，该表面包括在其上示出的光学可见图案130，其中图案130的所选择特征之间的物理距离是已知的。在设置模式下，图案130的数字图像可由摄像机116采集并且用于确定数字图像内每个像素的物理距离的校准比率。随后，校准比率可用于将校准体模126相对于光轴124(例如，GUI 122的十字准线)移动到目标位置。如果目标位置与光轴124对准，则导航校准可被认为是正确的或经验证的。然而，如果目标位置不与光轴124对准，则导航校准可被认为是不正确的或未验证的。在后一种情况下，可进一步确定校正因子以校正导航校准。
图2是示出用于x射线检查系统100的导航校准的方法200的一个示例性实施方案的流程图。如图所示，方法200包括操作202至220。然而，该方法的另选实施方案可包括更多或更少的操作，并且这些操作可以以与图2所示不同的顺序执行。
在操作202中，校准体模126被安装到可移动台106。图3是示出校准体模126的一个示例性实施方案的示意图。校准体模126可具有大致平面的表面，该表面包括其上示出的光学可见图案130。
图案130可包括具有不同大小的多个多边形300、指定校准体模126的中心的中心标记302、以及指定相应多边形顶点的一个或多个标记304。例如，多个多边形300可包括第一多边形300a和第二多边形300b。第一多边形300a可在第二多边形300b内嵌入并居中。出于说明的目的，第一多边形300a和第二多边形300b在图3中被示出为正方形。然而，应当理解，多个多边形可采取任何类型的多边形的形式而不受限制。
如图所示，多边形300的相应顶点标记304的物理位置从中心标记302的物理位置偏移。保持图1A所示的坐标系，校准体模126的表面位于x-y平面(第一正交方向和第二正交方向)内。因此，假设中心标记302物理地位于物理坐标X1，Y1处，则所示顶点304与中心标记302偏移物理距离dX1，dY1。即，顶点304的坐标为X1+dX1、Y1+dY1。
多边形300的尺寸(例如，边长)以及校准体模126的中心(中心标记302)与第一多边形300a和第二多边形300b的顶点中的每一者之间的物理距离是已知的。然而，在校准之前，GUI 122内的每个像素所表示的物理距离的校准比率是未知的。因此，可在操作204至210中确定校准比率。
在操作204中，可由摄像机116采集图像序列并将其输出到控制器108。控制器108可进一步生成GUI 122，该GUI包括覆盖在校准体模126的光学图像上的十字准线400。因此，如图4所示，GUI 122可包括摄像机116的视野120的图像序列(例如，校准体模126)和覆盖在图像序列上的十字准线400。控制器108可另外输出GUI 122(例如，输出到显示设备)以用于显示GUI 122。
在操作206中，可将可移动台106移动到第一位置。在第一位置处，十字准线400可与GUI 122内的中心标记302对准(例如，大致定位在该中心标记的顶部上)。物理位置X1、Y1可被记录为参考点。
在操作210中，可确定图像序列内每个像素的物理长度的校准比率。如上所述，校准体模126内的多个多边形中的每个多边形的物理尺寸是已知的。这些尺寸可经由用户输入提供给控制器108和/或从控制器108的存储器检索(例如，从配置文件读取)。因此，控制器108可接收所选择的多边形边306的物理尺寸。在GUI 122内，可测量多边形边306的物理长度在其上延伸的像素数量。例如，这样的测量可由用户采用图像分析工具来手动进行，或者由控制器108采用计算机视觉算法来进行。随后可根据所接收的所选择的多边形边306的物理尺寸(例如，长度)与所测量的像素数量的比率来确定校准比率。
可能期望检查可移动台106将校准体模126移动到GUI 122内的所选择的位置的能力。一般来讲，如果可移动台106可将校准体模126移动到GUI 122内的所选择的位置，则导航校准可被认为是成功的。然而，如果可移动台106不能将校准体模126移动到GUI 122内的所选择的位置，则导航校准可被认为是失败的并且需要进一步校正。在操作212至220中执行该检查。
在操作212中，可接收顶点标记304中的一个或多个顶点标记的物理位置。如上所述，多边形300的物理尺寸是已知的。即，在中心标记302与多边形300的顶点304中的每个顶点之间在x方向上的偏移距离dX1和y方向上的偏移距离dY1是已知的。因此，一旦建立了中心标记302的物理位置X1、Y1，每个顶点的物理位置就是已知的并且由X1+dX1、Y1+dY1给出。
在操作214中，用户可选择GUI 122内的顶点304中的一个顶点。响应于该选择，可移动台106可从第一位置(例如，其中中心标记302与十字准线400对准)移动到第二位置。可通过将可移动台106在第一方向上移动第一偏移距离(例如，dX1)并且在第二方向上移动第二偏移距离(例如，dY1)来采取第二位置。即，(例如，由控制器108)命令可移动台106移动，使得十字准线400与所选择的顶点304对准。
如果导航校准正确，则可实现该目标。然而，多种因素可导致校准误差。示例可包括但不限于摄像机116从其安装位置的移动、可移动台的移动误差等。
因此，可在操作216中执行检查，以确定十字准线400是否与第二位置中的所选择的顶点304对准。例如，当可移动台106位于第二位置处时，在十字准线400的中心的像素位置和顶点304的像素位置之间在第一方向和第二方向(例如，校准体模126的平面中的正交方向，x方向和y方向)上的像素差可由控制器108在GUI 122内测量。
在操作220中，可由控制器108基于第一方向和第二方向上的第一像素差与阈值之间的比较来输出校准状态。阈值可由用户输入并由控制器108接收或由控制器108从配置文件中检索。在另外的实施方案中，校准状态可由显示设备接收以供用户查看。
当第一像素差各自小于或等于阈值时，可通告表示经验证的或成功的校准的第一通知。通告可采取GUI 122内的显示(例如，字母数字文本、符号等)、声音、一个或多个灯的激活以及它们的组合中的一者或多者的形式。在这些情况下，摄像机116的视野120的光轴124与GUI 122内的十字准线400的像素位置大致相交。这种情况在图5中示出。
校准体模126还可包括位于第一外表面下方的第二图案。该第二图案可与第一图案大致相同，不同的是其在x射线中可见但不是光学可见的。如上所述，x射线检测器112可被进一步配置为输出一系列图像，这些图像表征作为检测器平面内的位置的函数而接收的x射线辐射的强度。因此，当校准体模定位在x射线束的视野内时，可以在GUI 122内显示第二图案的图像。当在GUI 122内显示x射线图像时，十字准线400可与x射线束轴114对准。为了确定x射线束的物理位置，可移动台106可被移动，使得第二校准图案的中心标记与十字准线400对准。该位置可作为参考记录为X2、Y2。
一旦验证了导航校准，就可将其用于检查目标对象。例如，可从可移动台106移除校准体模126，并且可将目标对象安装到可移动台106。可进一步调整可移动台106的位置，使得目标对象的至少一部分在摄像机116的视野120内可见。一旦定位了目标对象，用户就可选择GUI 122内的目标对象上的检查位置。
响应于用户选择，控制器108可确定十字准线400与检查位置之间的物理距离。例如，可在检测位置的像素位置与十字准线400的中心之间在第一方向和第二方向上测量相应的第二像素差。在所选择的检查位置与相机的光轴(例如，十字准线400的中心)之间在第一方向和第二方向上的第一物理偏移距离可由第二像素差和校准比率来确定。
控制器108还可确定在摄像机116的光轴124与x射线束轴114之间在第一方向和第二方向上的第二物理偏移距离。如上所述，参考位置X1，Y1和X2，Y2可以使用校准体模126来建立。因此，第二物理偏移距离可由控制器108经由用户输入接收、从配置文件读取或直接从X1，Y1和X2，Y2计算。
可基于第一物理距离和第二物理距离命令可移动台106移动到第三位置。即，因为第一物理距离提供光轴124与检查位置之间的偏移，并且第二物理距离提供光轴124与x射线束轴114之间的偏移，根据第一物理距离和第二物理距离移动可移动台106导致x射线束轴114与检查位置对准(例如，相交)。
当第一像素差各自大于阈值时，可通告表示失败或不成功校准的第二通知。通告可采取GUI 122内的显示(例如，字母数字文本、符号等)、声音、灯的激活以及它们的组合中的一者或多者的形式。在这些情况下，摄像机116的视野120的光轴124不与GUI 122内的十字准线400的像素位置相交。这种情况在图6中示出。
如图6所示，与顶点304的坐标(其为dX1'，dX1’)相比，十字准线400的实际坐标700从中心标记302移位dX1'，dX1’。即，十字准线400的实际坐标700从顶点304的坐标移位ΔX1，ΔY1。
因此，当第一像素差值大于阈值时，可确定第一方向和第二方向(例如，ΔX1，ΔY1)上的校正因子。这些校正因子可以是在十字准线400的中心的像素位置和顶点标记304的像素位置之间在第一方向和第二方向上的第四像素差。
随后，校正因子可用于补偿定位误差。例如，当接收到移动到位置X1+dX1，Y1+dY1的命令时，控制器108将应用校正因子并将命令输出到可移动台106以移动到X1+dX1+ΔX1，Y1+dY1+ΔY1以进行补偿。
作为非限制性示例，本文所述的方法、系统和装置的示例性技术效果包括在目标对象的x射线检查期间改进的导航精度。本发明提供了导航校准，该导航校准允许用户选择目标的光学图像内的位置并且移动目标对象，使得x射线束的轴线与所选择的位置对准。导航校准可进一步识别校准误差并确定补偿校准误差的校正因子。
描述了某些示例性实施方案，以提供对本文所公开的系统、装置和方法的结构、功能、制造和使用的原理的全面理解。这些实施方案的一个或多个示例已在附图中示出。本领域技术人员将理解的是，本文中具体描述且在附图中示出的系统、装置和方法是非限制性的示例性实施方案，并且本发明的范围仅由权利要求限定。结合一个示例性实施方案示出或描述的特征可与其他实施方案的特征组合。此类修改和变型旨在包括在本发明的范围内。此外，在本公开中，实施方案的相似命名的部件通常具有类似的特征，因此在具体实施方案内，不一定完全阐述每个相似命名的部件的每个特征。
本文所述的主题可在模拟电子电路、数字电子电路和/或计算机软件、固件或硬件(包括本说明书中公开的结构装置和其结构等同物)或它们的组合中实现。本文所述的主题可被实现为一个或多个计算机程序产品，诸如有形地体现在信息载体中(例如，体现在机器可读存储装置中)、或体现在传播的信号中，以用于由数据处理设备(例如，可编程处理器、计算机或多台计算机)执行或控制该数据处理设备的操作的一个或多个计算机程序。计算机程序(也称为程序、软件、软件应用程序或代码)可以任何形式的编程语言(包括编译语言或解释语言)编写，并且它可以任何形式部署，包括作为独立程序或者作为模块、部件、子例程或适用于计算环境中的其他单元部署。计算机程序不一定对应于文件。程序可存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中，存储在专用于所考虑的程序的单个文件中，或者存储在多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码的部分的文件)中。计算机程序可被部署成在一台计算机上或在多台计算机上执行，该多台计算机位于一个站点处或跨多个站点分布并且由通信网络互连。
本说明书中所述的过程和逻辑流程，包括本文所述主题的方法步骤，可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以通过对输入数据进行操作并且生成输出来执行本文所述主题的功能。该过程和逻辑流程还可由专用逻辑电路(例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))来执行，并且本文所述主题的设备可被实现为专用逻辑电路(例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))。
以举例的方式，适于执行计算机程序的处理器包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来说，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器以及一个或多个用于存储指令和数据的存储器装置。一般来说，计算机还将包括一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)，或可操作地耦接以从一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)接收数据或者/并且将数据传送至一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)。适于体现计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，包括例如半导体存储器装置(例如，EPROM、EEPROM和闪存存储器装置)；磁盘(例如，内部硬盘或可移动磁盘)；磁光盘；以及光盘(例如，CD和DVD盘)。处理器和存储器可由专用逻辑电路补充或者并入专用逻辑电路中。
为了提供与用户的交互，本文所述的主题可在具有用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器)以及键盘和指向装置(例如，鼠标或跟踪球)的计算机上实现，用户可通过该键盘和指向装置向计算机提供输入。还可使用其他种类的装置来提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可为任何形式的感官反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)，并且可以任何形式接收来自用户的输入，包括声音、语音或触觉输入。
本文所述的技术可使用一个或多个模块来实现。如本文所用，术语“模块”是指计算软件、固件、硬件和/或它们的各种组合。然而，在最低程度上，模块不应被解释为未在硬件、固件上实现或记录在非暂态处理器可读存储介质上的软件(即，模块本身不为软件)。实际上，“模块”将被解释为始终包括至少一些物理的非暂态硬件，诸如处理器或计算机的一部分。两个不同的模块可共享相同的物理硬件(例如，两个不同的模块可使用相同的处理器和网络接口)。本文所述的模块可被组合、集成、分开和/或复制以支持各种应用。另外，代替在特定模块处执行的功能或除在特定模块处执行的功能之外，本文描述为在特定模块处执行的功能可在一个或多个其他模块处和/或由一个或多个其他装置执行。此外，模块可相对于彼此本地或远程地跨越多个装置和/或其他部件来实现。另外，模块可从一个装置移动并添加至另一个装置，以及/或者可包括在两个装置中。
本文所述的主题可在计算系统中实现，该计算系统包括后端部件(例如，数据服务器)、中间件部件(例如，应用程序服务器)或前端部件(例如，具有图形用户界面或网络浏览器的客户端计算机，用户可通过该图形用户界面或网络浏览器与本文所述主题的实施方式进行交互)，或此类后端部件、中间件部件和前端部件的任何组合。系统的部件可通过数字数据通信的任何形式或介质(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)，例如互联网。
在本文的说明书和权利要求中，短语诸如“至少一个”或“一个或多个”可在要素或特征的结合列表之后出现。术语“和/或”也可出现在两个或更多个要素或特征的列表中。除非在短语用于其中的上下文中另有暗示或与该上下文明确地矛盾，否则此类短语旨在表示单独地列出的要素或特征中的任一者或者所列举要素或特征中的任一者与其他列举的要素或特征中的任一者的组合。例如，短语“A和B中的至少一者”、“A和B中的一者或多者”以及“A和/或B”各自旨在表示“A单独、B单独、或A和B一起”。类似的解释也旨在用于包括三个或更多项目的列表。例如，短语“A、B和C中的至少一者”、“A、B和C中的一者或多者”以及“A、B和/或C”各自旨在表示“A单独、B单独、C单独、A和B一起、A和C一起、B和C一起、或A和B和C一起”。此外，上文和权利要求书中使用的术语“基于”旨在表示“至少部分地基于”，以使得未述及的特征或元件也是允许的。
如本文的说明书和所附权利要求书中通篇所用，“一个”、“一种”和“该”的含义包括复数指代，除非上下文另有明确规定。
如本文在整个说明书和权利要求书中所用的，近似语言可用于修饰任何定量表示，该定量表示可有所不同但不导致与其相关的基本功能的变化。“大约”、“基本上”、“约”和“大致”可包括在任一方向(大于或小于数值)上落在数值的1％范围内，或者在一些实施方案中落在数值的5％范围内，或者在一些实施方案中落在数值的10％范围内的数值，除非另有说明或从上下文中明显看出(除非这样的数值将不允许地超过可能值的100％)。因此，由一个或多个术语诸如“约”、“大约”、“基本上”和“大致”修饰的值不应限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度。在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制可组合和/或互换，除非上下文或语言另外指明，否则此类范围被识别并包括其中所包含的所有子范围。
基于上述实施方案，本领域技术人员将了解本发明的其他特征和优点。因此，除所附权利要求书所指示的以外，本申请不受已具体示出和描述的内容的限制。本文所引用的所有出版物和参考文献均明确地全文以引用方式并入。

Claims (18)

1.一种用于x射线检查系统的导航校准的方法，所述方法包括：
将校准体模安装在可移动台上，其中所述校准体模的第一表面为大致平面的并且包括其上示出的光学可见图案，所述图案包括：
不同大小的多个多边形，其中所述多个多边形中的第一多边形在所述多个多边形中的第二多边形内嵌入并居中；
在所述校准体模的中心处的中心标记；和
在所述多个多边形中的一个多边形的顶点处的顶点标记；
其中所述顶点标记的物理位置与所述中心标记的物理位置偏移第一方向上的预定第一偏移距离和第二方向上的预定第二偏移距离，并且其中所述第一方向和所述第二方向位于所述第一表面的所述平面中并且彼此正交；
生成图形用户界面GUI，所述GUI包括光学摄像机的视野的图像序列和覆盖在所述图像序列上的十字准线；
输出所述GUI以用于显示；
将所述可移动台移动到第一位置，其中所述校准体模位于所述摄像机的所述视野内，使得十字准线中心与所述GUI内的所述中心标记对准；
当所述可移动台位于所述第一位置处时确定校准比率，所述校准比率被定义为所述图像序列内的每个像素的物理距离；
接收所述顶点标记的所述物理位置；
通过在所述第一方向上移动所述第一偏移距离并在所述第二方向上移动所述第二偏移距离来将所述可移动台从所述第一位置移动到第二位置；
在所述第二位置处测量在所述GUI内的预定顶点标记的像素位置与所述GUI内的所述十字准线中心的像素位置之间在所述第一方向和所述第二方向上的相应第一像素差；以及
基于所述第一方向和所述第二方向上的所述第一像素差与阈值之间的比较来输出校准状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述校准比率包括：
接收所述第一多边形和所述第二多边形中的一者的预定边的物理长度；
测量所述预定边在所述GUI内在其上延伸的像素数量；以及
获取所述预定边的所述物理长度与所测量的像素数量的比率。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括当所述第一像素差各自小于或等于所述阈值时通告表示成功校准状态的第一通知。
4.根据权利要求1所述的方法，其中当所述第一像素差各自小于或等于所述阈值时，所述摄像机的所述视野的光轴与所述GUI内的所述十字准线的所述像素位置大致相交。
5.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括：
从所述可移动台移除所述校准体模；
将目标对象安装到所述可移动台；
移动所述可移动台，使得所述目标对象的至少一部分在所述摄像机的所述视野内；
在所述GUI内接收对在所述目标对象上的所述视野内的检查位置的用户选择；
测量在所述GUI内的所述检查位置的像素位置与所述GUI内的所述十字准线中心的像素位置之间在所述第一方向和所述第二方向上的相应第二像素差；
基于所述第二像素差和所述校准比率来确定所选择的检查位置与所述摄像机的所述光轴之间在所述第一方向和所述第二方向上的第一物理偏移距离；
接收在所述摄像机的所述光轴与由邻近所述摄像机定位的x射线源发射的x射线束的束轴之间在所述第一方向和所述第二方向上的第二物理偏移距离；以及
基于所述第一物理偏移距离和所述第二物理偏移距离将所述可移动台移动到第三位置，其中所述x射线源的所述束轴在所述第三位置与所述目标对象上的所选择的检查位置相交。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括当所述第一像素差中的至少一个大于所述阈值时通告表示失败校准状态的第二通知。
7.根据权利要求1所述的方法，其中当所述第一像素差中的至少一个大于所述阈值时，所述摄像机的所述视野的光轴不与所述GUI内的所述十字准线的所述像素位置相交。
8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括当所述第一像素差大于所述阈值时确定所述第一方向和所述第二方向上的相应校正因子，其中所述校正因子是所述十字准线中心的所述像素位置与所述顶点标记的所述像素位置之间在所述第一方向和所述第二方向上的相应第四像素差。
9.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：
从所述可移动台移除所述校准体模；
将目标对象安装到所述可移动台；
将所述可移动台移动到一个位置，使得所述目标对象的至少一部分在所述摄像机的所述视野内；
在所述GUI内接收对在所述目标对象上的所述视野内的检查位置的用户选择；
测量在所述GUI内的所述检查位置的像素位置与所述GUI内的所述十字准线中心的像素位置之间在所述第一方向和所述第二方向上的相应第二像素差；
基于所述第二像素差和所述校准比率来确定所选择的检查位置与所述摄像机的光轴之间在所述第一方向和所述第二方向上的第一物理偏移距离；
接收在所述摄像机的所述光轴与由邻近所述摄像机定位的x射线源发射的x射线束的束轴之间在所述第一方向和所述第二方向上的第二物理偏移距离；
在所述第一方向和所述第二方向上接收所述校正因子；
基于所述第一物理偏移距离和所述第二物理偏移距离以及所述校正因子将所述可移动台移动到第三位置，其中所述x射线源的所述束轴的所述位置与所述目标对象上的所选择的位置相交。
10.一种存储有指令的非暂态机器可读介质，所述指令在由至少一个可编程处理器执行时，使得所述至少一个可编程处理器执行操作，所述操作包括：
生成图形用户界面GUI，所述GUI包括光学摄像机的视野的图像序列和覆盖在所述图像序列上的十字准线；
输出所述GUI以用于显示；
将安装有校准体模的可移动台移动到第一位置，其中校准体模位于所述摄像机的所述视野内，其中所述校准体模的第一表面为大致平面的并且包括在其上示出的光学可见图案，所述图案包括：
不同大小的多个多边形，其中所述多个多边形中的第一多边形在所述多个多边形中的第二多边形内嵌入并居中；
在所述校准体模的中心处的中心标记；和
在所述多个多边形中的一个多边形的顶点处的顶点标记；
其中所述顶点标记的物理位置与所述中心标记的物理位置偏移第一方向上的预定第一偏移距离和第二方向上的预定第二偏移距离，并且其中所述第一方向和所述第二方向位于所述第一表面的所述平面中并且彼此正交；
其中所述十字准线中心在所述第一位置处与所述GUI内的所述中心标记对准；
当所述可移动台位于所述第一位置处时确定校准比率，所述校准比率被定义为所述图像序列内的每个像素的物理距离；
接收所述顶点标记的所述物理位置；
通过在所述第一方向上移动所述第一偏移距离并在所述第二方向上移动所述第二偏移距离来将所述可移动台从所述第一位置移动到第二位置；
在所述第二位置处测量在所述GUI内的预定顶点标记的像素位置与所述GUI内的所述十字准线中心的像素位置之间在所述第一方向和所述第二方向上的相应第一像素差；以及
基于所述第一方向和所述第二方向上的所述第一像素差与阈值之间的比较来输出校准状态。
11.根据权利要求10所述的机器可读介质，其中确定所述校准比率包括：
接收所述第一多边形和所述第二多边形中的一者的预定边的物理长度；
测量所述预定边在所述GUI内在其上延伸的像素数量；以及
获取所述预定边的所述物理长度与所测量的像素数量的比率。
12.根据权利要求10所述的机器可读介质，其中所述至少一个可编程处理器被进一步配置为执行包括以下项的操作：当所述第一像素差各自小于或等于所述阈值时通告表示成功校准状态的第一通知。
13.根据权利要求10所述的机器可读介质，其中当所述第一像素差各自小于或等于所述阈值时，所述摄像机的所述视野的光轴与所述GUI内的所述十字准线的所述像素位置大致相交。
14.根据权利要求13所述的机器可读介质，其中所述至少一个可编程处理器被进一步配置为执行包括以下项的操作：
在从所述可移动台移除校准体模并且将目标对象安装到所述可移动台之后移动所述可移动台，其中将所述可移动台移动到一个位置，使得所述目标对象的至少一部分在所述摄像机的所述视野内；
在所述GUI内接收对在所述目标对象上的所述视野内的检查位置的用户选择；
测量在所述GUI内的所述检查位置的像素位置与所述GUI内的所述十字准线中心的像素位置之间在所述第一方向和所述第二方向上的相应第二像素差；
基于所述第二像素差和所述校准比率来确定所选择的检查位置与所述摄像机的所述光轴之间在所述第一方向和所述第二方向上的第一物理偏移距离；
接收在所述摄像机的所述光轴与由邻近所述摄像机定位的x射线源发射的x射线束的束轴之间在所述第一方向和所述第二方向上的第二物理偏移距离；以及
基于所述第一物理偏移距离和所述第二物理偏移距离将所述可移动台移动到第三位置，其中所述x射线源的所述束轴在所述第三位置与所述目标对象上的所选择的检查位置相交。
15.根据权利要求10所述的机器可读介质，其中所述至少一个可编程处理器被进一步配置为执行包括以下项的操作：当所述第一像素差中的至少一个大于所述阈值时通告表示失败校准状态的第二通知。
16.根据权利要求10所述的机器可读介质，其中当所述第一像素差中的至少一个大于所述阈值时，所述摄像机的所述视野的光轴不与所述GUI内的所述十字准线的所述像素位置相交。
17.根据权利要求10所述的机器可读介质，其中所述至少一个可编程处理器被进一步配置为执行包括以下项的操作：当所述第一像素差大于所述阈值时确定所述第一方向和所述第二方向上的相应校正因子，其中所述校正因子是所述十字准线中心的所述像素位置与所述顶点标记的所述像素位置之间在所述第一方向和所述第二方向上的相应第四像素差。
18.根据权利要求17所述的机器可读介质，其中所述至少一个可编程处理器被进一步配置为执行包括以下项的操作：
在从所述可移动台移除所述校准体模并且将目标对象安装到所述可移动台之后移动所述可移动台，其中将所述可移动台移动到一个位置，使得所述目标对象的至少一部分在所述摄像机的所述视野内；
在所述GUI内接收对在所述目标对象上的所述视野内的检查位置的用户选择；
测量在所述GUI内的所述检查位置的像素位置与所述GUI内的所述十字准线中心的像素位置之间在所述第一方向和所述第二方向上的相应第二像素差；
基于所述第二像素差和所述校准比率来确定所选择的检查位置与所述摄像机的光轴之间在所述第一方向和所述第二方向上的第一物理偏移距离；
接收在所述摄像机的所述光轴与由邻近所述摄像机定位的x射线源发射的x射线束的束轴之间在所述第一方向和所述第二方向上的第二物理偏移距离；
在所述第一方向和所述第二方向上接收所述校正因子；
基于所述第一物理偏移距离和所述第二物理偏移距离以及所述校正因子将所述可移动台移动到第三位置，其中所述x射线源的所述束轴的所述位置与所述目标对象上的所选择的位置相交。
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