CN1584931A - 对被检测对象多个深度层进行并行图像重建的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了能够对对象的多个深度层进行并行图像重建的系统和方法。更具体而言，提供了一种系统和方法，其中对对象捕获象素，并且处理这些象素以并行地重建对象的多个深度层的体素。在一个实施例中，一种重建处理器包括至少一个用于接收对象的射线照相图像的象素的输入端口，和至少一个用于接收与接收的象素相关的位置数据的输入端口。它还包括图像处理逻辑，可操作以至少部分地基于被接收象素的所接收的位置数据，来确定所述对象的第一层的第一体素和所述对象的第二层的第二体素，其中所述接收的象素对第一体素和第二体素有贡献，并且所述图像处理逻辑还可操作来并行地分别向所述第一体素和所述第二体素应用所述接收的象素的贡献。

Description

对被检测对象多个深度层进行并行图像重建的系统和方法
技术领域
本发明一般地涉及图像处理，更具体而言，本发明涉及射线断层照相系统和方法，用于对由诸如锥形束射线断层照相术之类的射线照相成像技术所获得的图像数据进行处理，以从其重建断面图像数据，其中这样的处理并行地重建被成像对象的多个深度层。
背景技术
从多个投影重建对象的断面图像的技术被广泛称为射线断层照相术。当这种断面图像的重建是在基于处理器的设备(或“计算机”)的辅助下进行的时候，该技术被广泛称为计算(或计算机)射线断层照相术。在典型的示例应用中，辐射源将X波长辐射穿过对象而投射到电子传感器(或“检测器”)阵列上。通过在对象、源和传感器阵列中的一个或多个之间提供相对运动，就获得了多个视图。于是通过对多个视图使用恰当的数学变换，可以近似得到穿过该对象的切片图像或该对象的三维(“3D”)图像。也就是说，可以重建对象的断面图像，并且在特定的应用中这些断面图像可以被复合形成该对象的完整3D图像。
射线断层照相术可能最为人所知的实际应用就是医学计算机射线断层照相扫描仪(CT扫描仪，也称为计算机辅助射线断层照相术或计算机轴向射线断层照相术(CAT))。例如，在医学应用中经常使用由射线照相(例如X射线)图像所重建的断面图像，以从X射线图像生成人体或人体器官的断面图像(和/或3D图像)。在这些应用中，断面图像的重建速度在传统上并不十分重要。然而，随着医学过程的不断发展，某些医学应用开始需要快速的断面图像重建。例如，诸如许多电生理学心脏过程、末梢血管过程、经皮冠状动脉腔内血管成形术(PTCA)过程、泌尿道过程和外科整形过程之类的医学过程，正日益希望得到实时X射线成像。
射线断层照相术对工业产品的自动检测也是有益的。例如，已经在检测诸如电子设备(例如印刷电路板组件)的所制造产品的质量控制检测系统中，使用了从射线照相(例如X射线)图像重建断面图像。也就是说，可以在自动检测系统中使用射线断层照相术，来重建被研究对象的一个或多个平面(这在此处可以被称为“深度层”或“断面”)，以评价该对象(或其部分)的质量。例如，印刷电路板组件(或其他被研究对象)可能包括要检测的多个感兴趣深度层。作为相对简单的例子，双面的印刷电路板组件在该板的两侧面上可能都包括焊点。因此，该电路板组件的布置有焊点的每个侧面可能包括该板的不同的深度层。此外，该电路板组件在其每个侧面上可能包括表面安装部分(例如焊料的球栅阵列)，因此导致该板上还可能有感兴趣的其他深度层。
被检测对象可以从各个不同视角(例如，通过以各个不同角度暴露到X射线下)来成像，这就产生了该对象的射线照相图像，并且这些射线照相图像可以被处理以重建该对象的深度层(或“切片”)的图像。也就是说，可以从X射线源以各个不同视角将X射线加到被检测对象上，而布置在该对象与X射线源相对一侧的检测器可以接收X射线并测量该对象的X射线透射性。这样的测量信息可以被射线照相成像设备作为数字信息输出(例如表示该对象的“象素”的数据)。这种射线照相图像数据(象素)可以被输入到图像重建器，该图像重建器使用该信息来重建被检测对象的断面图像。此后，获得的断面图像在某些检测系统中可以被逐层地显示，并且/或者这种断面图像可以用来重建被检测对象的完整3D直观显示。
从为被检测对象捕获的射线照相(例如X射线)图像来提供对该对象断面图像的重建的自动检测系统，已经不能提供快速得足以跟上高速生产线的质量分析。因为获得多个射线照相图像(例如各个不同角度下的图像)并计算出若干断面图像所要求的成本、速度和/或结构的缘故，许多射线断层照相术的传统方法(例如传统上用于不要求快速重建的医学应用的那些方法)不适合于生产环境。例如，印刷电路板装配线通常非常快速地移动。例如，在生产线上印刷电路板之间可能只间隔几秒种，因此，为了在生产环境中实现自动X射线检测系统，这样的检测系统必须非常快速。理想地，该检测过程作为生产过程的反馈控制系统的一部分是实时的。在一些生产环境中需要在一分钟或更短时间内验证上万个焊点的完整性。一般地，目前的自动X射线检测系统限制了生产线可以运行的速度，因此自动X射线检测系统目前主要用来检测相对专门化、高成本的板，这些板一般以相对较低的数量生产，其中生产线的速度并不是那么重要。当然，如果自动X射线检测系统能够足够快速地运行以跟上高产量的生产线，那么它们将有可能更广泛地使用。
在X射线吸收断层照相术中，许多成像技术都可以应用到断面切片的重建上。一种成像技术被称为X射线分层摄影法(laminography)。在X射线分层摄影法中，X射线源和检测器阵列相对于被观察的对象以协同方式移动，使得对象在所选焦平面外的部分在检测器阵列处产生模糊图像(例如参见美国专利No.4,926,452)。焦平面图像在模拟平均过程中重建。在标题为“Enhanced Thickness Calibration and Shading Correction forAutomatic X-Ray Inspection”的美国专利No.6,201,850中进一步描述了可以被用于电子检测的X射线分层摄影系统的例子。
另一种成像技术被称为层析X射线照相组合(tomosynthesis)。层析X射线照相组合是对其中获取多个投影(或视图)并进行复合的X射线分层摄影法的近似。随着视图数量的增加，所获得的复合图像通常接近对相同的几何构造使用X射线分层摄影法所获得的图像。层析X射线照相组合与上述X射线分层摄影技术的不同特征在于，在层析X射线照相组合中从不同方向(不同视角)获得的X射线图像可以被处理(例如以不同的空间移位进行叠加并且将它们的亮度平均)以产生多个断面。换句话说，一组X射线图像可以被用来获取被检测对象的多个断面(例如对象在不同高度的断面)。层析X射线照相组合可以作为模拟方法，例如通过多张曝光胶片的叠加来进行。或者层析X射线照相组合可以作为数字方法而进行。在数字层析X射线照相组合中，各个视图被划分成象素，并经由计算机软件进行数字化和复合。
三维(3D)计算射线断层照相术具有比X射线分层摄影法和层析X射线照相组合实现更精确的图像重建的潜力，但这是以速度(计算时间)为代价的。三维计算射线断层照相术一般要求许多投影，并且计算强度很大。3D计算机辅助射线断层照相术的一种方法是将具有圆锥形3D射线输出的X射线源放置在被观察对象的一侧，将二维(2D)阵列的检测器(例如电荷耦合器件(“CCD”))放置在被观察对象的另一侧，并且相对于该对象同步地移动源/阵列。有许多适合的扫描路径。对于任意对象的完全重建，扫描路径必须环绕该对象。例如，源可以绕着被观察对象移动，或者源可以沿着包围被观察对象的柱面以螺旋路径或其他路径移动。被称为锥形束射线断层照相术的该方法在许多重建3D图像的情况中都是优选的，并且因为其获得的图像质量，所以对电子组件分析(例如对电子组件分析)也可能是优选的。
J.Radon在1917年开发出从其投影重建对象的理论数学方法，基本的变换现在被称为雷登(Radon)变换。此后，研究者已经提出了锥形束重建的各种方法。例如参见：
A.K.Louis和F.Natterer，“Mathematical Problems of ComputerizedTomography，”Proceedings of the IEEE，Vol.71，No.3，pp 379-389(1983年3月)；
R.M.Lewitt，“Reconstruction Algorithms：Transform Methods，”Proceedings ofthe IEEE，Vol.71，No.3，pp 390-408(1983年3月)；
Y.Censor，“Finite Series-Expansion Reconstruction Methods，”Proceedings of the IEEE，Vol.71，No.3，pp 409-419(1983年3月)；
B.D.Smith，“Cone-beam tomography：recent advances and a tutorialreview，”Optical Engineering，Vol.29 No.5，pp 524-534(1990年5月)；和
C.Jacobson，“Fourier Methods in 3D-Reconstruction from Cone-BeamData，”博士论文，论文号427，Department of Electrical Engineering，LinkopingUniversity，Linkoping，Sweden(1996年)。
总的来说，上述方法中的每一个都涉及各种折衷，例如图像质量(近似性、噪声、模糊和假象(artifact))对获取所要求视图的计算时间和难度。
锥形束方法一般得到一组平面图像。一般使用某种矩形检测器阵列，其捕获分布在平面上而不是沿着单条线上的一组象素。在开发出锥形束方法之前，诸如公知的扇形束方法之类的成像技术只获取一维(“1D”)投影。通过使用检测器阵列的锥形束方法，可以捕获2D图像。捕获的2D图像可以比得上数字相机捕获的那些图像，在数字相机中为被成像的对象获取象素矩阵。于是可以处理捕获的2D图像来将它们复合(例如使用反投射(Back Projection)技术)，以重建被检测的3D对象(或其部分)。
诸如层析X射线照相组合或3D计算射线断层照相术之类的射线断层照相术技术，一般要求很多2D图像投影(以许多不同视角)，并且从这些2D图像数据重建3D图像一般计算强度很大。因此，在射线断层照相系统中可能要求不希望的大量数据存储容量，用来存储所得到的大量2D图像数据(象素)，并且处理2D图像数据以重建3D图像数据的效率也成了一个问题。
传统上用于检测的大多数射线照相成像系统都是模拟机器，例如用于上述X射线分层摄影技术的那些系统。如果不对这些模拟成像系统进行实质改进，它们很难获得高产量生产环境所需的图像处理速度。因此，诸如上述锥形束射线断层照相系统之类的基于数字的成像系统，开始在检测系统中使用。基于数字的成像系统一般生成大量的图像数据，这些图像数据被管理和处理以进行断面图像的重建。因此，需要一种合算的、能够以高效率方式从这种基于数字的成像系统来处理图像数据的技术。
发明内容
本发明针对于能够对被检测对象的多个深度层进行并行图像重建的系统和方法。更具体而言，提供了一种系统和方法，其中对对象(例如其区域)捕获图像数据(象素)，并且处理这些图像数据以并行地重建该对象多个深度层的断面图像。
根据本发明的一个实施例，提供了一种从对象的射线照相图像重建所述对象的断面图像的方法。所述方法包括在图像重建处理器处接收对象的射线照相图像的象素，所述图像重建处理器可以操作来处理所述被接收的象素以重建所述对象的断面图像，其中由所述图像重建处理器进行的所述处理不依赖于接收所述象素的顺序。所述方法还包括，对至少第一被接收的象素，所述图像重建处理器确定所述至少第一被接收的象素对其有贡献的多个体素，并且所述图像重建处理器并行地向所述多个体素应用所述至少第一被接收的象素的贡献。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种从对象的射线照相图像重建所述对象的断面图像的方法，其包括在图像重建处理器处接收对象的射线照相图像的至少一个象素。所述方法还包括在所述图像重建处理器处为所述至少一个象素接收相关的位置数据。所述方法还包括所述图像重建处理器至少部分地基于所述被接收的位置数据来确定所述对象的第一层的第一体素，其中所述至少一个象素对所述第一体素有贡献，并且所述图像重建处理器至少部分地基于所述被接收的位置数据来确定所述对象的第二层的第二体素，其中所述至少一个象素对所述第二体素有贡献。所述方法还包括所述图像重建处理器并行地分别向所述第一体素和所述第二体素应用所述至少一个象素的贡献。
根据本发明的另一个实施例，一种重建处理器包括至少一个用于接收对象的射线照相图像的象素的输入端口。所述重建处理器还包括至少一个用于接收与被接收的象素相关的位置数据的输入端口。所述重建处理器还包括图像处理逻辑，其可操作以至少部分地基于被接收象素的所接收的位置数据来确定所述对象的第一层的第一体素和所述对象的第二层的第二体素，其中所述被接收的象素对所述第一体素和所述第二体素有贡献，并且所述图像处理逻辑可操作来并行地分别向所述第一体素和所述第二体素应用所述被接收的象素的贡献。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种从对象的射线照相图像重建所述对象的断面图像的系统。所述系统包括用于捕获对象的象素的装置，其中用于捕获的所述装置包括非邻接传感器布置。所述系统还包括用于处理由所述捕获装置所捕获的象素以并行地重建所述对象的多个深度层的装置。
上述方面已经相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以更好地理解本发明的以下详细描述。下面将描述形成本发明权利要求主题的本发明其他特征和优点。本领域技术人员应当认识到，公开的概念和特定实施例可以容易地用作修改或者设计实现本发明相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应当认识到，这些等价构造不背离所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。从以下结合附图的描述中，将更好地理解从本发明的组织和操作方法两方面被视为本发明特征的新特性，以及其他目的和优点。然而，应当清楚地理解到，仅仅是为了举例说明和描述的目的而提供每一幅图，其无意作为对本发明的限制的定义。
附图说明
为了更全面地理解本发明，现在将参考结合附图的以下描述，所述附图中：
图1A-1B示出了可以与本发明实施例一起使用的示例性数字层析X射线照相组合系统几何结构的示意性表示；
图2A示出了一个立方体对象，其已经被划分成125(5×5×5)个相同大小的立方体体素；
图2B示出了图2A对象的两个断面层的体素；
图2C示出了根据本发明实施例，可以用于捕获对象的射线照相图像的示例性射线照相成像系统，所述射线照相图像可以被处理以重建断面图像；
图3A-3D示出了可以由对示例对象的3D重建过程所产生的示例断面图像；
图4示出了根据本发明实施例可以被检测的示例印刷电路板组件；
图5示出了本发明实施例的重建处理器单元的优选实现的示例高级框图；
图6更详细地示出了图5的重建处理器的示例实现的框图；
图7示出了其中可以实现本发明实施例的检测系统配置的示例概要图；
图8示出了示例性系统配置，其中包括两个重建处理器以按比例增加所使用的重建存储器；
图9示出了示例性系统配置，其中包括两个重建处理器和两个输入象素总线，以按比例增加所使用的象素输入总线数量；和
图10A-10C示出了示例性非邻接传感器布置，其可以实现来捕获由本发明某些实施例的重建处理器处理的图像数据(象素)。
具体实施方式
本发明的各个实施例能够高效处理被研究对象的射线照相图像，以重建该对象的断面图像。优选地，设置有图像重建器(例如“重建处理器”)，其例如可以在自动检测系统内实现，所述自动检测系统用于检测正在装配线上生产的产品(例如电路板)以对这些产品进行质量控制。本发明的某些实施例能够足够快速地重建被检测对象的断面图像，使得实现了图像重建器的自动检测系统能够跟上高速生产线。如以下进一步描述的那样，本发明的实施例能够并行地重建对象的多个深度层的图像。例如，当射线照相图像的象素被接收到根据本发明的至少一个实施例的图像重建器中时，对于所接收的象素对其有贡献的多个不同深度层，该图像重建器为其中的每一个至少确定一个体素(voxel)，并将该象素的贡献并行地应用到多个不同深度层中的每一个。
根据以下将进一步描述的本发明的实施例，被检测对象的射线照相图像(例如X射线图像)可以由射线照相成像系统所捕获，并且这些射线照相图像被处理以重建该对象的断面图像。优选地，基于数字的射线照相成像系统，例如锥形束射线断层照相成像系统，被用于捕获被检测对象的射线照相图像，其中该基于数字的射线照相成像系统输出数字形式(例如“象素”)的图像。一般而言，数字层析X射线照相组合从取自不同角度的多个透射图像来计算性地重建3D图像的断面。本发明的实施例优选地在数字层析X射线照相组合系统中实现，以从被捕获的射线照相图像(象素)高效率地重建对象的体素(例如，形成断面图像)。
在本发明的实施例中，所捕获的对象的射线照相图像被输入到图像重建器，以从这些射线照相图像来重建被检测对象的多个断面图像。如以下更加详细说明的那样，该图像重建器优选地并行重建多个断面图像(对应于该对象的多个深度层)，因此高效率地重建断面图像。更具体地说，在一个优选实施例中，当图像重建器接收到所捕获的射线照相图像中的每一个象素时，该图像重建器并行地为对象的多个深度层(或“断面”)处理该象素。例如，对于一个接收到的象素，图像重建器优选地并行确定该象素对被检测对象的多个层中的每一个所做出的贡献。由此并行地重建多个断面，因为象素对这多个断面中每一个的贡献都被并行地应用到多个断面。在某些应用中，多个重建的断面图像可以用来构建被检测对象(或该对象的至少一部分)的完整3D图像。
根据本发明的实施例来为多个深度层并行地处理每个象素，这提供了几个优点。首先，能够更高效率地重建被检测对象的断面图像。与使用被接收的象素首先建立第一层然后重捕获和/或重使用那些象素来建立第二层相反，可以并行地将被接收的象素应用到多个层，由此就不需要逐一为多个层重捕获和/或重处理该象素。例如如下所述的那样，某些实施例能够实时地进行重建。此外，本发明实施例的并行处理技术可以减小为重建处理而需要存储的图像数据量。当使用基于数字的射线照相系统时，通常主要的问题是如何处理被捕获的大量图像数据。因为当接收到象素时可以并行地确定其对多个层的贡献，并且此后不需要保留该象素(而如果后面某些层的重建需要它的话则需要保留)，所以本发明实施例的并行处理技术可以减小在重建处理期间存储的图像数据量。
此外，本发明的优选实施例提供了一种图像重建器，所述图像重建器是通用的，因为其可以与各种不同的射线照相成像系统配置中的任何一种一起使用，并且/或者可以在其中实现用于处理被接收的图像象素以重建断面图像的各种不同图像处理技术中的任何一种。已知用于将被检测对象成像的射线照相成像系统的各种不同配置。作为例子，已知各种不同的扫描路径(或步进方式)用于使被检测对象成像，并且已知检测器阵列的各种不同布置。对实现的各种重建过程(例如反投射或移位相加算法)，都能够对多个深度层进行并行重建。也就是说，这种并行重建不依赖于特定的重建过程或者成像系统配置，相反，许多不同的层析X射线照相组合重建过程和成像系统配置中的任何一种都可以被使用。
射线照相成像系统的最理想的配置(例如最理想的扫描路径和/或最理想的检测器阵列布置)对于不同类型的被检测对象(例如从一种被检测的电路板变成另一种)可能变化。本发明的优选实施例提供了一种图像重建器，其可操作来为各种不同射线照相成像系统配置中的任何一种提供高效率的图像重建(例如使用对多个断面的并行重建)。因此，优选实施例的图像重建器的操作不依赖于提供对多个断面进行并行重建的具体的射线照相成像系统配置(例如具体的扫描路径、检测器阵列布置等)。相反，如下面将进一步描述的那样，在优选实施例中，图像重建器可操作来从射线照相成像系统接收任意象素(即以任何顺序接收象素)，确定所接收的象素对其有贡献的多个断面中每一个的体素，并且对所确定的体素中的每一个分别应用该象素的贡献。因此，优选实施例的并行重建过程不依赖于从射线照相成像系统接收象素的特定顺序，而可以被执行来用于各种不同射线照相成像过程中的任何一个(例如各种不同扫描路径中的任何一个)。因此，射线照相成像系统不需要按特定方式来配置以允许由优选实施例的图像重建器进行并行处理，相反，输出被检测对象的数字图像数据(象素)的各种不同射线照相成像系统配置中的任何一种都可以与图像重建器一起使用。优选实施例的图像重建器足够灵活，来为各种不同射线照相成像系统配置中的任何一种进行并行处理。
此外，用于重建断面图像的各种不同图像处理技术中的任何一种都可以在优选实施例的图像重建器上实现。例如，各种反投射和其他层析X射线照相组合图像处理技术是已知的现有技术，而多种不同类型的图像处理技术中的任何一种都可以在优选实施例的图像重建器上实现。例如，一个优选实施例可以操作来从射线照相成像系统接收象素(例如如上所述的任意象素)，确定所接收象素对其有贡献的多个断面中每一个的体素，并使用所希望的图像处理技术(例如反投影或者移位相加技术等)来向每个被确定的体素分别应用该象素的贡献。因此，优选实施例的并行重建过程不依赖于被用来进行重建的特定图像处理技术，而可以使用多种不同类型的重建过程(例如不同类型的反投射技术、移位相加技术等)中的任何一种来进行。因此，本发明的实施例提供了一种普遍的解决办法，其能够实现各种不同类型的图像处理技术中的任何一种(例如，各种不同的基于反投射的重建技术中的任何一种，例如在以下结合图6描述的反投射块604A和604B中可操作的任何基于反投射的重建技术)。
考虑到上述问题，本发明的优选实施例提供了一种能够利用许多不同的射线照相成像系统配置并利用许多不同的图像重建技术(例如各种不同的层析X射线照相组合技术)进行操作的通用图像重建器，其具有几个优点。首先，检测不同类型的对象可能希望有不同的射线照相成像系统配置(例如可能希望不同的扫描路径、不同的检测器布置等)，而优选实施例使得图像重建器能够容易地与检测指定对象类型可能需要的许多不同射线照相成像系统配置一起使用。另一个优点是，为了减小成像系统的成本或提高成像系统的性能，可能需要不同的射线照相成像系统配置。因此，射线照相成像系统可以按对给定应用优化的方式(例如，为特定类型的对象成像、为减小成本或为提高性能)配置，而优选实施例的图像重建器能够容易地与可能需要的多种射线照相成像系统一起使用。如以下将更详细描述的那样，图像重建器的优选实施例可以扩展，因此可以容易地适应所希望的各种规模的图像处理中的任何一种。例如，如果射线照相成像系统被配置成并行输出多个象素，则优选实施例的图像重建器可扩展以能够并行地接收这些多个象素并处理它们。此外，本发明的优选实施例可扩展以能够并行地重建任意数量的深度层。本发明实施例的另一个优点是其能够使用不同的层析X射线照相组合重建技术，这允许对重建的图像进行细调以适合应用领域。不同的重建技术将产生具有不同特征或假象的图像。本领域技术人员将认识到这种通用图像重建器的各种其他优点。
如上所述，在用于质量控制的自动检测系统中使用对诸如焊点之类的对象的图像处理。例如，印刷电路板上的焊点可以被成像(例如由射线照相成像系统)，并且这样的图像可以被自动检测系统处理以确定各种参数，例如焊点的长度、宽度、曲率、相对不透明性和类似值。为焊点确定的各种参数随后可以由自动检测系统进行评价以确定该焊点是否具有可接受的质量。
作为例子，可以由自动检测系统通过对焊料(一般是铅和锡的组合)的(多张)X射线图像的分析来检测焊料的厚度。在焊料的X射线图像中，在构成X射线图像的亮度和形成X射线图像的焊料的厚度之间存在某种关系。一般而言，随着焊料厚度增大，图像亮度从对应于较亮灰(白)度的值增大到对应于较暗灰(黑)度的值。也就是说，焊料的较薄部分的图像的灰度水平比焊料的较厚部分的图像的灰度水平低。薄部分的图像将显示为比较厚部分的图像更亮的灰度。这种约定通常用在X射线图像的电子图像表示中，但是，也可以使用相反的约定，即其中焊料的较薄部分的图像的灰度水平比焊料的较厚部分的图像的灰度水平高。在X射线图像被记录在X射线胶片上的胶片射线照相术中传统上遵循后一约定。两种约定都可以与本发明的实施例一起实现。
本发明的实施例优选地在3D数字射线断层照相系统中实现。本领域中各种3D数字射线断层照相系统都是公知的，这些系统中许多都可以结合本发明的实施例而被使用，因此此处只是简单地描述示例成像系统，以避免将注意力从用于为被检测对象重建3D图像数据(体素)的本发明系统和方法转移开。已经提出在工业检测系统中使用并且其中可以实现本发明实施例的示例3D数字射线断层照相系统，包括在标题为“COMPUTEDTOMOGRAPHY WITH ITERATIVE RECONSTRUCTION OF THINCROSS-SECTIONAL PLANES”的美国专利No.6,002,739和标题为“IMAGE RECONSTRUCTION METHOD AND APPARATUS”的美国专利No.6,178,223中所公开的那些系统，此处通过全文参考而将上述专利的公开文献包含进来。当然，也可以使用现在已知或将来开发的各种其他数字3D射线断层照相系统，并且本发明的实施例可以利用这些系统来实现以提高其3D重建过程的效率。本发明的实施例可以结合能够捕获被检测对象的图像数据(象素)的任何射线照相成像设备而被使用。更具体而言，如以下将进一步描述的那样，本发明的实施例可以结合这样的射线照相成像设备而被使用，以从被捕获的象素数据来为被检测对象高效率地重建3D图像数据(体素)。
图1A-1B示出了可以与本发明实施例一起使用的示例性数字层析X射线照相组合系统几何结构的示意性表示。更具体而言，图1A-1B示出了示例的锥形束射线断层照相系统。X射线源20向被检测对象10(例如电路板组件)发射X射线，穿过对象10的X射线被传感器(或检测器)阵列30所检测。为了获得对象10的一个区域的多个视图(例如为了重建该区域的断面图像)，X射线源20、对象10和传感器阵列30中的一个或多个可以被有效地移动。例如，图1A示出了对象10的区域10A以第一视角被成像的示例，而图1B示出了对象10的该区域10A以第二视角被成像的示例。如上所述，来自区域的多个视图的图像数据可以被处理(例如，利用反投射或移位相加算法)以重建该区域的断面图像。
在此示例实现中，X射线源20可以包括电子束源，所述电子束源包括在所希望电压电平下操作X射线源20以产生X射线的电源(未示出)。由带电粒子枪在X射线源20内产生的电子束40，以预定模式(例如扫描或步进模式)在靶子组件22(其可以是接地阳极)上偏转。X射线源20包括控制电子束40在整个靶子组件22上移动的机构，例如在电子束模式发生器(未示出)控制下的偏转线圈21。此示例几何结构的X射线源20所提供的一个优点是，其允许从多个角度将X射线投射到对象10而不要求对X射线源20进行物理重定位。例如，可以通过用电子束40轰击X射线管的表面来产生X射线41，并且通过使电子束40电偏转可以有效地移动X射线源20。因此，X射线源20和/或传感器阵列30可能不实际移动(相反可能位置固定)，而是通过其他技术，例如通过偏转X射线管的电子束40(例如为了在各个不同视角下实现对对象10的成像)来获得它们移动的效果。
在图1A-1B中，靶子组件22被设计成发射X射线，所述X射线形成图1A中的发散束41并形成图1B中的发散束42，每个发散束(从不同的视角)直接被传感器阵列30截获。在操作中，电子束40可以首先到达靶子组件22上的位置50处，如图1A所示。当电子束40在位置50处撞击靶子组件22时，就发射发散X射线束41。接着电子束40可以被引导到靶子组件22的位置51处，如图1B所示。当电子束40在位置51处撞击靶子组件22时，就发射发散X射线束42，这使得传感器阵列30能够在与图1A的视角不同的视角下获得图像数据。在某些实施例中，准直仪栅格可以被实现来在希望对对象10(或者其他出现的对象)暴露到X射线下进行限制的环境中(例如当对象10是人体对象时，如在医学应用中)引导X射线束41和42，例如美国专利No.6,178,223中所描述的。
在已有的射线照相成像系统中，传感器阵列30可以包括被布置成阵列的多个分立检测器(以下称为“检测器元件”)。每个检测器元件包括这样的表面，其具有用于检测X射线的捕获区域，这是本领域公知的。每个检测器元件可能能够独立地测量撞击该检测元件的X射线量。当对象10置于X射线源20和传感器阵列30之间时，(图1A的)X射线束41中的部分X射线将穿过对象10的一部分，并且如果没有被散射或吸收的话，该部分X射线将撞击构成检测器阵列30的检测器元件。撞击任何单个检测器元件的X射线构成X射线束41的一部分，该部分在此处被称为X射线束子程(subpath)。
每个检测器元件可以包括部件，用于测量撞击该检测器元件的X射线光子量并输出表示该测量结果的信号。或者，每个检测器元件可以包括部件，用于产生一般地与撞击该检测器元件的X射线总能量成比例的电信号。所产生电信号的大小对应于来自X射线束41的恰当X射线束子程的X射线的通量强度。每个检测器元件可以产生与由此检测到的检测X射线相对应的象素。使用独立测量撞击每个检测器元件的X射线的传感器阵列30，就导致产生X射线透射信息，所述透射信息与沿着特定X射线束子程穿过对象10的X射线通量成比例。所产生的强度数据可以被使用或处理以建立对对象10的表示。
当然，可操作来捕获对象10的数字射线照相图像的数字射线照相成像系统的各种其他配置也可以与本发明的实施例一起实现，包括但不限于美国专利No.6,178,223中公开的配置。虽然结合本发明的优选实施例使用了诸如如图1A-1B所示的锥形束射线照相成像系统，但应当认识到本发明不限于数字射线照相成像系统的特定配置。相反，现在已知的或以后开发的可操作来捕获对象10的数字射线照相图像数据(象素)的数字射线照相成像系统的任何配置都可以与本发明的实施例一起实现。也就是说，现在已知的或以后开发的用于捕获对象10的数字射线照相图像的各种配置都可以结合下面描述的图像重建器而被使用，以从射线照相图像高效率地重建对象10(或其部分)的断面图像。此外，如以下描述的那样，图像重建器的优选实施例可以很容易地与射线照相成像系统的许多不同配置一起操作。
传统的3D数字射线断层照相术通过被称为体素的离散体积元素来近似对象。“体素”(或“体积象素”)在图像处理领域是公知的，并在3D成像中广泛使用。一般而言，体素是三维图像的最小可辨识盒形部分。“体素化”是使用被称为测定体积数据组(volumetric dataset)的一组断面图像向图像增加深度的公知过程。
为了更好理解3D射线断层照相术中广泛使用、并且可以在下面描述的本发明某些实施例中使用的某些原理，结合图2A-2C描述传统图像处理技术的若干方面。正如本发明的实施例不限于结合图1A-1B所描述的示例射线照相成像系统配置，本发明的实施例也无意以任何方式被结合图2A-2C所描述的一般图像处理原理所限制。相反，结合图2A-2C来简要描述诸如体素的使用之类的图像处理原理，以帮助读者理解此处描述的用于本发明实施例的这些原理。
图2A示出了一个立方体对象50，其已经被划分成125(5×5×5)个相同大小的立方体体素。为了对对象50进行三维成像，用对象50的多个视图所表示的数据来重建125个体素中每一个的密度(或吸收系数、或材料厚度)，所述多个视图被诸如图1A-1B中的阵列30之类的传感器阵列所检测。
对许多应用而言，并不需要完整的3D图像。例如，为了检测双面电路板组件，可能很少几个图像平面或“断面”就足以确定焊点质量。图2B示出了图2A对象50的两层的体素。
参考图2C，示出了可以用于捕获对象10的射线照相图像的示例性射线照相成像系统200，例如美国专利No.6,178,223中更全面描述的。在射线照相成像系统的此示例配置中，源20包括准直仪格栅212，所述准直仪格栅212能够依次以各个不同角度将多个X射线束(如以下描述的那样，其可能包括多个X射线束子程)引导到对象10。也就是说，X射线束首先以第一角度被引导到对象10，接着X射线束以第二角度被引导到对象10等等，以在多个不同视角下获得对象10的图像数据。虽然在图2C的示例系统200中使用准直仪格栅212在不同角度下将X射线束引导到对象10，来为重建对象10的各个深度层捕获充足的数据，但应当认识到，在其他配置中也可以使用现在已知的或以后开发的、用于同时或依次产生X射线束的各种其他技术，所述X射线束在各个不同角度下被引导到对象10。
如此示例所示的，第一X射线束子程201和第二X射线束子程205是从准直仪格栅212的第一孔210发出的许多X射线束子程中的两个。为了清楚和说明，没有示出其余的X射线束子程。沿着第一X射线束子程201和第二X射线束子程205行进的部分X射线穿过对象10，并分别撞击多检测器阵列30的检测器225和227。应当认识到，由沿着第一X射线束子程201行进的X射线提供给检测器225的信息，并不与对象10中的任何单个点相对应；相反，当第一X射线束子程201穿过对象10时，其路径形成与第一切片(或“断面”或“深度层”)230、第二切片235和第三切片240相交的体积。具体而言，沿着第一X射线束子程201行进的X射线产生了一个体积，所述体积与(深度层230的)第一体素245、(深度层235的)第二体素250和(深度层240)的第三体索255完全或者部分地重合。
检测器225从X射线束子程201获得的信息，可能对在与深度层230相对应的重建断面图像中重建第一体素245、对在与深度层235相对应的重建断面图像中重建第二体素250以及对在与深度层240相对应的重建断面图像中重建第三体素255有贡献。
至于第二X射线束子程205，由检测器227提供的信息可能对在与深度层230相对应的重建断面图像中重建第四体素260、对在与深度层235相对应的重建断面图像中重建第五体素265以及对在与深度层240相对应的重建断面图像中重建第六体素270有贡献。
第三X射线束子程275和第四X射线束子程280是从第二孔285发出的许多X射线束子程中的两个。为了清楚和说明，没有示出从第二孔285发出的其余X射线束子程。沿着第三X射线束子程275和第四X射线束子程280行进的部分X射线穿过对象10并分别撞击检测器290和291。如上关于子程201和205所描述的那样，由沿着第三X射线束子程275行进的X射线提供给检测器290的信息，并不与对象10中的任何单个点相对应；相反，该强度信息是与源20的准直仪格栅212和传感器阵列30之间的所有平面/切片相交的体积的信息集合，所述所有平面/切片包括含有体素270的平面/切片。同样，由沿着第四X射线束子程280行进的X射线提供给检测器291的信息，并不与对象10中的任何单个点相对应；相反，该强度信息是与源20的准直仪格栅212和传感器阵列30之间的所有平面/切片相交的体积的信息集合，所述所有平面/切片包括含有体素276、277和278的平面/切片。
与传感器30检测到的强度相对应的象素数据优选地由射线照相成像系统200输出到图像重建器，所述图像重建器可操作来处理象素数据用于重建对象的断面图像。在某些实施例中，图像重建器例如通过将一个体素的从检测沿着这样的X射线束子程行进的X射线的所有检测器得到的强度进行组合或者相加来处理接收到的象素数据，所述X射线束子程与该特定体素完全或者部分地重合并且为了重建的目的已经被指定给所述体素。例如，在检测器227输出的第一象素中由检测器227从X射线束子程205收集的强度数据和在检测器290输出的第二象素中由检测器290从X射线束子程275收集的强度数据，可以在重建第六体素270中使用(因为两个X射线束子程205和270都与第六体素270相交)。
参考图1A-1B和2C示出并描述的射线照相成像几何原理和装置都是可以结合本发明实施例而被使用的典型。然而，这些系统的具体细节对本发明的实施并不重要，本发明实施例致力于处理对象的射线照相图像数据以由此重建该对象的断面图像。例如，X射线源、(多个)检测器、用于将被检测对象定位的(多个)定位机构、用于控制成像系统的操作的控制系统(例如计算机)等等的具体细节，对不同系统可以有相当大的变化。本发明的实施例可以应用到许多不同类型的、可操作来获取对象(例如电路板)多个深度层的数字射线照相图像的射线照相成像系统，并且本发明的实施例使用这些数字射线照相图像以下面进一步描述的方式来重建与该对象的多个深度层相对应的断面图像。
图3A-3D示出了可以由示例对象10的重建过程所产生的示例断面图像。出于举例说明的目的，图3A所示的对象10具有分别在三个不同平面(或深度层)60a、60b和60c中嵌入对象10内的箭头81、圆圈82和十字83形状的测试图案。
图3B示出了对象10的深度层60a的示例断面图像(或“射线断层照相”)，所述断面图像可以由本发明实施例的图像重建器的实施例重建。箭头81的图像100处于锐聚焦，而对象10内诸如圆圈82和十字83的其他特征的图像可以形成模糊区域102，该区域不会严重地使箭头图像100不清楚。优选地，在重建过程中使模糊区域102和/或其对箭头图像100的影响最小化，以提供高质量的断面图像。可以使用图像处理领域公知的各种技术来减小/消除断面图像的模糊区域102和/或其对箭头图像100的影响。
类似地，图3C示出了对象10的深度层60b的示例断面图像(或“射线断层照相”)，所述断面图像可以由本发明实施例的图像重建器的实施例重建。圆圈82的图像110处于锐聚焦，而对象10内诸如箭头81和十字83的其他特征的图像可以形成模糊区域112，该区域不会严重地使圆圈图像110不清楚。同样，可以使用图像处理领域公知的各种技术来减小/消除断面图像的模糊区域112和/或其对圆圈图像110的影响。
图3D示出了对象10的深度层60c的示例断面图像(或“射线断层照相”)，所述断面图像可以由本发明实施例的图像重建器的实施例重建。十字83的图像120处于锐聚焦，而对象10内的诸如箭头81和圆圈82的其他特征的图像可以形成模糊区域122，该区域不会严重地使十字图像120不清楚。同样，可以使用图像处理领域公知的各种技术来减小/消除断面图像的模糊区域122和/或其对十字图像120的影响。
虽然图3A-3D示出了具有可以被重建为断面图像的深度层60a、60b和60c的示例对象10，但应当认识到对象10意于作为通用示例，以举例说明将对象的各个深度层重建为断面图像的概念。在实际中，可能会检测具有任意数量的深度层的各种其他类型的对象，并且这些对象的任意数量的深度层可以被重建为断面图像。例如，一个优选实施例可以用检测印刷电路板上的焊点的自动检测系统来实现。图4描述了可具有其多个深度层的示例印刷电路板，通过本发明优选实施例的图像重建器来将所述多个深度层重建为断面图像，以检测该印刷电路板组件。
因此，图4提供了可以根据本发明实施例进行检测的对象的具体示例。当然，本发明的实施例无意单单限制在重建电路板断面图像的应用中，而可以被使用在其中希望从所捕获的射线照相图像数据(象素)来重建断面图像的许多其他应用中，包括但不限于在生成环境中检测各种其他类型的产品以进行质量控制，在用于检测对象中所包含走私品的自动检测系统(例如，用于在机场或其他交通工具中检测乘客行李的安检系统)中使用，和/或在各种医学应用中使用。本领域技术人员将认识到本发明实施例的图像重建器的各种其他应用。
在图4中，双面印刷电路板400具有多个焊接到两个外表面中每一个的部件。部件402和404安装到第一表面上。部件408安装到与第一表面相对的第二表面上。部件406是安装到第二表面上的通孔部件，但其具有穿过板400的两个表面的引脚。通常，将部件402、404、406和408耦合到板400的电连接由焊接形成。然而，用于进行电连接的各种其他技术在本领域是公知的，并且即使此处将按焊点来描述本发明的示例实施例，也应当理解到可以使用本发明的实施例来检测其他类型的电连接，包括但不限于导电环氧树脂、机械、钨和共晶粘接。
在此示例中，部件402具有球栅阵列(BGA)的焊点。部件404图示为鸥翼形表面安装器件。部件408是J形引脚表面安装器件。由虚线410所表示的刚好离开电路板400的第一表面的一个平面(或深度层)，穿过部件402、404和406的引脚及焊接圆角。由虚线412所表示的刚好离开电路板400的第二表面的另一个平面(或深度层)，穿过部件406和408的引脚及焊接圆角。应当理解到，虽然在此示例中给出了两个示例深度层(410和412)，但在其他示例中可以检查电路板400的任意数量的深度层。此外，虽然在此示例中各种类型的焊点(例如表面安装与板内接点)被示为包括在同一深度层中，例如落入深度层410的部件402、404和406的各个接点，但应当理解到在一些实现中不同类型的焊点实际上可能落入电路板的不同深度层(这可能会增加由检测系统处理的深度层的数量)。为了使举例说明简单和容易起见，在此示例中只示出了与电路板400的每个侧面相对应的一个深度层，但在实际应用中在电路板400的每个侧面上可能对多个深度层感兴趣。虽然在某些应用中具有每个焊点的3D图像可能是有用的，但通常图像平面410和412就提供了足够的信息来确定每个部件引脚的存在，和/或提供了用于检测各个焊点的有用信息(例如检测这些焊点的质量)。
根据本发明的各个实施例，被检测对象(例如电路板400)的射线照相图像数据(象素)可以由例如上述系统的射线照相成像系统所捕获，并且被输入到图像重建器。图像重建器处理所捕获的射线照相图像数据以重建对象的3D(体素)图像数据，例如以上结合图3A-3D所描述的示例断面图像。如同以下将更详细描述的那样，这种图像重建优选地并行重建多个断面图像(每个都对应于对象的不同深度层)，由此高效率地重建断面图像。更具体而言，在优选实施例中，当图像重建器接收到数字射线照相图像的每个象素时，图像重建器并行地为对象的多个深度层处理该象素。例如，对于一个接收到的象素，图像重建器优选地确定该接收到的象素对其有贡献的多个不同断面图像(每个对应于对象的不同深度层)的至少一个体素，并且并行地将该象素的这种贡献应用到所述多个不同断面图像的每个体素。
在某些实施例中，板400的焊点(或被检测对象的其他部分)的断面图像一旦产生，就可以由自动检测系统自动地评价以确定它们的质量和物理特征，例如包括焊料厚度。也就是说，本发明实施例的图像重建器可以为被检测对象重建断面图像数据，并且所重建的断面图像数据可以由自动检测系统和/或该系统的用户进行评价，以对被研究对象(例如焊点)进行质量控制分析。基于检测系统的评价，可以将焊点质量和物理特征的报告以及/或者焊点的重建断面图像呈现给用户。
应当理解到，术语“图像”(或“图像数据”)不限于可以在视觉上观看的格式，而还可以包括可以由计算机获取、存储并分析的数字表示。因此，此处所用的术语“图像”(或“图像数据”)不限于可视图像，而且还要包括表示该图像和/或可以被计算机处理以显示可视图像的计算机数据。例如，在某些实施例中，除了由计算机进行自动检测外或者取代由计算机进行自动检测，重建的断面图像可以显示给用户来由该用户进行检测。在其他实施例中，重建的断面图像可能不显示给用户，而是由用于质量控制的计算机自主地分析表示这种被重建的断面图像的图像数据。
本发明的实施例可以实现为硬件和固件(或电路)的组合，其接收对象的至少一部分的数字射线照相(例如X射线透射)数据(象素)作为输入，并且重建3D图像数据(体素)以形成与该对象的至少一部分内的多个深度层相对应的断面图像数据。一个优选实施例包括硬件结构，所述硬件结构包括诸如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)的处理器单元，以及在此处可被称为“重建处理器”的多个可独立寻址的存储器。每个可独立寻址存储器被用来存储与该对象的特定深度层相对应的重建3D图像数据(体素)。例如第一存储器可以用来存储与被检测对象的第一深度层(例如图3A所示对象10的深度层60a)相对应的体素，而第二存储器可以用来存储与该对象的第二深度层(例如图3A所示对象10的深度层60b)相对应的体素。
在优选实施例的3D图像重建过程期间，重建处理器接收被检测对象的射线照相图像的象素。如同本领域技术人员将认识到的那样，接收到的象素可能对被检测对象的多个层的重建有贡献。例如，如以上参考图2C所描述的那样，象素可能包括为该对象的多个不同深度层所获取的信息。也就是说，接收到的象素可能对正在重建的多个不同断面图像的体素有贡献。可以建立边界条件，象素可能对“边界之外”(例如当前正在处理的视场之外)的体素有贡献，但通常每个接收到的象素将对正在重建的多个(例如全部)深度层有贡献。在一个优选实施例中，重建处理器处理象素以识别所接收的象素对其有贡献的多个不同深度层的体素，并且并行地对那些体素应用该象素的贡献。
例如，可以由重建处理器识别和检索到接收到的象素对其有贡献的、用于重建对象的第一深度层的第一体素，并且可以由重建处理器识别和检索到接收到的象素对其有贡献的、用于重建对象的第二深度层的第二体素，其中第一体素存储在第一存储器中，第二体素存储在第二存储器中。也就是说，重建处理器可以识别接收到的象素对其有贡献的多个深度层的体素，并且重建处理器从存储器检索到这些体素。接着处理器将接收到的象素应用到这些体素(例如应用该象素对每个体素的贡献)，然后将被修改的体素(现在具有接收到的象素的贡献)写回到它们各自的存储器。象素可以用各种不同的方式应用到体素，这在3D重建的图像处理领域中是公知的。作为一个示例，该象素的贡献可以与体素相加。作为另一个示例，接收到的象素可以与体素相比较，为体素接收到的最大和/或最小强度的象素可以被存储到该体素。现在已知或以后开发的用于从接收到的象素重建体素的各种其他技术都可以在本发明的实施例中实现。
在一个优选实施例中，当重建处理器接收象素时逐渐地构造体素，其中从存储器检索接收到的象素对其有贡献的体素，象素的贡献被应用到该体素，并且所得到的被更新的体素被写回其存储器地址。如以下进一步描述的那样，本发明的实施例能够并行地处理象素来重建对象的多个深度层。应当认识到，在3D重建过程期间，重建存储器包含部分重建数据(例如当重建处理器接收到更多象素时可能被进一步修改的数据)。也就是说，在重建处理期间，当接收象素时逐渐地重建体素，因此该体素直到对该体素有贡献的所有象素都被接收并处理后才是完整的。
在本发明的一个优选实施例中，重建处理器为每个重建存储器实现了并发处理流水线，并且由重建处理器并行地访问和更新重建存储器。以下参考图6粗略地描述一个实施例的流水线阶段(pipeline stage)。优选地，处理流水线使用基于反投射重建技术(包括“移位相加”重建技术)的算法来重建对象的深度层(即深度层的断面图像)。这种反投射重建技术(包括“移位相加”重建技术)是图像处理领域公知的，因此此处不再更详细地描述。当然，在其他实施例中，可以实现现在已知的或以后开发的、用于处理接收到的象素以重建对象深度层的断面图像的任何其他合适的层析X射线照相组合重建技术。
现在参考图5，示出了在检测系统500内实现的重建处理器单元501的优选实现的示例高级框图。在此示例中，重建处理器501被实现为具有两个重建存储器M1和M2，其每个都对应于被检测对象的不同深度层。然而，重建存储器的数量不需要限制为2，相反在其他实现中可以包括受硬件和物理限制的任何所希望的存储器数量，硬件和物理限制例如是由于实现重建处理器501的FPGA上可用引脚数量引起的存储器地址限制，在这种情况下，重建处理器501可以被实现为使用这样所希望数量的存储器，而以与下面对两个存储器所描述的方式相似的方式来并行地进行处理。事实上，在大多数检测系统中，重建存储器的数量通常都超过2(因为被处理的深度层的数量一般都大于2)，但为了从概念上举例说明本发明的实施例此处示出为2个存储器，这可以被扩展并且应用到任意数量的重建存储器。此外，在某些实现中，所实现的存储器数量可以小于被重建的深度层的数量，并且存储器可以重用于多个不同的深度层。然而，这将减慢计算速度，并需要存储所接收的图像输入数据(象素)以用于重建另外的深度层。因此，为最佳效率最优选的是为每个将被重建的深度层实现一个存储器。
此处描述的并行重建技术的一个示例硬件对象是可以从AnnapolisMicroSystems获得的FIREBIRDTM PCI处理器卡。FIREBIRDTM卡包括一个FPGA(其中可以实现重建处理器501)和5个独立存储器块(其可以被用于实现重建存储器)。
在图5的示例中，检测系统500包括射线照相成像系统502，其例如可以是以上参考图1A-1B描述的锥形束射线断层照相成像系统。射线照相成像系统502是基于数字的成像系统，其以数字形式捕获对象10(例如电路板)的射线照相图像(例如很像数字照相机)。优选地，控制器503可通信地耦合到成像器502以获取位置数据，例如象素位置和X射线点位置数据。根据成像系统的配置，部分位置数据可以固定。例如，固定不动的传感器上的象素位置可以在校准操作期间确定，所述校准操作可能每周执行一次或者以更低的频率执行。如果图像传感器在移动，则可以通过位置传感和校准数据的组合来确定象素位置。可以用相似的方式确定X射线点位置。
重建处理器501可通信地耦合到射线照相成像系统502和控制器503，使得其可以从成像器502接收射线照相图像数据(象素)并从控制器503接收位置数据(例如象素位置和X射线点位置，这将在下面进一步描述)。应当注意到，在某些实现中，象素图像数据可以经由控制器503从成像器502传送到重建处理器501。在这样的实现中，控制器503可以处理对成像器电子设备的接口以及可能的数据缓冲(根据成像器502的复杂程度)，并且控制器503可以对象素数据进行校正，例如固定模式噪声校正、平场处理(flat fielding)和几何校准。
重建处理器501还可通信地耦合到被用来存储重建断面图像数据的数据存储器(或“存储器”)504。优选地，数据存储器504包括此处描述的重建存储器。数据存储器504可以包括现在已知或将来开发的用于存储重建断面图像数据的任何合适的数据存储设备，作为示例其包括随机访问存储器(RAM)、磁盘驱动器、软盘、光盘(例如高密度光盘(CD)和数字化视频光盘(DVD))和其他数据存储设备。数据存储器504可以与重建处理器501集成为一体(例如片上存储器)或也可以在重建处理器501外部。
重建处理器501优选地实现为诸如FPGA或ASIC的较大处理器单元的一部分。所包含的处理器既可以进行相关的也可以进行非相关的处理。虽然对于实现本发明实施例不是必须的，但为了便于后面对优选实施例的描述，假定重建处理器单元501是同步的并且其具有全局时钟。可以为FPGA实现而实现的示例时钟速度是100兆赫(Mhz)，虽然任何其他合适的时钟速度也都包括在本发明的范围内。优选地，如下面将进一步描述的那样，所实现的时钟速度足够快速，使得重建处理器对与其一起实现的给定的检测系统获得“实时”处理。也就是说，处理每个象素并且将加权的值分配给所有同时重建的深度层(或“z层”)只需要很小的、固定(或恒定)量的时间(例如，两个时钟周期)。更具体而言，根据一个实施例，重建处理器能够以每两个时钟周期一个象素的平均速率将象素接收到其处理流水线中。因此，在任何给定的时间，在每个流水线中可能都有几个处于不同处理阶段的象素。在流水线中完全地处理一个象素需要花费很小的固定时间(例如两个时钟周期)。
传统存储器通常具有双向数据端口。为了便于解释，假定一个优选实施例的双向存储器数据端口被所包含的处理器单元(例如FPGA)分成输入和输出端口。通常所包含的处理器单元将以本领域公知的方式处理存储器接口的细节。出于举例说明的目的，假定存储器是零总线转换静态RAM(Zero-Bus-Turnaround Static RAM，ZBT SRAM)，并且其以与处理器全局时钟相同或可比较的速度计时。然而，本发明的实施例无意限于ZBT SRAM存储器配置，相反可以用本领域公知的方式来实现各种其他存储器配置来实现用于此处所描述的重建存储器501的数据存储器。
在图5的示例中，重建处理器501包括以下输入端口：象素、象素位置、X射线点位置、M1 z、M2 z、数据有效、复位、M1数据输入和M2数据输入。重建处理器501还包括以下输出端口：M1地址、M1数据输出、M1写使能、M2地址、M2数据输出和M2写使能。下面在表1和表2中分别提供了对输入和输出端口的简要说明。
                      表1
输入端口 说明
象素 X射线透射数据
象素位置 象素的X、Y和Z坐标
X射线点位置 X射线点的X、Y和Z坐标
M1 z 被写到存储器M1的重建层的Z坐标
M2 z 被写到存储器M2的重建层的Z坐标
数据有效 指示上述5个输入端口具有有效数据
复位 复位系统并将重建存储器清零
M1数据输入 来自由M1地址所指定的重建存储器M1的体素
M2数据输入 来自由M2地址所指定的重建存储器M2的体素
     表2
输出端口 说明
M1地址 读或写重建存储器M1的地址
M1数据输出 写入由M1地址所指定的重建存储器M1的体素
M1写使能 写使能：指示存储器M1的写或读操作
M2地址 读或写重建存储器M2的地址
M2数据输出 写入由M2地址所指定的重建存储器M2的体素
M2写使能 写使能：指示存储器M2的写或读操作
重建处理器501的输入端口“象素”接收由成像器502捕获的射线照相图像(例如X射线图像)的象素。例如，可以以特定频率(例如每秒2千万象素、每秒2千5百万象素、每秒5千万象素或每秒1亿象素)在象素端口接收这样的射线照相图像的象素。虽然在某些实施例中可能不是每次从成像器502接收一个象素(而可能是作为象素组或包而接收)，为了便于解释此实施例，可以假定以相对很高的频率每次接收一个象素。输入端口“象素位置数据”接收与所接收象素相关的X、Y和Z坐标。例如可以从控制器503接收这样的象素位置数据。类似地，输入端口“X射线点位置”接收成像器502的X射线点的X、Y和Z坐标。更具体而言，X射线点位置数据标识出产生此象素的X射线束的发生位置(例如图1A-1B的X射线源20的位置)。例如可以从控制器503接收这种X射线点位置数据。
输入端口“M1 z”接收被写到存储器M1的重建层的Z坐标的标识，而输入端口“M2 z”接收被写到存储器M2的重建层的Z坐标的标识。作为例子，可以从分析断面的PC(或其他计算设备)接收M1 z和M2 z，或者可以由从控制器503返回的平台位置来计算出M1 z和M2 z。应当注意到，对于被成像的对象(例如电路板)的不同区域M1 z和M2 z可能会改变。例如，对于给定的感兴趣的区域M1可能被固定到特定深度层，而当该感兴趣的区域改变时(此时将如下所述地进行“复位”)，M1 z可以改变并且为这个新的感兴趣的区域计算新的一组重建3D图像数据(体素)。输入端口“复位”可以接收信号以触发重建处理器501的复位，这可能包括清除(例如全部清零)存储重建断面图像数据的存储器504。也就是说，优选地，一旦在复位输入端口接收到复位信号(例如一个1)，重建处理器的状态就被初始化并且清除重建存储器的相关部分。应当理解到，在某些实现中重建存储器不需要被显式地清除，而是在复位后其数据可以重写在第一次写入上(因此，无需被显式地清除，存储器就可以被有效地清除)。
输入端口“M1数据输入”从由M1地址所指定的重建存储器M1接收体素，而输入端口“M2数据输入”从由M2地址所指定的重建存储器M2接收体素。如下面进一步描述的那样，在一个优选实施例中，重建处理器501使用象素位置、X射线点位置、以及M1 z和M2 z信息来确定所接收的象素将对其有贡献的体素，并且接着分别经由M1数据输入和M2数据输入端口从重建存储器M1和M2接收这些体素。也就是说，重建处理器使用接收到的象素位置、X射线点位置、以及M1 z和M2 z数据，来计算接收到的象素将对其有贡献的存储在M1中的第一深度层的体素的X和Y坐标以及存储在M2中的第二深度层的体素的X和Y坐标。一旦确定所接收到的象素将对哪些体素有贡献，重建处理器就可以输出这些体素的M1地址和M2地址(参见示例重建处理器501的输出)，并且这些M1地址和M2地址可以被访问以分别经由M1数据输入和M2数据输入端口检索出它们对应的体素数据。
在重建过程期间，部分(或不完全的)3D重建数据(体素)被存储到重建存储器M1和M2，并且当接收到象素时，检索出这些象素对其有贡献的恰当体素并且用这些象素的贡献将其更新。此后，更新的体素被写回到它们各自的存储器地址。因此，一旦经由端口M1数据输入和M2数据输入接收到体素数据，重建处理器就并行地向这些体素中的每一个应用接收到的象素的贡献(使用诸如移位相加算法或其他基于反投射的算法之类的图像处理算法)，并且分别将所得到的体素作为M1数据输出和M2数据输出而输出。更具体而言，存储器单元“M1地址”的被更新体素(已经向其应用所接收到的象素的贡献)被写回到该M1地址，而存储器单元“M2地址”的被更新体素被写回到该M2地址。
“M1写使能”和“M2写使能”输出端口输出信号，以控制它们各自的重建存储器。也就是说，M1写使能端口和M2写使能端口输出信号，以指示是否要在它们各自的存储器上进行读或写操作。例如，如果由M1写使能输出读信号(例如一个0)，则对M1地址进行读取，并且该M1地址的体素数据在端口M1数据输入处作为输入返回到处理器501。另一方面，如果由M1写使能输出写信号(例如一个1)，则对M1地址进行M1数据输出的写操作。
当对端口“数据有效”的输入指示输入端口“象素”、“象素位置”、“X射线点位置”、“M1 z”和“M2 z”的输入有效时(例如当对“数据有效”端口的输入为1时)，这些输入端口被视为有效。例如，从成像器502输出象素数据可能不时地发生中断，使得在“象素”输入端口没有接收到有效象素数据。例如，被检测对象(例如电路板)可能在成像器502中被移动(例如重定位)，在此期间没有有效数据可以输入到处理器501的一个或者多个输入端口中。“数据有效”指示在输入端口处是否可以得到有效数据的其他原因是，成像器可能具有与处理器510不同的数据速率，或者由于图像传感器为曝光而暂停数据发送并且为读取而恢复数据发送而使得图像传感器数据可能出现突发。
当“数据有效”端口指示输入为有效时，输入优选地存储在作为重建处理器501一部分的先入先出(“FIFO”)存储器中，如同下面结合图6所描述的那样。在图5的示例实现中，对于接收到的每个有效输入象素，重建处理器501从重建存储器进行读和写二次操作，使得为每个有效输入象素耗费两个全局时钟周期。也就是说，一旦重建处理器501接收到象素，则重建处理器501检索(读取)该象素将对其有贡献的体素数据(作为图5示例中的“M1数据输入”和“M2数据输入”)，并且在将所接收到的象素的贡献应用到这些检索出的体素后，将所得到的体素写回到它们各自的存储器地址。因此，有效输入象素的最大速率优选地被实现为不超过全局时钟速度的一半，以确保FIFO存储器不会溢出。一般而言，假定与单个固定视场相关的输入采样(象素、象素位置、X射线点位置、M1 z和M2 z)可以以任意顺序到达。
图6更详细地示出了重建处理器501的示例实现的框图。在此示例实现中，处理器501包括FIFO和SYNC块601，以及并行重建流水线602和603。也就是说，此示例框图图示了两个重建存储器M1和M2被并行更新。M1流水线602包括反投射块604A和相加到存储器块605A，而M2流水线603包括第二反投射块604B和第二相加到存储器块605B。反投射块604A和相加到存储器块605A为存储器M1处理接收到的象素，而同时第二反投射块604B和第二相加到存储器块605B为存储器M2处理相同的象素(但使用不同的Z参数)。第二反投射块604B和第二相加到存储器块605B是反投射块604A和相加到存储器块605A的(硬件)拷贝。一个优选实现使用如上简要说明的流水线化体系结构，来为重建存储器获得最大总线利用率。
作为可以在本发明一个实施例中实现的流水线阶段的示例，在第一流水线阶段中多个输入“象素”、“象素位置”、“X射线点位置”、M1 z和M2 z被接收到FIFO和Sync块601中，接着在下一个流水线阶段中被输出到反投射604A块和第二反投射块604B中。响应于“数据准备好”信号，反投射块604A和第二反投射块604B确定其各自深度层中所接收象素对其有贡献的体素，并将该“地址”输出到相加到存储器块605A和第二相加到存储器块605B。在下一个流水线阶段，相加到存储器块605A和第二相加到存储器块605B读入所确定的体素(分别作为M1数据输入和M2数据输入)，并且在最后的流水线阶段中相加到存储器块605A和第二相加到存储器块605B将所接收象素的贡献应用到检索到的体素，并且将所得到的体素写回到其存储器地址(分别到M1地址和M2地址)。应当理解到这些粗分的流水线阶段可以使用更细分的流水线阶段来实现。
FIFO和SYNC块601为接收到的输入象素、象素位置、X射线点位置、M1 z和M2 z存储有效输入数据。当FIFO包含数据时，当前的FIFO数据被输出并锁存两个时钟周期。应当想到如上所述，一个优选实施例使用两个时钟周期利用接收到的象素来更新体素(在一个时钟周期从存储器读取接收到的象素对其有贡献的恰当体素，而在第二时钟周期将已经向其应用该象素贡献的被更新体素写回存储器)。输出端口“数据准备好”在第一时钟周期变高，而在第二时钟周期变低。如果希望，FIFO和SYNC块601还可以用“奇”或“偶”时钟周期来同步块的输出。
在合适的同步延迟后，FIFO和SYNC块601从FIFO和SYNC块601分别向反投射块604A和第二反投射块604B输出接收到的象素、象素位置和X射线点位置，示出为“象素输出”、“象素位置输出”和“X射线点输出”。此外，FIFO和SYNC块601向反投射块604A输出M1 z并且向第二反投射块604B输出M2 z。FIFO和SYNC块601还向反投射块604A和第二反投射块604B输出“数据准备好”信号，以指示何时上述数据是新的和有效的。
反投射块604A确定存储器M1被更新的重建存储器地址，以及将被加到该存储器地址的当前内容的加权象素值。也就是说，反投射块604A确定“z位置”(其对应于由FIFO和SYNC块601接收的“M1 z”)处体素的X和Y坐标，所述“z位置”的体素被从X、Y和Z坐标的“X射线点位置”行进到X、Y和Z坐标的“象素位置”的X射线束贯穿。因此，反投射块604A使用接收到的位置数据(象素位置、X射线点位置和z位置)来确定存储器M1中所接收象素对其有贡献的体素。如果在此“z位置”有两个或更多体素被贯穿，那么选择单个体素(例如，“最接近”象素位置的体素)。接着确定与所选择的M1的体素相对应的存储器地址，并由反投射块604A输出此地址。虽然本发明不排除使用其他算法来计算体素地址，但在优选实现中使用了反投射重建方法。如果反投射块604A选择一个在重建存储器中没有表示的体素，则产生一个固定的范围外的地址。在某些实施例中，反投射块604A可以输出与体素和X射线束相交的体积相对应的加权象素。然而，在其他实施例中，所有接收到的象素可以在重建过程中平等地加权。反投射块604A的输出被同步，以使得如果“数据准备通过(data ready thru)”信号在时钟周期t变高，则将在时钟周期t和t+1保持“地址”和“加权象素”的有效值。因此，在优选实施例中，为同步目的而使用此“数据准备通过”信号。例如，可以在反投射块604A内“数据准备好”和“数据准备通过”之间插入延迟器(寄存器)，使得准备通过的数据将与输出同步。第二反投射块604B以与反投射块604A的上述方式相似的方式工作，除了使用M2 z位置来确定存储器M2中所接收象素对其有贡献的体素。
相加到存储器块605A读取由反投射块604A输出的“存储器地址”的当前内容，向读取的值应用“加权象素”的贡献，并将和写回该“存储器地址”。根据所实现的图像处理算法，“加权象素”的贡献可以按多种不同方式中的任何一种应用到体素，所述多种不同的方式例如是将象素的值相加到体素，或者将为该体素读取的象素的最大值应用到此体素。因此，相加到存储器块605A检索存储器M1中反投射块604A确定该象素对其有贡献的体素，接着相加到存储器块605A向此检索的体素应用所接收象素的贡献，并且将所得到的体素写回到其存储器地址。第二相加到存储器块605B以与相加到存储器块605A的上述方式相似的方式工作，除了使用由第二反投射块604B所确定的存储器M2的体素。
因为在此示例实现中对重建处理器601的输入采样(象素)是任意的，由相加到存储器块605A所更新的存储器地址也将是任意的。也就是说，在此示例实现中体素以随机方式被重建。因此，在处理交替的读和写中，注意避免这样的可能性，即当前的存储器更新操作从一个还没有被前面的存储器更新操作写入的存储器地址进行读取。ZBT SRAM或无总线延迟SRAM(NoBL SRAM)允许交替的读和写而不会有任何总线死循环。换句话说，ZBT SRAM每个时钟周期都可以读或写以达到百分之百的总线效率。在此示例实现中为了避免可能的数据出错(data corruption)，在读取之后的下一个时钟周期上将更新的值写入是很重要的。因为体素的更新可以利用硬件相加操作(将所接收象素的贡献相加到从M1检索出的体素)来进行，在这样的实现中可以满足一个周期的定时要求。相加到存储器块605A优选地以这种方式来实现。
在许多实现中，可以放宽与交替的存储器读和写相关的要求。一般而言，存储器访问将不是任意的，而是将遵循预定的模式或者或多或少有一定规律。本发明的实施例能够实现任何希望的模式，其可以根据被检测对象的类型而变化。也就是说，重建处理器501足够灵活以能够接收任何随机模式的象素，而通常被使用的特定模式是预定的。如果某种类型的模式被用来捕获对象的象素和/或向重建处理器传送这些象素，那么可以放宽重建处理器的部分设计限制。例如，可以使用一种消除数据出错可能性的连续存储器访问的预定模式来实现移位相加重建算法(或其他基于反投射的重建算法)。也就是说，可以使用预定模式来捕获射线照相图像并将其象素传送给重建处理器501，使得将不会发生数据出错。因此，在存储器访问不是任意的情况下，重建处理器501可以被实现为具有很高的存储器总线利用率，其不会有上述的专用存储器和定时要求。因此，在某些实施例中，重建处理器501可以被配置成与多个不同的接收象素的预定模式(例如不向重建处理器输入对同一体素有贡献的两个连续象素的模式)中的任何一个一起使用。如此处所述的一个优选实施例被配置成能够从射线照相成像系统接收任何随机模式的象素，并且以此处所述的方式高效率地处理这些象素，由此提供了利用许多不同类型的射线照相成像系统配置的极大的灵活性和适用性。
另外，应当认识到对上述示例实现可以做出各种其他修改。例如，可以使用诸如SDRAM、DDR DSRAM和/或QDR SDRAM之类的更多传统存储器来替代或者补充ZBT SRAM，用于存储重建的图像数据(体素)。此外，虽然上述示例实现在紧接在读取被修改体素的时钟周期之后的时钟周期中对该体素进行写操作，但在某些其他实现中存储器更新的写操作可能在读操作后经过许多时钟周期才发生(例如，如果使用连续存储器访问的预定模式而非随机存储器访问来实现，或者如果附加的硬件处理解决了可能发生数据出错的问题)。另一个避免数据出错的相对简单的方法是使用比存储器时钟较慢的处理器时钟(使得对每个象素都有若干个存储器周期)。
而且，虽然图6的示例实现每次接收一个象素(例如，每两个重建处理器的时钟周期接收一个象素)，各种其他实现可能在单个时钟周期中能够接收多个象素。此外，在某些实现中(例如基于移位相加的实现)，多个象素可以被并行地应用到多个体素。此外，某些实现可以利用存储器突发操作来增大存储器总线利用率。如同本领域公知的那样，从存储器数据表：对于给定的“读”或“写”命令，突发长度确定了可以被访问的列单元的最大数目。作为示例，1、2、4或8单元的突发长度对于顺序或者交替的突发类型两者都可用，而整页的突发对于顺序类型可用。结合“突发终止”命令使用整页突发以产生随机突发长度。某些实现可以包括更精细的存储器接口，例如包括固件缓存机制。
现在参考图7，其示出了其中可以实现本发明实施例的检测系统配置700的示例概要图。如所示，检测系统700包括X射线成像器502、固定模式噪声校正单元701、几何校准单元702、重建处理器501和重建存储器504。在典型的检测系统中，由成像器502输出的图像数据可能需要被校准。因此，固定模式噪声校正单元701和几何校准单元702可以被包括进来，用于在图像数据被重建处理器501处理之前对其进行校准。例如，基于数字的成像器一般包括几个模数(A/D)转换器，每个都具有与其相关联的不同增益。因此，固定模式噪声校正单元701为成像器502中的不同A/D转换器进行增益调整。此外，因为图像传感器的制造缺陷图像数据可能丢失某些象素，它们的值必须被插入。因此，固定模式噪声校正单元701可以检测丢失的象素并通过本领域公知的技术插入它们的值。因为象素离X射线源越远则亮度减小，所以几何校准单元702可调节亮度。作为示例，固定模式噪声校正单元701和几何校准单元702可以被实现为分开的设备，或者它们可以包括在其中实现重建处理器501的相同FPGA中。
应当认识到本发明的实施例是可扩展的。更具体而言，它们在两个方向上可扩展。例如，此处描述的重建处理器的实施例可以在检测系统内重复以增加Z层重建存储器的数量。图8示出了示例配置800，其中通过包括两个重建处理器501A和501B而将重建存储器的数量增大两倍。重建处理器501A可以按以上示例中描述的方式来实现，其中它可以接收象素和位置数据801并且使用这些象素和位置数据来并行地重建多个深度层。重建处理器501A的重建图像数据(体素)存储在重建存储器504A中。在此示例中，重建存储器504A包括存储器M1A、M2A、M3A和M4A，每一个都用于存储与被检测对象的特定深度层相关联的重建图像数据。此外，还实现了第二重建处理器501B，其也可以接收象素和位置数据801并且使用这些象素和位置数据来并行地重建多个深度层。重建处理器501B的重建图像数据(体素)存储在重建存储器504B中。在此示例中，重建存储器504B包括存储器M1B、M2B、M3B和M4B，每一个都用于存储与被检测对象的特定深度层相关联的重建图像数据。因此，通过增加第二重建处理器501B，而将重建存储器的总数加倍。应当认识到，重建处理器501A和501B可以并行地运行，使得性能随着重建处理器的数量而线性地提高。
假定象素和位置输入全部都与相同的视场相关联，象素和位置输入总线的数量也可以扩展。图9示出了示例配置900，其中通过包括两个象素和位置输入总线901和902，而使所使用的象素和位置输入总线的数量增大两倍。在图9所示的示例中，为每个象素和位置总线使用单独的重建处理器。更具体而言，重建处理器501A被耦合到象素和位置总线901，而重建处理器502耦合到象素和位置总线902。在此示例中，重建存储器504A耦合到重建处理器501A并包括存储器M1A、M2A、M3A和M4A，每一个都用于存储与被检测对象的特定深度层相关联的重建图像数据。此外，重建存储器504B耦合到重建处理器501B并包括存储器M1B、M2B、M3B和M4B，每一个都用于存储与被检测对象的特定深度层相关联的重建图像数据。在此示例中，存储器M1A和M1B为共同的Z层存储重建图像数据，存储器M2A和M2B、存储器M3A和M3B以及存储器M4A和M4B也同样如此。
在此配置中，重建存储器504A存储来自象素总线901的反投射的和，而重建存储器504B存储来自象素总线902的反投射的和。一旦已经由重建处理器501A和501B处理了一个视场的所有象素，就将重建存储器504A和504B加到一起以得到最终的重建图像。也就是说，将存储器M1A和M1B一起求和(或者进行其他处理，例如通过识别最大值并将此最大值应用到该体素)来产生第一深度层的重建图像，将存储器M2A和M2B一起求和(或者根据重建算法进行其他处理)来产生第二深度层的重建图像，将存储器M3A和M3B一起求和(或者进行其他处理)来产生第三深度层的重建图像，将存储器M4A和M4B一起求和(或者进行其他处理)来产生第四深度层的重建图像。应当认识到，重建处理器501A和501B并行地运行使得性能随着重建处理器的数量而线性地提高，除了用于将重建处理器的存储器对求和(或进行其他处理)的相对较小的额外开销。
考虑到上述方面，本发明的实施例提供了优于现有图像处理技术的几个优点。首先，本发明的实施例能够同时重建被检测对象的几个不同的深度层(或“Z层”)。在需要几个深度层来分析的情况下，这种同时的重建提高了性能。
本发明的实施例通过使精确定位或者范围查找硬件变得不必要，可以降低系统成本。例如，可以并行地重建相近区域中的一组深度层，并且可以从算法上确定所希望的深度层。例如，可以使用自动聚焦或相关算法来从该组重建层中确定所希望的层。因此，本发明的实施例可以有助于用于查找和检测对象的特定深度层的低成本实现。例如在印刷电路板检测中，对于每个视场而言一般需要检测少量的特定深度层。作为示例，共同的检测层是该板表面上的焊点，以及球栅阵列的顶部和底部。一种通常用来获得单个聚焦重建的方法是使用昂贵的精确定位硬件来将所希望的深度层置于已知高度。然而，本发明的实施例可以用来并行地重建几个适当选择的深度层，并且从算法上确定与所希望的深度层或者诸如PC板顶部的参考层最对应的那个深度层，由此消除(或者减小其复杂度)所要求的定位硬件。
本发明的某些实施例以小于或等于重建处理器全局时钟速率一半的象素采样速率来实时地处理输入象素。在这个意义上，“实时”地处理输入象素意味着所接收象素在固定的不变时间量(例如两个时钟周期)中被处理，来并行地将此象素的贡献应用到多个不同深度层的体素。例如在一个实施例中，对于每两个连续的全局时钟周期，可以从FIFO将象素读入到计算流水线中，并且同时将发生与前一象素相对应的多个重建存储器更新操作。因此，从FIFO读取象素之时直到与该象素相对应的重建存储器更新被完成，有相对较少的固定等待时间。如上所述，在某些实施例中，重建处理器可以按每两个时钟周期一个象素的速率将象素接收到其处理流水线中，并且每个象素花费很少的固定时间(例如20个时钟周期)以在流水线中被完全地处理。实时重建是一个很清楚的优点，这在许多应用中都是很关键的。具体而言，自动X射线检测系统在诸如生产环境的许多环境中的实用性取决于吞吐量。
本发明实施例的另一个优点是提供了通用(或灵活)图像重建器，其可以与各种不同射线照相成像系统配置中的任何一种一起使用，并且/或者可以在其中实现各种不同图像处理技术中的任何一种，以处理所接收象素来重建断面图像。本发明的一个优选实施例提供了一种图像重建器，其可操作来为各种不同射线照相成像系统配置中的任何一种提供高效率的图像重建(例如使用多个断面的平行重建)。因此，优选实施例的图像重建器的操作不依赖于特定的射线照相成像系统配置(例如特定的扫描路径和步进模式、检测器阵列布置等)来提供多个断面的并行重建。相反，在优选实施例中图像重建器可以操作来从射线照相成像系统接收任意象素(即以任何顺序接收象素)，确定多个断面的每一个中所接收象素对其有贡献的体素，并且分别向所确定的体素中的每一个应用该象素的贡献。因此，射线照相成像系统不需要按特定方式来配置以允许优选实施例的图像重建器的并行处理，相反，输出被检测对象的数字图像数据(象素)的多个不同射线照相成像系统配置中的任何一个都可以与图像重建器一起使用。
例如，某些实施例能够为包括不规则的传感器和/或捕获象素的不规则顺序的成像系统进行深度层的并行重建。作为可能实现的不规则传感器的示例，传感器可能是非邻接的。例如，图10A-10C示出了示例性的非邻接传感器配置。图10A示出了第一个非邻接传感器30A，其包括的传感器阵列被布置成其中有孔(或没有传感器)1001的十字图案。图10B示出了另一个非邻接传感器30B，其包括的传感器阵列被布置成其中有孔(或没有传感器)1002和1003的矩形图案。另一个示例是使用几个非邻接的线传感器，如图10C中的传感器布置30C，其用来最小化传感器成本并且通过移动对象来从多个角度获得视图；对本发明实施例的输入坐标可以在数学上进行转换以考虑对象的移动。在成像系统中可以采用各种其他非邻接传感器布置，并且本发明实施例(例如图6的实施例)的重建处理器可以与这些非邻接传感器布置一起操作，而以上述方式来并行地重建多个深度层。这种非邻接传感器布置在某些应用中可能是所希望的，例如在将某些对象成像中。
此外，在优选实施例的图像重建器上可以实现用于重建断面图像的各种不同图像处理技术中的任何一种。例如，各种反投射和其他图像处理技术是本领域公知的，并且在优选实施例的图像重建器上可以实现多种不同类型的图像处理技术中的任何一种。例如，可以利用任何这样的图像处理技术(例如基于反投射的技术，包括移位相加技术)，其可以在图6示例的反投射块604A内操作来接收输入到此反投射块604A的信息，并且使用这些信息来将象素的贡献应用到深度层的体素。因此，多个深度层的并行重建不是只限于特定重建算法，而是使各种不同重建算法中的任何一种都能够被利用(例如，可以选择性地利用为特定应用定制的重建算法)。
本发明实施例的另一个优点是它们可以扩展。例如，通过增加所实现的重建处理器的数量，可以增加重建存储器的总数(如以上参考图8所述的那样)。此外，输入象素总线的数量也是可扩展的(如以上参考图9所述的那样)。
考虑到上述方面，应当认识到本发明的实施例可以提供以下特征中的一个或多个(例如全部)：1)射线照相成像系统可以以任意顺序捕获象素；2)可以实现各种不同重建方法(例如各种不同的基于反投射的算法)中的任何一种；3)在射线照相成像系统中可以实现不规则(例如非邻接)的检测器布置；和4)可以由射线照相成像系统捕获并且由重建处理器处理非常大的射线照相图像(例如，射线照相成像系统中的检测器可能能够捕获非常大的象素矩阵)。除了以上列举的特征，本发明的实施例能够使象素被处理，以使得其贡献被并行地应用到对象的多个深度层(例如，在重建多个深度层的体素中)。
虽然已经详细描述了本发明及其优点，但应当理解到此处可以做出各种变化、替换和改变而不会背离由所附权利要求界定的本发明的精神和范围。此外，本申请的范围无意被限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质的组成、装置、方法和步骤的具体实施例。如同本领域普通技术人员将很容易从本发明的公开中认识到的，根据本发明可以利用现在存在或以后将开发的、与此处描述的相应实施例执行基本相同的功能或者获得基本相同的结果的过程、机器、制造、物质的组成、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求意于将这些过程、机器、制造、物质的组成、装置、方法或步骤包括到其范围内。

Claims (24)

1.一种从对象的射线照相图像重建所述对象的断面图像的方法，所述方法包括：
在图像重建处理器处接收对象的射线照相图像的象素，所述图像重建处理器可以操作来处理所述被接收的象素以重建所述对象的断面图像，其中由所述图像重建处理器进行的所述处理不依赖于接收所述象素的顺序；
对至少第一被接收的象素，所述图像重建处理器确定所述至少第一被接收的象素对其有贡献的多个体素；以及
所述图像重建处理器并行地向所述多个体素应用所述至少第一被接收的象素的贡献。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
对每个被接收的象素，所述图像重建处理器确定所述被接收的象素对其有贡献的多个体素，并且所述图像重建处理器并行地向所述被接收的象素对其有贡献的所述多个体素应用所述被接收的象素的贡献。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述多个体素包括：
所述对象的第一层的第一体素和所述对象的第二层的第二体素。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：
接收位置数据，并且将所述位置数据用于所述确定所述多个体素的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述位置数据包括从象素位置数据和X射线点位置数据构成的组中选择的至少一个数据。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述对象包括电路板。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述射线照相图像包括X射线图像。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述并行地向所述多个体素应用所述至少一个象素的贡献的步骤还包括：
从存储器中检索所述多个体素；
向所述多个体素应用所述至少一个象素的贡献；以及
将被所述至少一个象素的贡献修改了的所述多个体素写到所述存储器。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述向所述多个体素应用所述至少一个象素的贡献的步骤包括：
使用基于反投射的算法。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述向所述多个体素应用所述至少一个象素的贡献的步骤，包括使用从反投射技术、移位相加技术和平均技术构成的组中选择的一种技术。
11.一种从对象的射线照相图像重建所述对象的断面图像的方法，所述方法包括：
在图像重建处理器处接收对象的射线照相图像的至少一个象素；
在所述图像重建处理器处为所述至少一个象素接收相关的位置数据；
所述图像重建处理器至少部分地基于所述被接收的位置数据来确定所述对象的第一层的第一体素，其中所述至少一个象素对所述第一体素有贡献；
所述图像重建处理器至少部分地基于所述被接收的位置数据来确定所述对象的第二层的第二体素，其中所述至少一个象素对所述第二体素有贡献；以及
所述图像重建处理器并行地分别向所述第一体素和所述第二体素应用所述至少一个象素的贡献。
12.如权利要求11所述的方法，包括：
在所述图像重建处理器处接收所述射线照相图像的多个象素；
在所述图像重建处理器处为所述多个象素中的每一个接收相关的位置数据；
对所述多个象素中的每一个，所述图像重建处理器至少部分地基于与所述象素有关的所述被接收的位置数据，来确定所述对象的第一层的第一体素，其中所述象素对所述第一体素有贡献；
对所述多个象素中的每一个，所述图像重建处理器至少部分地基于与所述象素有关的所述被接收的位置数据，来确定所述对象的第二层的第二体素，其中所述象素对所述第二体素有贡献；以及
对所述多个象素中的每一个，所述图像重建处理器并行地向所述第一体素和所述第二体素应用所述被确定的所述象素的贡献。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述相关的位置数据包括从象素位置数据和X射线点位置数据构成的组中选择的至少一个数据。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述图像重建器并行地分别向所述第一体素和所述第二体素应用所述至少一个象素的贡献的步骤还包括：
从存储器中检索所述第一和第二体素；
向所述第一和第二体素应用所述被确定的所述至少一个象素的贡献；以及
将被所述至少一个象素的贡献修改了的所述第一和第二体素写到所述存储器。
15.如权利要求11所述的方法，其中所述图像重建处理器并行地分别向所述第一体素和所述第二体素应用所述至少一个象素的贡献的步骤包括：
使用基于反投射的算法。
16.一种重建处理器，包括：
至少一个输入端口，用于接收对象的射线照相图像的象素；
至少一个输入端口，用于接收与被接收的象素相关的位置数据；图像处理逻辑，可操作以至少部分地基于被接收象素的所述被接收位置数据，来确定所述对象的第一层的第一体素和所述对象的第二层的第二体素，其中所述被接收的象素对所述第一体素和所述第二体素有贡献，并且
所述图像处理逻辑可操作来并行地分别向所述第一体素和所述第二体素应用所述被接收的象素的贡献。
17.如权利要求16所述的重建处理器，还包括：
第一存储器，所述第一存储器可通信地耦合到所述重建处理器以存储所述对象的所述第一层的体素；和
第二存储器，所述第二存储器可通信地耦合到所述重建处理器以存储所述对象的所述第二层的体素。
18.如权利要求17所述的重建处理器，其中用于接收位置数据的所述至少一个输入端口包括：
至少一个输入端口，用于接收数据，所述数据识别所述对象的所述第一层的深度坐标；和
至少一个输入端口，用于接收数据，所述数据识别所述对象的所述第二层的深度坐标。
19.如权利要求17所述的重建处理器，其中所述图像处理逻辑包括：
至少一个输入端口，用于从所述第一存储器检索所述第一体素；
至少一个输入端口，用于从所述第二存储器检索所述第二体素。
20.如权利要求19所述的重建处理器，其中所述图像处理逻辑包括：
至少一个输出端口，用于将已经对其分别应用了所述被接收象素的贡献的所述第一体素写到所述第一存储器；和
至少一个输出端口，用于将已经对其分别应用了所述被接收象素的贡献的所述第二体素写到所述第二存储器。
21.如权利要求16所述的重建处理器，其中所述图像处理逻辑包括基于反投射的算法，所述基于反投射的算法用于分别向所述第一体素和所述第二体素应用所述被接收的象素的所述贡献。
22.一种从对象的射线照相图像重建所述对象的断面图像的系统，所述系统包括：
用于捕获对象的象素的装置，其中用于捕获的所述装置包括非邻接传感器布置；和
用于处理由所述捕获装置所捕获的象素以并行地重建所述对象的多个深度层的装置。
23.如权利要求22所述的系统，其中所述处理装置并行地向多个体素应用由所述捕获装置所捕获的所述象素的贡献。
24.如权利要求23所述的系统，其中所述多个体素包括所述对象的不同层的体素。
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