TWI797891B - 成像方法及成像系統 - Google Patents
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Abstract
本文公開了一種方法,所述方法包括:向同一場景發送輻射束組(i, j),i=1、......、M和j=1、......、Ni,其中,每個輻射束組都包括同時發送的多個平行扇形輻射束,其中,對於i的每個值,所述輻射束組(i,j),j=1、......、Ni彼此平行並且一次發送一組,並且其中,具有不同的i值的兩個相應輻射束組中的任何兩個輻射粒子路徑都不彼此平行;對於i=1、......、M和j=1、......、Ni,用所述輻射束組(i, j)的輻射捕獲所述場景的局部圖像(i, j);對於i的每個值,拼接所述局部圖像(i,j),j=1、......、Ni;以及從所述拼接圖像(i), i=1、......、M重構所述場景的3維圖像。
Description
本發明是有關於一種成像方法及成像系統。
輻射檢測器是一種測量輻射性質的裝置。性質的示例可以包括輻射的強度、相位和偏振的空間分佈。輻射可以是已經與物體相互作用的輻射。例如,由輻射檢測器測量的輻射可以是已經穿透物體的輻射。輻射可以是電磁輻射,例如紅外光、可見光、紫外光、X射線或γ射線。輻射也可以是其它類型,例如α射線和β射線。成像系統可以包括具有多個輻射檢測器的圖像感測器。
本文公開了一種方法,所述方法包括:向同一場景發送輻射束組(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni,其中,M和Ni,i=1、......、M是大於1的整數,其中,所述輻射束組(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni中的每個輻射束組都包括同時發送的多個平行扇形輻射束,其中,對於i的每個值,所述輻射束組(i,j),j=1、......、Ni的所述扇形輻射束彼此平行,其中,對於i的每個值,所述輻
射束組(i,j),j=1、......、Ni一次發送一組,並且其中,對於1、......、M中的任何不同的i1和i2,所述輻射束組(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni中的相應的輻射束組(i1,j),j=1、......、Ni1和輻射束組(i2,j),j=1、......、Ni2的任何兩個輻射粒子路徑都不彼此平行;對於i=1、......、M和j=1、......、Ni,用所述輻射束組(i,j)的輻射捕獲所述場景的局部圖像(i,j);對於i的每個值,拼接所述局部圖像(i,j),j=1、......、Ni,從而得到所述場景的拼接圖像(i);以及從所述拼接圖像(i),i=1、......、M重構所述場景的3維圖像。
在一方面,對於i的每個值,所述向同一場景發送所述輻射束組(i,j),j=1、......、Ni包括:(A)在同一輻射源與所述場景之間以及(B)在垂直於所述輻射束組(i,j),j=1、......、Ni的法線方向(i)上平移同一準直器。
在一方面,所述準直器包括多個平行狹縫,所述多個平行狹縫被配置為允許入射在所述多個平行狹縫上並平行於所述多個平行狹縫的所述輻射源的輻射穿過所述準直器。
在一方面,所述準直器的多個平行狹縫等距間隔開。
在一方面,對於i的每個值和j的每個值,當捕獲所述局部圖像(i,j)時,(A)與所述多個平行狹縫中的任何狹縫相交並且(B)平行於所述多個平行狹縫中的任何狹縫的任何平面與所述輻射源相交。
在一方面,所述發送包括:當所述輻射源相對於場景靜止時,相對於所述場景移動所述準直器。
在一方面,所述發送包括:當所述輻射源和所述準直器相對於彼此靜止時,相對於所述場景移動所述輻射源和所述準直器。
在一方面,使用圖像感測器進行所述捕獲,從而使得所述輻射束組(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni在到達所述圖像感測器之前到達所述場景,並且所述圖像感測器包括捕獲所有所述局部圖像(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni的有效區域。
在一方面,所有Ni,i=1、......、M都是相同的。
在一方面,對於i的每個值,基於所述輻射束組(i,j),j=1、......、Ni的所有扇形輻射束相對於彼此的相對位置進行所述拼接局部圖像(i,j),j=1、......、Ni。
本文公開了一種成像系統,所述成像系統包括:輻射束發生器,所述輻射束發生器被配置為向同一場景發送輻射束組(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni,其中,M和Ni,i=1、......、M是大於1的整數,其中,所述輻射束組(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni中的每個輻射束組都包括同時發送的多個平行扇形輻射束,其中,對於i的每個值,所述輻射束組(i,j),j=1、......、Ni的所述扇形輻射束彼此平行,其中,對於i的每個值,所述輻射束組(i,j),j=1、......、Ni一次發送一組,並且其中,對於1、......、M中的任何不同的i1和i2,所述輻射束組(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni中的相應的輻射束組(i1,j),j=1、......、Ni1和輻射
束組(i2,j),j=1、......、Ni2中的任何兩個輻射粒子路徑都不彼此平行;以及,圖像感測器,所述圖像感測器被配置為對於i=1、......、M和j=1、......、Ni,用所述輻射束組(i,j)的輻射捕獲所述場景的局部圖像(i,j),對於i的每個值,拼接所述局部圖像(i,j),j=1、......、Ni,從而得到所述場景的拼接圖像(i),以及從所述拼接圖像(i),i=1、......、M重構所述場景的3維圖像。
在一方面,所述輻射束發生器包括輻射源和準直器,並且,對於i的每個值,所述準直器被配置為(A)在所述輻射源與所述場景之間並且(B)在垂直於所述輻射束組(i,j),j=1、......、Ni的法線方向(i)上平移。
在一方面,所述準直器包括多個平行狹縫,所述多個平行狹縫被配置為允許入射在所述多個平行狹縫上並平行於所述多個平行狹縫的所述輻射源的輻射穿過所述準直器。
在一方面,所述準直器的多個平行狹縫等距間隔開。
在一方面,對於i的每個值和j的每個值,當所述圖像感測器捕獲所述局部圖像(i,j)時,(A)與所述多個平行狹縫中的任何狹縫相交並且(B)平行於所述多個平行狹縫中的任何狹縫的任何平面與所述輻射源相交。
在一方面,所述準直器被配置為當所述輻射源相對於場景靜止時,所述準直器相對於所述場景移動。
在一方面,所述輻射源和所述準直器被配置為當所述輻射源和所述準直器相對於彼此靜止時相對於所述場景移動。
在一方面,所述圖像感測器包括被配置用來捕獲所有所述局部圖像(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni的有效區域。
在一方面,所有Ni,i=1、......、M都是相同的。
在一方面,對於i的每個值,所述圖像感測器被配置為基於所述輻射束組(i,j),j=1、......、Ni的所有扇形輻射束相對於彼此的相對位置來拼接所述局部圖像(i,j),j=1、......、Ni。
100:輻射檢測器
110:輻射吸收層
111:第一摻雜區
112:本徵區
113:第二摻雜區
114:離散區
119A、119B:電極
120:電子器件層
121:電子系統
130:填充材料
131:通孔
150:圖元、感測元件
190:有效區域
195:周邊區
200:封裝
400、450:PCB
405:區域
410:接合線
488:死區
490:圖像感測器
500:成像系統
502、824:法線方向
510:輻射束發生器
511a、511b、512a、512b、513a、513b、721a、721b、722a、722b、723a、723b:扇形輻射束
530:場景
532:物體
611:第一局部圖像
611a、611b、612a、612b、613a、613b:信號區域
611ai、611bi、612ai、612bi、613ai、613bi:局部圖像
611ns、612ns、613ns:非信號區
612:第二局部圖像
613:第三局部圖像
630:第一拼接圖像
632:拼接圖像
800:流程圖
810、820、830、840:步驟
810:輻射源
820:準直器
817:輻射
821、822:狹縫
圖1示意性地示出了根據實施例的輻射檢測器。
圖2A示意性地示出了根據實施例的輻射檢測器的簡化剖視圖。
圖2B示意性地示出了根據實施例的輻射檢測器的詳細剖視圖。
圖2C示意性地示出了根據可替換實施例的輻射檢測器的詳細剖視圖。
圖3示意性地示出了根據實施例的包括輻射檢測器和印刷電路板(PCB)的封裝的俯視圖。
圖4示意性地示出了根據實施例的包括安裝到系統PCB(印刷電路板)的圖3的封裝的圖像感測器的剖視圖。
圖5A至圖7C圖示了根據實施例的使用圖4的圖像感測器的成像會話。
圖8示出了概括成像會話的流程圖。
圖9至圖10示出了根據不同實施例的成像會話中使用的輻射束是如何產生的。
輻射檢測器
作為示例,圖1示意性地示出了輻射檢測器100。輻射檢測器100可以包括圖元150(也稱為感測元件150)陣列。該陣列可以是矩形陣列(如圖1所示)、蜂窩陣列、六邊形陣列或任何其它合適的陣列。圖1的示例中的圖元150陣列有4列7行;然而,通常,圖元150陣列可以具有任意數量的行和任意數量的列。
每個圖元150可以被配置為檢測從輻射源(未示出)入射在其上的輻射,並且可以被配置為測量輻射的特性(例如,粒子的能量、波長和頻率)。輻射可以包括粒子,例如光子和亞原子粒子。每個圖元150可以被配置為在一段時間內對入射在其上的能量落在多個能量區間中的輻射粒子的數量進行計數。所有圖元150可以被配置為在同一段時間內對多個能量區間內的入射在其上的輻射粒子的數量進行計數。當入射輻射粒子具有相似能量時,圖元150可以簡單地被配置為在一段時間內對入射在其上的輻射粒子的數量進行計數,而不測量各個輻射粒子的能量。
每個圖元150可以具有其自己的類比數位轉換器(ADC),其被配置為將表示入射輻射粒子的能量的類比信號數位
化為數位信號,或者將表示多個入射輻射粒子的總能量的類比信號數位化成數位信號。圖元150可以被配置為平行作業。例如,當一個圖元150測量入射輻射粒子時,另一個圖元150可以正在等待輻射粒子到達。圖元150可以不必是可單獨定址的。
這裡描述的輻射檢測器100可以應用於例如X射線望遠鏡、X射線乳房照相、工業X射線缺陷檢測、X射線顯微鏡或微射線照相、X射線鑄造檢查、X射線無損測試、X射線焊縫檢查、X射線數位減影血管造影等。使用該輻射檢測器100代替照相底板、照相膠片、PSP板、X射線圖像增強器、閃爍體或其它半導體X射線檢測器也可能是合適的。
圖2A示意性地示出了根據實施例的圖1的輻射檢測器沿著線2A-2A的簡化剖視圖。具體地,輻射檢測器100可以包括輻射吸收層110和用於處理或分析入射輻射在輻射吸收層110中產生的電信號的電子器件層120(例如,一個或多個ASIC或專用積體電路)。輻射檢測器100可以包括或不包括閃爍體(未示出)。輻射吸收層110可以包含半導體材料,例如矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或其組合。該半導體材料可以對關注的輻射具有高質量衰減係數。
作為示例,圖2B示意性地示出了圖1的輻射檢測器100沿著線2A-2A的詳細剖視圖。具體地,輻射吸收層110可以包括由第一摻雜區111、第二摻雜區113的一個或多個離散區114形成的一個或多個二極體(例如,p-i-n或p-n)。第二摻雜區113可以
通過可選的本徵區112與第一摻雜區111分離。離散區114可以通過第一摻雜區111或本徵區112彼此分離。第一摻雜區111和第二摻雜區113可以具有相反類型的摻雜(例如,區域111是p型,區域113是n型,或者,區域111是n型,區域113是p型)。在圖2B的示例中,第二摻雜區113的每個離散區114與第一摻雜區111和可選的本徵區112形成二極體。即,在圖2B的示例中,輻射吸收層110具有多個二極體(更具體地,7個二極體對應於圖1的陣列中一行的7個圖元150,為了簡單起見,圖2B中僅標記了其中的2個圖元150)。多個二極體可以具有作為共用(公共)電極的電極119A。第一摻雜區111還可以具有離散部分。
電子器件層120可以包括適合於處理或解釋由入射在輻射吸收層110上的輻射產生的信號的電子系統121。電子系統121可以包括諸如濾波器網路、放大器、積分器和比較器之類的類比電路或者諸如微處理器和記憶體之類的數位電路。電子系統121可以包括一個或多個ADC(類比數位轉換器)。電子系統121可以包括由圖元150共用的元件或專用於單個圖元150的元件。例如,電子系統121可以包括專用於每個圖元150的放大器和在所有圖元150之間共用的微處理器。電子系統121可以通過通孔131電連接到圖元150。通孔之間的空間可以使用填充材料130填充,這可以增加電子器件層120與輻射吸收層110的連接的機械穩定性。其它接合技術可以在不使用通孔131的情況下將電子系統121連接到圖元150。
當來自輻射源(未示出)的輻射撞擊包括二極體的輻射吸收層110時,輻射粒子可被吸收並通過多種機制產生一個或多個電荷載流子(例如,電子、電洞)。電荷載流子可以在電場下漂移到二極體之一的電極。該電場可以是外部電場。電觸點119B可以包括離散部分,每個離散部分與離散區114電接觸。術語“電觸點”可以與詞“電極”互換使用。在實施例中,電荷載流子可以在各方向上漂移,使得由單個輻射粒子產生的電荷載流子基本上不被兩個不同的離散區114共用(這裡“基本上不被......共用”意指相比於其餘的電荷載流子,這些電荷載流子中的小於2%,小於0.5%,小於0.1%或小於0.01%的電荷載流子流向一個不同的離散區114)。由入射在這些離散區114之一的覆蓋區周圍的輻射粒子產生的電荷載流子基本上不與這些離散區114中的另一個共用。與離散區114相關聯的圖元150可以是離散區114周圍的區域,其中由入射到其中的輻射粒子產生的基本上全部(大於98%,大於99.5%,大於99.9%,或大於99.99%)的電荷載流子流向離散區114。即,這些電荷載流子中的小於2%、小於1%、小於0.1%或小於0.01%的電荷載流子流過圖元150。
圖2C示意性地示出了根據可替換實施例的圖1的輻射檢測器100沿著線2A-2A的詳細剖視圖。更具體地,輻射吸收層110可以包含諸如矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或其組合之類的半導體材料的電阻器,但不包括二極體。該半導體材料可以對關注的輻射具有高質量衰減係數。在實施例中,圖2C的電子器件層
120在結構和功能方面類似於圖2B的電子器件層120。
當輻射撞擊包括電阻器而不包括二極體的輻射吸收層110時,它可以被吸收並通過多種機制產生一個或多個電荷載流子。輻射粒子可以產生10至100000個電荷載流子。電荷載流子可以在電場下漂移到電觸點119A和119B。該電場可以是外部電場。電觸點119B可以包括離散部分。在實施例中,電荷載流子可以在各方向上漂移,使得由單個輻射粒子產生的電荷載流子基本上不被電觸點119B的兩個不同的離散部分共用(這裡“基本上不被......共用”意指相比於其餘的電荷載流子,這些電荷載流子中的小於2%,小於0.5%,小於0.1%或小於0.01%的電荷載流子流向一個不同的離散部分)。由入射在電觸點119B的這些離散部分之一的覆蓋區周圍的輻射粒子產生的電荷載流子基本上不與電觸點119B的這些離散部分中的另一個共用。與電觸點119B的離散部分相關聯的圖元150可以是離散部分周圍的區域,其中由入射到其中的輻射粒子產生的基本上全部(大於98%,大於99.5%,大於99.9%,或大於99.99%)的電荷載流子流向電觸點119B的離散部分。即,這些電荷載流子中的小於2%、小於0.5%、小於0.1%或小於0.01%的電荷載流子流過與電觸點119B的一個離散部分相關聯的圖元。
輻射檢測器封裝
圖3示意性地示出了包括輻射檢測器100和印刷電路板(PCB)400的封裝200的俯視圖。如本文使用的術語“PCB”不
限於特定材料。例如,PCB可以包括半導體。輻射檢測器100可以被安裝到PCB 400。為了清楚起見,未示出輻射檢測器100和PCB 400之間的佈線。PCB 400可以具有一個或多個輻射檢測器100。PCB 400可以具有未被輻射檢測器100覆蓋的區域405(例如,用於容納接合線410)。輻射檢測器100可以具有圖元150(圖1)所處的有效區域190。輻射檢測器100可以具有輻射檢測器100邊緣附近的周邊區195。周邊區195沒有圖元150,並且輻射檢測器100不檢測入射到周邊區195上的輻射粒子。
圖像感測器
圖4示意性地示出了根據實施例的圖像感測器490的剖視圖。圖像感測器490可以包括安裝到系統PCB 450的一個或多個圖3的封裝200。作為示例,圖4示出了2個封裝200。PCB 400和系統PCB 450之間的電連接可以通過接合線410來實現。為了在PCB 400上容納接合線410,PCB 400可以具有未被輻射檢測器100覆蓋的區域405。為了在系統PCB 450上容納接合線410,封裝200之間可以具有間隙。間隙可以為約1mm以上。入射在周邊區195、區域405或間隙上的輻射粒子不能被系統PCB 450上的封裝200檢測到。輻射檢測器(例如,輻射檢測器100)的死區是輻射檢測器的輻射接收表面的入射在其上的輻射粒子不能被該輻射檢測器探測到的區域。封裝(例如,封裝200)的死區是該封裝的輻射接收表面的入射在其上的輻射粒子不能被該封裝中的一個或多個輻射檢測器檢測到的區域。在圖3和圖4所示的該示例中,
封裝200的死區包括周邊區195和區域405。具有一組封裝(例如,安裝在同一PCB上並且佈置在同一層或不同層中的封裝200)的圖像感測器(例如,圖像感測器490)的死區(例如,488)包括該組中的各封裝的死區和各封裝之間的各間隙的組合。在實施例中,封裝200本身(圖3)可以被認為是圖像感測器。
包括輻射檢測器100的圖像感測器490可以具有不能檢測入射輻射的死區488。然而,圖像感測器490可以捕獲物體或場景(未示出)的多個局部圖像,然後可以將這些捕獲的局部圖像拼接以形成整個物體或場景的圖像。
成像系統-初始佈置
圖5A示意性地示出了根據實施例的成像系統500的透視圖。在實施例中,成像系統500可以包括輻射束發生器510和圖像感測器490。對於圖像感測器490,為了簡單起見,僅示出了圖像感測器490的有效區域190。在實施例中,物體532可以位於輻射束發生器510與圖像感測器490之間的場景530中。
第一局部圖像捕獲
在實施例中,使用圖像感測器490對場景530(包括物體532)進行成像的第一成像會話可以按照如下以第一圖像捕獲開始。當成像系統500處於如圖5A所示的第一系統佈置時,輻射束發生器510可以向場景530同時發送2個扇形輻射束511a和511b。在實施例中,如圖5A所示,2個扇形輻射束511a和511b可以彼此平行。
在實施例中,2個扇形輻射束511a和511b在穿過包括物體532的場景530之後可以完全地落在有效區域190上。使用該2個扇形輻射束511a和511b的入射輻射,圖像感測器490的有效區域190可以捕獲場景530的第一局部圖像611(圖6A)。
參照圖5A和圖6A,場景530的第一局部圖像611可以包括(A)非信號區611ns,在實施例中,其可以包括對應於不接收扇形輻射束511a和511b的入射輻射的有效區域190的圖元150的圖像元素,以及(B)2個信號區域611a和611b,在實施例中,其可以包括對應於接收扇形輻射束511a和511b的入射輻射的有效區域190的圖元150的圖像元素(換句話說,信號區域611a和611b分別是扇形輻射束511a和511b的圖像)。2個信號區域611a和611b分別包括物體532的局部圖像611ai和611bi。
第二局部圖像捕獲
在實施例中,在圖像感測器490的有效區域190捕獲第一局部圖像611之後,成像系統500可以轉變為如圖5B所示的第二系統佈置,然後可以按照如下進行第一成像會話的第二局部圖像捕獲。具體地,參照圖5B,當成像系統500處於第二系統佈置時,輻射束發生器510可以向場景530同時發送2個扇形輻射束512a和512b。在實施例中,2個扇形輻射束512a和512b可以彼此平行並且平行於扇形輻射束511a和511b(圖5A)。
在實施例中,2個扇形輻射束512a和512b照射的場景530的部分可以與2個扇形輻射束511a和511b照射的場景530的
部分不同。在實施例中,就如同圖5A的2個扇形輻射束511a和511b以及圖像感測器490被作為單個物體在垂直於2個扇形輻射束511a和511b的法線方向502(圖5A)上平移(即,每個點在相同的方向上移動並且移動相同的距離),並然後分別變成圖5B的2個扇形輻射束512a和512b以及圖像感測器490一樣。
在實施例中,2個扇形輻射束512a和512b在穿過包括物體532的場景530之後可以完全地落在有效區域190上。使用該2個扇形輻射束512a和512b的入射輻射,圖像感測器490的有效區域190可以捕獲場景530的第二局部圖像612(圖6B)。
參照圖5B和圖6B,場景530的第二局部圖像612可以包括:(A)非信號區612ns,在實施例中,其可以包括對應於不接收扇形輻射束512a和512b的入射輻射的有效區域190的圖元150的圖像元素;以及(B)2個信號區域612a和612b,在實施例中,其可以包括對應於接收扇形輻射束512a和512b的入射輻射的有效區域190的圖元150的圖像元素(換句話說,信號區域612a和612b分別是扇形輻射束512a和512b的圖像)。2個信號區域612a和612b分別包括物體532的局部圖像612ai和612bi。
第三局部圖像捕獲
在實施例中,在圖像感測器490的有效區域190捕獲第二局部圖像612之後,成像系統500可以轉變為如圖5C所示的第三系統佈置,然後可以按照如下進行第一成像會話的第三局部圖像捕獲。具體地,在實施例中,參照圖5C,當成像系統500處於
第三系統佈置時,輻射束發生器510可以向場景530同時發送2個扇形輻射束513a和513b。在實施例中,2個扇形輻射束513a和513b可以彼此平行並且平行於扇形輻射束512a和512b(圖5B)。
在實施例中,2個扇形輻射束513a和513b照射的場景530的部分可以與扇形輻射束511a、512b、512a和512b照射的場景530的部分不同。在實施例中,就如同圖5B的2個扇形輻射束512a和512b以及圖像感測器490被作為單個物體在垂直於2個扇形輻射束512a和512b的法線方向502上平移,並然後分別變成圖5C的2個扇形輻射束513a和513b以及圖像感測器490一樣。
在實施例中,2個扇形輻射束513a和513b在穿過包括物體532的場景530之後可以完全地落在有效區域190上。使用該2個扇形輻射束513a和513b的入射輻射,圖像感測器490的有效區域190可以捕獲場景530的第三局部圖像613(圖6C)。
參照圖5C和圖6C,場景530的第三局部圖像613可以包括:(A)非信號區613ns,在實施例中,其可以包括對應於不接收扇形輻射束513a和513b的入射輻射的有效區域190的圖元150的圖像元素;以及(B)2個信號區域613a和613b,在實施例中,其可以包括對應於接收扇形輻射束513a和513b的入射輻射的有效區域190的圖元150的圖像元素(換句話說,信號區域613a和613b分別是扇形輻射束513a和513b的圖像)。2個信號區域613a和613b分別包括物體532的局部圖像613ai和613bi。
拼接局部圖像
在實施例中,參照圖5A至圖6D,在圖像感測器490的有效區域190捕獲場景530的第三局部圖像613之後,圖像感測器490可以拼接這3個局部圖像611、612和613,從而得到場景530的第一拼接圖像630(圖6D)。第一拼接圖像630包括物體532的拼接圖像632。
在實施例中,可以按照如下進行3個局部圖像611、612和613的拼接。首先,圖像感測器490可以確定(A)第一局部圖像611的信號區域611a和611b(圖6A),(B)第二局部圖像612的信號區域612a和612b(圖6B),以及(C)第三局部圖像613的信號區域613a和613b(圖6C)。確定局部圖像的信號區域就是確定該信號區域的所有圖形元素。在實施例中,確定局部圖像的信號區域可以包括確定該信號區域的邊界線上的一些或全部圖像元素。在實施例中,確定信號區域的邊界線上的圖像元素可以包括分析邊界線附近的圖像元素。在越過邊界線時,圖像元素的信號值應當突然變化,這種現象應當有助於選擇作為邊界線上的圖像元素的圖像元素。
接下來,在實施例中,在確定信號區域611a、611b、612a、612b、613a和613b之後,圖像感測器490可以將確定的信號區域611a、611b、612a、612b、613a和613b對準,以形成場景530的第一拼接圖像630(圖6D)。在實施例中,上面提到的信號區域611a,611b,612a,612b,613a和613b的對準可以基於扇形輻射束511a、511b、512a、512b、513a和513b相對於彼此的相對位置
進行。
以不同的角度重複
在實施例中,在捕獲第三局部圖像613之後,可以進行類似於第一成像會話的第二成像會話,但是以不同的角度進行。這裡,“以不同的角度”意指不存在使得第一輻射粒子路徑與第二輻射粒子路徑彼此平行的(A)在第一成像會話中使用的扇形輻射束的第一輻射粒子路徑,以及(B)在第二成像會話中使用的扇形輻射束的第二輻射粒子路徑。如果輻射束的至少一個輻射粒子遵循輻射粒子路徑或沿著輻射粒子路徑傳播,則該輻射粒子路徑屬於該輻射束。
在實施例中,第二成像會話可以包括分別類似於上述第一成像會話的第一、第二和第三局部圖像捕獲的第四、第五和第六局部圖像捕獲。更具體地,在實施例中,在第二成像會話的第四局部圖像捕獲期間,輻射束發生器510可以同時產生2個平行的扇形輻射束721a和721b(圖7A)。使用已經穿過場景530的2個扇形輻射束721a和721b的輻射,圖像感測器490的有效區域190可以捕獲場景530的第四局部圖像(未示出)。
接下來,在實施例中,在第二成像會話的第五局部圖像捕獲期間,輻射束發生器510可以同時產生與2個平行扇形輻射束721a和721b(圖7A)平行的2個平行扇形輻射束722a和722b(圖7B)。使用已經穿過場景530的2個扇形輻射束722a和722b的輻射,圖像感測器490的有效區域190可以捕獲場景530的第五局
部圖像(未示出)。
接下來,在實施例中,在第二成像會話的第六局部圖像捕獲期間,輻射束發生器510可以同時產生與2個平行扇形輻射束722a和722b(圖7B)平行的2個平行扇形輻射束723a和723b(圖7C)。使用已經穿過場景530的2個扇形輻射束723a和723b的輻射,圖像感測器490的有效區域190可以捕獲場景530的第六局部圖像(未示出)。
接下來,在實施例中,圖像感測器490可以拼接場景530的第四、第五和第六局部圖像,從而得到場景530的第二拼接圖像。在實施例中,場景530的第四、第五和第六局部圖像的拼接可以類似於上述的場景530的第一、第二和第三局部圖像(分別為611、612和613)的拼接。
3D圖像重構
接下來,在實施例中,圖像感測器490可以從第一拼接圖像630(圖6D)和第二拼接圖像(未示出)重構場景530的3維圖像。
概括
圖8示出了概括上述成像系統500的操作的流程圖800。在步驟810中,向同一場景發送輻射束組(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni,其中M和Ni,i=1、......、M是大於1的整數。例如,在上述實施例中,M=2,N1=N2=3。具體地,輻射束組(1,1)、(1,2)、(1,3)、(2,1)、(2,2)和(2,3)分別是向同一個場景530發送的
輻射束組511a+511b、512a+512b、513a+513b、721a+721b、722a+722b和723a+723b。
另外,輻射束組(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni中的每個輻射束組包括被同時發送的多個平行扇形輻射束。例如,輻射束組(1,1)包括被同時發送的2個平行扇形輻射束511a和511b(圖5A)。作為另一示例,輻射束組(2,3)包括被同時發送的2個平行扇形輻射束723a和723b(圖7C)。
另外,對於i的每個值,輻射束組(i,j),j=1、......、Ni的扇形輻射束彼此平行。例如,在上述實施例中的M=2以及N1=N2=3的情況下,對於i=1和j=1、2、3,扇形輻射束511a、511b、512a、512b、513a和513b彼此平行。對於i=2和j=1、2、3,扇形輻射束721a、721b、722a、722b、723a和723b彼此平行。
另外,對於i的每個值,輻射束組(i,j),j=1、......、Ni一次發送一組。例如,在上述實施例中的M=2以及N1=N2=3的情況下,對於i=1,輻射束組511a+511b(圖5A)、輻射束組512a+512b(圖5B)以及輻射束組513a+513b(圖5C)一次發送一組。對於i=2,輻射束組721a+721b(圖7A)、輻射束組722a+722b(圖7B)以及輻射束組723a+723b(圖7C)一次發送一組。
另外,對於1、......、M中的任何不同的i1和i2,輻射束組(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni中的相應的輻射束組(i1,j),j=1、......、Ni1和輻射束組(i2,j),j=1、......、Ni2中的任何兩個的輻射粒子路徑都不彼此平行。例如,在上述實施例中的M=2
以及N1=N2=3並且i1=1以及i2=2的情況下,不存在使得第一輻射粒子路徑和第二輻射粒子路徑彼此平行的(A)扇形輻射束511a、511b、512a、512b、513a和513b(圖5A至圖5C)的第一輻射粒子路徑,以及(B)扇形輻射束721a、721b、722a、722b、723a和723b(圖7A至圖7C)的第二輻射粒子路徑。
在步驟820中,對於i=1、......、M和j=1、......、Ni,用輻射束組(i,j)的輻射捕獲場景的局部圖像(i,j)。例如,在i=1以及j=1的情況下,用包括扇形輻射束511a和511b(圖5A)的輻射束組(1,1)的輻射捕獲局部圖像611(圖6A)。作為另一示例,在i=1以及j=2的情況下,用包括扇形輻射束512a和512b(圖5B)的輻射束組(1,2)的輻射捕獲局部圖像612(圖6B)。
在步驟830中,對於i的每個值,拼接局部圖像(i,j),j=1、......、Ni,從而得到場景的拼接圖像(i)。例如,在上述實施例中M=2以及N1=N2=3的情況下,並且對於i=1,參照圖6A至圖6D,拼接局部圖像611、612和613,從而得到場景530的第一拼接圖像630。作為另一示例,對於i=2,拼接第四、第五和第六局部圖像(未示出),從而得到場景530的第二拼接圖像(未示出)。
在步驟840中,從拼接圖像(i),i=1、......、M重構場景的3維(3D)圖像。例如,在上述實施例中M=2以及N1=N2=3的情況下,如上所述,從場景530的第一拼接圖像630(圖6D)和場景530的第二拼接圖像(未示出)重構場景530的3D圖像。
準直器
在實施例中,參照圖9,輻射束發生器510可以包括輻射源810和準直器820。在實施例中,準直器820可以包括2個平行狹縫821和822。在實施例中,可以按照如下產生圖5A的平行扇形輻射束511a和511b。具體地,輻射源810可以向準直器820發送輻射817。在實施例中,可以允許入射在2個平行狹縫821和822上並平行於2個平行狹縫821和822的輻射817的一些部分穿過準直器820,從而分別得到平行扇形輻射束511a和511b。在實施例中,輻射源810可以包括被電子束(未示出)轟擊的金屬棒。
在實施例中,可以按照如下產生圖5B的平行扇形輻射束512a和512b。首先,圖9的準直器820可以在垂直於平行扇形輻射束511a和511b的法線方向824上平移到第二系統佈置中的下一個位置。然後,在實施例中,可以允許入射在2個平行狹縫821和822上並平行於2個平行狹縫821和822的輻射817的一些部分穿過準直器820,從而得到平行扇形輻射束512a和512b。在實施例中,當準直器820平移到其在第二系統佈置中的新位置時,輻射源810可以相對於場景530保持靜止。在可替換實施例中,輻射源810和準直器820可以作為單個物體在法線方向824上平移到它們在第二系統佈置中的新位置。
在實施例中,圖5C的平行扇形輻射束513a和513b可以以與產生圖5B的平行扇形輻射束512a和512b的方式類似的方式來產生。
簡而言之,平行扇形輻射束511a、511b、512a、512b、
513a和513b的產生可以包括(A)在來自輻射源810的輻射817中,以及(B)在垂直於所有平行扇形輻射束511a、511b、512a、512b、513a和513b的法線方向824上平移準直器820。在實施例中,圖7A至圖7C的平行扇形輻射束723a、721b、722a、722b、723a和723b可以以與產生平行扇形輻射束511a、511b、512a、512b、513a和513b的方式類似的方式來產生。
在實施例中,成像系統500從圖5C到圖7A的轉變可以包括將圖5C的成像系統500(包括輻射束發生器510)圍繞軸旋轉,該軸平行於(A)與圖5C的有效區域190的所有圖元150相交的平面以及(B)平行扇形輻射束511a、511b、512a、512b、513a和513b。在可替換實施例中,參照圖10,上述成像系統500的旋轉不適用於輻射源810(即,輻射源810相對於場景530保持靜止)。在實施例中,參照圖9和圖10,當有效區域190捕獲場景530的第一、第二、第三、第四、第五和第六局部圖像中的任何一個時,(A)與多個平行狹縫821和822中的任何狹縫相交並且(B)平行於多個平行狹縫821和822中的任何狹縫的任何平面與輻射源810相交。例如,在圖9中,當有效區域190捕獲場景530的第一局部圖像611(圖6A)時,與狹縫821相交且與狹縫822平行的平面與輻射源810相交;類似地,與狹縫822相交且與狹縫821平行的平面與輻射源810相交。換句話說,在圖9中,當有效區域190捕獲場景530的第一局部圖像611時(圖6A),扇形束511a所在的平面與輻射源810相交;類似地,扇形束511b所在的平面與輻
射源810相交。
在上述實施例中,準直器820具有2個平行狹縫821和822。通常,準直器820可以具有多個平行狹縫(類似於平行狹縫821和822)。在實施例中,準直器820的這些多個平行狹縫可以等距間隔開(即,任何兩個相鄰狹縫之間的距離相同)。
涉及多個有效區域
在上述實施例中,一個有效區域190捕獲場景530的所有局部圖像。在可替換實施例中,兩個或更多個有效區域190可以捕獲場景530的局部圖像。對於該可替換實施例的示例,圖5B的有效區域190(捕獲圖6B的第二局部圖像612)可以不同於圖5A的有效區域190(捕獲圖6A的第一局部圖像611)。
雖然本文中公開了各個方面和實施例,但是其它的方面和實施例對於本領域的技術人員而言將是顯而易見的。本文中公開的各個方面和實施例是出於說明性的目的而不意圖是限制性的,真正的範圍和精神由所附申請專利範圍指示。
800:流程圖
810、820、830、840:步驟
Claims (20)
- 一種成像方法,包括:向同一場景發送輻射束組(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni,其中,M和Ni,i=1、......、M是大於1的整數,其中,所述輻射束組(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni中的每個輻射束組都包括同時發送的多個平行扇形輻射束,其中,對於i的每個值,所述輻射束組(i,j),j=1、......、Ni的所述多個平行扇形輻射束彼此平行,其中,對於i的每個值,所述輻射束組(i,j),j=1、......、Ni一次發送一組,並且其中,對於1、......、M中的任何不同的i1和i2,所述輻射束組(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni中的相應的輻射束組(i1,j),j=1、......、Ni1和輻射束組(i2,j),j=1、......、Ni2中的任何兩個輻射粒子路徑都不彼此平行;對於i=1、......、M和j=1、......、Ni,用所述輻射束組(i,j)的輻射捕獲所述場景的局部圖像(i,j);對於i的每個值,拼接所述局部圖像(i,j),j=1、......、Ni,從而得到所述場景的拼接圖像(i);以及從所述拼接圖像(i),i=1、......、M重構所述場景的3維圖像。
- 如請求項1所述的成像方法,其中,對於i的每個值,所述向同一場景發送所述輻射束組(i,j),j=1、......、Ni包括:(A) 在同一輻射源與所述場景之間以及(B)在垂直於所述輻射束組(i,j)的法線方向(i)上平移同一準直器。
- 如請求項2所述的成像方法,其中,所述準直器包括多個平行狹縫,所述多個平行狹縫被配置為允許入射在所述多個平行狹縫上並平行於所述多個平行狹縫的所述輻射源的輻射穿過所述準直器。
- 如請求項3所述的成像方法,其中,所述準直器的多個平行狹縫等距間隔開。
- 如請求項3所述的成像方法,其中,對於i的每個值和j的每個值,當捕獲所述局部圖像(i,j)時,(A)與所述多個平行狹縫中的任何狹縫相交並且(B)平行於所述多個平行狹縫中的任何狹縫的任何平面與所述輻射源相交。
- 如請求項2所述的成像方法,其中,所述發送包括:當所述輻射源相對於所述場景靜止時,相對於所述場景移動所述準直器。
- 如請求項2所述的成像方法,其中,所述發送包括:當所述輻射源和所述準直器相對於彼此靜止時,相對於所述場景移動所述輻射源和所述準直器。
- 如請求項1所述的成像方法,其中,使用圖像感測器進行所述捕獲,從而使得所述輻射束組(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni在到達所述圖像感測器之前到達所述場景,並且 其中,所述圖像感測器包括捕獲所有所述局部圖像(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni的有效區域。
- 如請求項1所述的成像方法,其中,所有Ni,i=1、......、M都是相同的。
- 如請求項1所述的成像方法,其中,對於i的每個值,基於所述輻射束組(i,j),j=1、......、Ni的所有扇形輻射束相對於彼此的相對位置進行所述拼接局部圖像(i,j),j=1、......、Ni。
- 一種成像系統,包括:被配置為向同一場景發送輻射束組(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni,其中,M和Ni,i=1、......、M是大於1的整數,其中,所述輻射束組(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni中的每個輻射束組都包括同時發送的多個平行扇形輻射束,其中,對於i的每個值,所述輻射束組(i,j),j=1、......、Ni的所述多個平行扇形輻射束彼此平行,其中,對於i的每個值,所述輻射束組(i,j),j=1、......、Ni一次發送一組,並且其中,對於1、......、M中的任何不同的i1和i2,所述輻射束組(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni中的相應的輻射束組(i1,j),j=1、......、Ni1和輻射束組(i2,j),j=1、......、Ni2中的任何兩個輻射粒子路徑都不彼此平行;以及 圖像感測器,被配置為,對於i=1、......、M和j=1、......、Ni,用所述輻射束組(i,j)的輻射捕獲所述場景的局部圖像(i,j),對於i的每個值,拼接所述局部圖像(i,j),j=1、......、Ni,從而得到所述場景的拼接圖像(i),以及從所述拼接圖像(i),i=1、......、M重構所述場景的3維圖像。
- 如請求項11所述的成像系統,其中,所述輻射束發生器包括輻射源和準直器,並且其中,對於i的每個值,所述準直器被配置為(A)在所述輻射源與所述場景之間並且(B)在垂直於所述輻射束組(i,j),j=1、......、M的法線方向(i)上平移。
- 如請求項12所述的成像系統,其中,所述準直器包括多個平行狹縫,所述多個平行狹縫被配置為允許入射在所述多個平行狹縫上並平行於所述多個平行狹縫的所述輻射源的輻射穿過所述準直器。
- 如請求項13所述的成像系統,其中,所述準直器的多個平行狹縫等距間隔開。
- 如請求項13所述的成像系統,其中,對於i的每個值和j的每個值,當所述圖像感測器捕獲所述局部圖像(i,j)時,(A)與所述多個平行狹縫中的任何狹縫相交並且(B)平行於所述多個平行狹縫中的任何狹縫的任何平面與所述輻射源相交。
- 如請求項12所述的成像系統,其中,所述準直器被配置為當所述輻射源相對於所述場景靜止時,所述準直器相對於所述場景移動。
- 如請求項12所述的成像系統,其中,所述輻射源和所述準直器被配置為當所述輻射源和所述準直器相對於彼此靜止時相對於所述場景移動。
- 如請求項11所述的成像系統,其中,所述圖像感測器包括被配置用來捕獲所有所述局部圖像(i,j),i=1、......、M和j=1、......、Ni的有效區域。
- 如請求項11所述的成像系統,其中,所有Ni,i=1、......、M都是相同的。
- 如請求項11所述的成像系統,其中,對於i的每個值,所述圖像感測器被配置為基於所述輻射束組(i,j),j=1、......、Ni的所有扇形輻射束相對於彼此的相對位置拼接所述局部圖像(j,j),j=1、......、Ni。
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