專利名稱：利用層析x－射線照相系統(tǒng)獲取圖像的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于無損檢測的層析X-射線照相系統(tǒng)，具體說涉及在預(yù)定的高度極限內(nèi)獲取物體各截面圖像的方法。
現(xiàn)已證明，在焊接部位的無損檢測領(lǐng)域中層析X-射線照相是非常有用的。例如，在印刷電路板上，很難用肉眼檢查焊接部位的狀態(tài)(以確定該元件是否已經(jīng)牢固地被焊接固定)。在這種情況下，可以利用層析X-射線照相系統(tǒng)獲取該物體的截面圖像。
用于獲取被檢測物體的截面圖像的層析X-射線照相系統(tǒng)如

圖1所示。
如圖1所示，層析X-射線照相系統(tǒng)包括XYZ-平臺(tái)10，掃描X-射線管20，圖像放大器30，視圖選擇器40，和照相機(jī)50。被檢測物體1放在XYZ一平臺(tái)10上。掃描X-射線管20將X-射線放射到裝載在XYZ-平臺(tái)10上的物體1上。圖像放大器30將穿過物體1的X-射線轉(zhuǎn)換為可視的光線。視圖選擇器40從在圖像放大器30的成像平面上投射出的多個(gè)截面圖像中選出要求檢測的截面的截面圖像。照相機(jī)50將從視圖選擇器40接收的圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
雖然在圖中未示出，層析X-射線照相系統(tǒng)還可以包括用于移動(dòng)XYZ-平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)部分，用于控制偏轉(zhuǎn)線圈的控制部分，以及通過計(jì)算機(jī)與照相機(jī)50電連接的顯示器，其中偏轉(zhuǎn)線圈用于對(duì)從掃描X-射線管20中放射出的X-射線進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。
下面描述層析X-射線照相系統(tǒng)的檢測過程。
首先，將需要檢測的物體1固定裝載在XYZ-平臺(tái)10上。然后，上下左右地往復(fù)移動(dòng)XYZ-平臺(tái)10，直到物體1的需要檢測的截面高度被置于聚焦平面上。
之后，從掃描X-射線管20放射出X-射線，并照射到XYZ-平臺(tái)10上的物體1上。從掃描X-射線管20的端部放射出的X-射線照射在物體1上，并且在掃描X-射線管20與物體1保持平行關(guān)系的同時(shí)，X-射線被旋轉(zhuǎn)地照射在物體1上。
照射在物體1上的X-射線穿過物體1并且在圖像放大器30的成像平面以過渡圖像的形式聚焦。然后，視圖選擇器40就從這些圖像中選出需要的并且將選出的圖像傳輸給照相機(jī)50。照相機(jī)50將圖像發(fā)送給顯示器，在顯示器上將這些圖像以一個(gè)圖像的形式顯示。
下面參照?qǐng)D2對(duì)獲取物體1的截面圖像的方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
圖2是解釋采用如圖1所示層析X-射線照相系統(tǒng)獲取截面圖像的基本原理的視圖。圖2是這個(gè)系統(tǒng)的關(guān)于層析X-射線照相系統(tǒng)的中心軸線C截取的截面圖。盡管X-射線實(shí)際上是在X-射線束旋轉(zhuǎn)平面(2-1)上轉(zhuǎn)動(dòng)的，而在示意性的截面2的描述下，僅示出了中心軸線C和X-射線的兩個(gè)位置。
當(dāng)X-射線從X-射線束旋轉(zhuǎn)平面(2-1)的位置RS處放射出來并照射到位于截面平面(2-2)上的物體1時(shí)，在圖像放大器30的透視成像平面(2-3)上形成過渡圖像，即RS(2-4)，其與X-射線束旋轉(zhuǎn)平面(2-1)的位置RS成對(duì)角線關(guān)系。與上文類似，當(dāng)X-射線從X-射線束旋轉(zhuǎn)平面(2-1)的位置-RS處放射出來，在圖像放大器30的透射成像平面(2-3)上出現(xiàn)物體1過渡圖像，即-RS(2-5)，其與X-射線束旋轉(zhuǎn)平面(2-1)的位置-RS成對(duì)角線關(guān)系。
于是在透視成像平面上形成了關(guān)于物體在截面平面(2-2)的中心點(diǎn)(O)的圖像RS(2-4)和-RS(2-5)，以使中心點(diǎn)(O)的過渡圖像RS(2-4)和-RS(2-5)相互重疊。合成圖像RS(2-4)和-RS(2-5)被平均(除以2)，從而得到物體在截面(2-2)的截面圖像。
同時(shí)，為了獲取類似如圖2所示的RS和-RS間隔一百八十度(180°)的圖像，可以通過下述步驟獲得更多相并截面圖像，即由從多個(gè)角度放射X-射線獲取多個(gè)過渡圖像，再對(duì)圖像進(jìn)行合成和平均。這樣，物體1在截面(2-2)上的截面圖像則清晰地顯示出來，同時(shí)其它平面(高于或低于截面(2-2))的截面圖像就被抹去。
因此，當(dāng)?shù)玫轿矬w在一個(gè)截面的截面圖像后，如果使用者需要獲取物體上相異截面的圖像，就需要將物體的另外一個(gè)截面再次調(diào)整到截面平面，并再一次用X-射線照射物體。如果使用者需要檢測分別安裝在印刷電路板的上側(cè)和下側(cè)的多個(gè)電子元件的焊接狀態(tài)，例如，他首先將安裝在印刷電路板的一側(cè)的電子元件的焊接部分調(diào)整到系統(tǒng)的截面平面，并獲取該焊接部分的截面圖像；之后，使用者必須將安裝在印刷電路板的另外一側(cè)的電子元件的焊接部分重新調(diào)整到系統(tǒng)的截面平面，并獲取其截面圖像。如上所述，為了用傳統(tǒng)方法獲取相異的截面圖像，物體必須經(jīng)過向上或向下移動(dòng)而反復(fù)被調(diào)整到系統(tǒng)的截面平面。這意味著繁重的勞動(dòng)和較常的拍攝時(shí)間。而且，為了從各個(gè)截面獲取截面圖像，X-射線必須反復(fù)照射過物體。
本發(fā)明是針對(duì)上述問題提出的，因此本發(fā)明的目的是提供一種在預(yù)定的高度范圍內(nèi)獲取被檢測物體的各個(gè)截面的截面圖像的方法，不需要用X-射線反復(fù)照射過物體，也不需要反復(fù)向上、向下調(diào)整物體，而只需要對(duì)先前通過層析X-射線照相系統(tǒng)得到的截面圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，即提供一種通過層析X-射線照相系統(tǒng)獲取圖像的方法，包括下述步驟a)調(diào)整被檢測物體的截面，以使截面位于層析X-射線照相系統(tǒng)的聚焦平面上；b)從掃描X-射線管生成的X-射線在掃描X-射線管的圓周上的至少兩個(gè)位置照射物體；c)通過合成在圖像放大器的成像平面上匯聚出的至少兩個(gè)過渡圖像，以便將其關(guān)于其中心點(diǎn)彼此重疊，并對(duì)合成圖像進(jìn)行平均，從而獲得參考截面平面的截面圖像；d)通過構(gòu)造圖線，獲得關(guān)于參考截面平面的預(yù)定高度范圍內(nèi)的上側(cè)和下側(cè)平面的假想過渡圖像，通過構(gòu)造圖線，獲得假想過渡圖像的中心點(diǎn)D；和e)通過在重疊假想過渡圖像的中心點(diǎn)D的同時(shí)，合成假想過渡圖像，并且平均合成的假想過渡圖像，從而得到物體在預(yù)定高度上的一截面在新截面平面上的新截面圖像。
此處，中心點(diǎn)D是從中心距離Ri和距離dRi的和獲得的，其中Ri即是與參考截面平面對(duì)應(yīng)的過渡圖像的中心距離，而dRi則是與物體的截面平面的高度變化相對(duì)應(yīng)的距離放大，也即中心點(diǎn)D可以從公式Ti+dRi得到，其中Ri可以由公式-Rs×Hi/Ho得到，并且dRi可以由公式-Rs(Hi+dH)/(Ho-dH)-Ri得到。
上述公式中的‘Rs’，‘Ho’，和‘Hi’是層析X-射線照相系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)的輸入值，更具體說，‘Rs’是在X-射線旋轉(zhuǎn)平面上X-射線放射位置的距離，‘Ho’是從X-射線旋轉(zhuǎn)平面到截面平面的距離，‘Hi’是從截面平面到透視成像平面的距離。而且，‘dH’是從參考截面平面到新截面平面的高度。
本發(fā)明還包括下列步驟，f)調(diào)整假想過渡圖像的尺寸R2，使其與在步驟d)后得到的參考截面圖像的尺寸相等。此處，可以通過公式R2＝R1×(Ho-dH)/Ho得到。
由此，一旦獲得了在預(yù)定范圍內(nèi)的截面的截面圖像，則其上、下截面的其它截面圖像可以通過計(jì)算獲得，因此不需要移動(dòng)物體，或反復(fù)用射線照射過物體。結(jié)果，檢測過程可以方便地高速地進(jìn)行。
通過下述參照附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述，可以使本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)更為明顯。附圖中圖1是傳統(tǒng)層析X-射線照相系統(tǒng)的透視圖；圖2是解釋采用如圖1所示系統(tǒng)獲取截面圖像的基本原理的視圖；圖3是解釋根據(jù)本發(fā)明獲取截面圖像的方法的視圖；圖4是解釋利用根據(jù)本發(fā)明的方法獲取截面圖像的最大極限的視圖。
如上文所述，在傳統(tǒng)技術(shù)中為了獲取被檢測物體的截面圖像，必須獲取該物體的截面平面的圖像中心。隨后，獲取了關(guān)于圖像中心的兩個(gè)圖像(當(dāng)X-射線從X射線束旋轉(zhuǎn)平面的兩個(gè)位置上放射出時(shí)，會(huì)出現(xiàn)上述情況；但是，X-射線也可以從不同數(shù)目的位置上放射出)，并對(duì)這兩個(gè)圖像進(jìn)行合成和平均。
根據(jù)本發(fā)明之獲取截面圖像的基本原理，在從如圖3所示的構(gòu)造圖線獲取了物體的于預(yù)定高度的一截面在截面平面的假想過渡截面圖像之后，通過獲取過渡圖像的新中心D，從而從先前獲得的截面圖像獲得在物體預(yù)定高度的其它截面的新截面圖像，這樣不必移動(dòng)物體，也不必再用X-射線照射物體。
下面參照?qǐng)D3更詳細(xì)地描述上述過程。
如圖3所示，截面平面(2-2)的圖像中心是點(diǎn)‘E’，該點(diǎn)與X-射線束旋轉(zhuǎn)平面(2-1)的中心C的距離為‘Ri’，其中截面平面(2-2)與X-射線束旋轉(zhuǎn)平面(2-1)的距離為‘Ho’。類似的，需要得到的截面平面B的圖像中心點(diǎn)是D，該點(diǎn)與X-射線束旋轉(zhuǎn)平面(2-1)的中心C的距離為‘Ri+dRi’，其中截面平面B與X-射線束旋轉(zhuǎn)平面(2-1)的距離為‘Ho-dH’。由此，當(dāng)透視成像平面(2-3)的左邊和右邊的圖像關(guān)于D點(diǎn)(該點(diǎn)與X-射線束旋轉(zhuǎn)平面(2-1)的中心C的距離為‘Ri+dRi’)合成并平均時(shí)，就獲得了物體的另一個(gè)截面的截面圖像。
下面詳細(xì)描述用于獲得新的圖像中心點(diǎn)D的方法。
在圖3中，Ho∶Hi＝-Rs∶Ri(1)從公式(1)，令m＝Hi/Ho，由于三角形ABO和OCD是相似的，公式(1)可以寫成如下形式(Ho-dH)∶(Hi+dH)＝-Rs∶(Ri+dRi)。
關(guān)于dRi重新整理公式，得dRi＝-Rs(Hi+dH)/(Ho-dH)-Ri，并且將m代入公式，得dRi＝-Rs[(Hi+dH)/(Ho-dH)-m](2)如圖3所示，‘D’距中心C的距離等于Ri+dRi，因此‘Ri’可以從公式1得到，并且當(dāng)將下面提到的四個(gè)值代入公式(2)時(shí)，就可得到‘dRi’的值。
上述公式中的‘Rs’，‘Ho’，和‘Hi’是層析X-射線照相系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)的輸入值，其中，‘Rs’是在X-射線旋轉(zhuǎn)平面(2-1)上X-射線放射位置的距離，‘Ho’是從X-射線旋轉(zhuǎn)平面(2-1)到截面平面(2-2)的距離，‘Hi’是從截面平面(2-2)到透視成像平面(2-3)的距離?！甦H’是從參考截面平面(2-2)到物體新截面平面B的高度。此外，‘Ri’是從X-射線旋轉(zhuǎn)平面(2-1)中心C到參考截面平面(2-2)的過渡圖像的圖像中心E的距離，‘dRi’是從過渡圖像的中心E到新中心D的距離，該值是關(guān)于截面平面的變化的高度而被放大的。
一旦從上述公式中得到過渡圖像的中心‘D’，則通過將左側(cè)和右側(cè)的過渡圖像關(guān)于新圖像中心‘D’合成并平均，即可得到預(yù)定高度上的新截面圖像。
而且，如圖3所示，在參考截面平面(2-2)上的圖像的圖像比例是(Hi+Ho)/Ho，同時(shí)與參考截面平面(2-2)相距‘dH’的物體的截面平面B的圖像則以下述比例投射到透視成像平面(2-3)上在dH的圖像比例＝(Hi+Ho)/(Ho-dH)由于dH＞0，所以投射圖像(過渡圖像)的尺寸將大于參考截面平面(2-2)的過渡圖像的尺寸。因此，通過下述公式，可以使與參考截面平面(2-2)離開該距離的截面平面B的過渡圖像的圖像比例與參考截面平面(2-2)的過渡圖像的比例一致。
R2＝R1×(Ho-dH)/Ho(3)其中，公式(3)中的R1是參考截面平面(2-2)的過渡圖像的尺寸，Ho是X-射線旋轉(zhuǎn)平面(2-1)到參考截面平面(2-2)的距離，dH是新截面B到參考截面平面(2-2)的高度，而使用者需要獲取的是截面B的截面圖像。
通過將新截面的截面圖像的圖像比例調(diào)整并統(tǒng)一到先前得到的截面圖像(上述參考截面平面的過渡圖像)的圖像比例上，物體的兩個(gè)不同截面可以進(jìn)行充分比較。
同時(shí)，上述方法不能獲得物體的所有截面的截面圖像。就是說，當(dāng)通過對(duì)參考截面平面獲得的截面圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算而獲得參考截面平面上側(cè)和下側(cè)的截面的截面圖像時(shí)，存在著高度極限。
為從公式(2)中解出dH，dH×(-Rs)+Hi(-Rs)＝Ho(Ri+dRi)-dH(Ri+dRi)dH(-Rs+Ri+dRi)＝Ho(Ri+dRi)-Hi×(-Rs)dH＝[Ho(Ri+dRi)-Hi×(-Rs)]/(-Rs+Ri+dRi)參考上述公式和圖4，當(dāng)‘dH’為正值(+)的最大值時(shí)，‘dRi’是一個(gè)正值，與照相機(jī)視野的一半對(duì)應(yīng)。當(dāng)‘dH’為負(fù)值(-)的最大值時(shí)，‘dRi’是一個(gè)負(fù)值，與照相機(jī)視野的一半對(duì)應(yīng)。通過這種方法，使用者可以對(duì)可通過合成參考截面圖像得到物體的各截面圖像的極限進(jìn)行估計(jì)，由此不必進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)避免了誤差。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明中的用于獲得物體截面圖像的方法，在通過傳統(tǒng)方法獲得參考截面平面圖像之后，通過對(duì)參考截面平面圖像的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，可以迅速精確地獲得物體預(yù)定高度極限內(nèi)其它截面的圖像。因此，被檢測的物體不必反復(fù)移動(dòng)和調(diào)整，并且X-射線也不必反復(fù)照射物體。
根據(jù)本發(fā)明，在預(yù)定截面獲得了參考截面圖像后，不必移動(dòng)物體，也不必反復(fù)用X-射線照射物體，就可獲得在預(yù)定的上側(cè)下側(cè)高度極限內(nèi)的截面圖像。因此，檢測工作就變得簡單，并且暴露在射線下的可能也減少。
盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不超出所附權(quán)利要求限定的精神和范圍下，可以對(duì)本發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)作各種修改。
權(quán)利要求
1.一種通過層析X-射線照相系統(tǒng)獲取圖像的方法，包括下列步驟a)調(diào)整被檢測物體的一截面，以使該截面位于層析X-射線照相系統(tǒng)的聚焦平面上；b)從掃描X-射線管生成的X-射線在掃描X-射線管的圓周上的至少兩個(gè)位置照射物體；c)通過合成在圖像放大器的成像平面上會(huì)聚出的至少兩個(gè)過渡圖像，而將其關(guān)于其中心點(diǎn)彼此重疊，并對(duì)合成圖像進(jìn)行平均，從而獲得參考截面平面的截面圖像；d)通過構(gòu)造圖線，獲得關(guān)于參考截面平面的預(yù)定高度范圍內(nèi)的上側(cè)和下側(cè)截面的假想過渡圖像，通過構(gòu)造圖線，獲得假想過渡圖像的中心點(diǎn)D；和e)通過在重疊假想過渡圖像的中心點(diǎn)D的同時(shí)，合成假想過渡圖像，并且平均合成的假想過渡圖像，從而得到物體在預(yù)定高度上一截面在新截面平面上的新截面圖像，Ri＝-Rs×Hi/Ho(1)dRi＝-Rs(Hi+dH)/(Ho-dH)-Ri(2)D＝Ri+dRi (3)其中，Rs是在X-射線旋轉(zhuǎn)平面上的X-射線放射位置的距離，Ho是從X-射線旋轉(zhuǎn)平面到參考截面平面的距離，Hi是從參考截面平面到透視成像平面的距離；dH是從參考截面平面到物體新截面平面的高度；Ri是從X-射線旋轉(zhuǎn)平面中心到參考截面平面的過渡圖像的圖像中心的距離，dRi是從過渡圖像的圖像中心到新圖像中心的距離，該值是關(guān)于參考截面平面的變化的高度而被放大的。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括步驟f)，通過下述公式(4)調(diào)整假想過渡圖像的尺寸R2，使其與在步驟d)后得到的參考截面圖像的尺寸相等，公式(4)為R2＝R1×(Ho-dH)/Ho(4)其中R1是參考截面平面的過渡圖像的尺寸，Ho是X-射線旋轉(zhuǎn)平面到參考截面平面的距離，dH是新截面B到參考截面平面的高度。
全文摘要
一采用層析X－射線照相系統(tǒng)并通過對(duì)先前獲取的截面圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算獲取圖像的方法,其不需將物體移動(dòng),或反復(fù)在物體上照射。其步驟為:獲得物體參考截面圖像,獲得物體其他截面假想過渡截面圖像,得到假想過渡截面圖像的中心點(diǎn)。通過合成假想過渡截面圖像以便在中心點(diǎn)D聚焦并平均,得到物體另外截面的圖像。其可迅速獲得物體的多個(gè)截面圖像,適于醫(yī)院的CT掃描,印刷電路板,電子元件,和機(jī)械零件的檢測過程采用。
文檔編號(hào)G01N23/02GK1240948SQ9910417
公開日2000年1月12日 申請(qǐng)日期1999年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月22日
發(fā)明者金亨哲, 金晉永 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社