專利名稱：對被檢測對象多個深度層進(jìn)行并行圖像重建的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及圖像處理，更具體而言，本發(fā)明涉及射線斷層照相系統(tǒng)和方法，用于對由諸如錐形束射線斷層照相術(shù)之類的射線照相成像技術(shù)所獲得的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以從其重建斷面圖像數(shù)據(jù)，其中這樣的處理并行地重建被成像對象的多個深度層。
背景技術(shù)：
從多個投影重建對象的斷面圖像的技術(shù)被廣泛稱為射線斷層照相術(shù)。當(dāng)這種斷面圖像的重建是在基于處理器的設(shè)備(或“計算機(jī)”)的輔助下進(jìn)行的時候，該技術(shù)被廣泛稱為計算(或計算機(jī))射線斷層照相術(shù)。在典型的示例應(yīng)用中，輻射源將X波長輻射穿過對象而投射到電子傳感器(或“檢測器”)陣列上。通過在對象、源和傳感器陣列中的一個或多個之間提供相對運(yùn)動，就獲得了多個視圖。于是通過對多個視圖使用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)變換，可以近似得到穿過該對象的切片圖像或該對象的三維(“3D”)圖像。也就是說，可以重建對象的斷面圖像，并且在特定的應(yīng)用中這些斷面圖像可以被復(fù)合形成該對象的完整3D圖像。
射線斷層照相術(shù)可能最為人所知的實際應(yīng)用就是醫(yī)學(xué)計算機(jī)射線斷層照相掃描儀(CT掃描儀，也稱為計算機(jī)輔助射線斷層照相術(shù)或計算機(jī)軸向射線斷層照相術(shù)(CAT))。例如，在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中經(jīng)常使用由射線照相(例如X射線)圖像所重建的斷面圖像，以從X射線圖像生成人體或人體器官的斷面圖像(和/或3D圖像)。在這些應(yīng)用中，斷面圖像的重建速度在傳統(tǒng)上并不十分重要。然而，隨著醫(yī)學(xué)過程的不斷發(fā)展，某些醫(yī)學(xué)應(yīng)用開始需要快速的斷面圖像重建。例如，諸如許多電生理學(xué)心臟過程、末梢血管過程、經(jīng)皮冠狀動脈腔內(nèi)血管成形術(shù)(PTCA)過程、泌尿道過程和外科整形過程之類的醫(yī)學(xué)過程，正日益希望得到實時X射線成像。
射線斷層照相術(shù)對工業(yè)產(chǎn)品的自動檢測也是有益的。例如，已經(jīng)在檢測諸如電子設(shè)備(例如印刷電路板組件)的所制造產(chǎn)品的質(zhì)量控制檢測系統(tǒng)中，使用了從射線照相(例如X射線)圖像重建斷面圖像。也就是說，可以在自動檢測系統(tǒng)中使用射線斷層照相術(shù)，來重建被研究對象的一個或多個平面(這在此處可以被稱為“深度層”或“斷面”)，以評價該對象(或其部分)的質(zhì)量。例如，印刷電路板組件(或其他被研究對象)可能包括要檢測的多個感興趣深度層。作為相對簡單的例子，雙面的印刷電路板組件在該板的兩側(cè)面上可能都包括焊點。因此，該電路板組件的布置有焊點的每個側(cè)面可能包括該板的不同的深度層。此外，該電路板組件在其每個側(cè)面上可能包括表面安裝部分(例如焊料的球柵陣列)，因此導(dǎo)致該板上還可能有感興趣的其他深度層。
被檢測對象可以從各個不同視角(例如，通過以各個不同角度暴露到X射線下)來成像，這就產(chǎn)生了該對象的射線照相圖像，并且這些射線照相圖像可以被處理以重建該對象的深度層(或“切片”)的圖像。也就是說，可以從X射線源以各個不同視角將X射線加到被檢測對象上，而布置在該對象與X射線源相對一側(cè)的檢測器可以接收X射線并測量該對象的X射線透射性。這樣的測量信息可以被射線照相成像設(shè)備作為數(shù)字信息輸出(例如表示該對象的“象素”的數(shù)據(jù))。這種射線照相圖像數(shù)據(jù)(象素)可以被輸入到圖像重建器，該圖像重建器使用該信息來重建被檢測對象的斷面圖像。此后，獲得的斷面圖像在某些檢測系統(tǒng)中可以被逐層地顯示，并且/或者這種斷面圖像可以用來重建被檢測對象的完整3D直觀顯示。
從為被檢測對象捕獲的射線照相(例如X射線)圖像來提供對該對象斷面圖像的重建的自動檢測系統(tǒng)，已經(jīng)不能提供快速得足以跟上高速生產(chǎn)線的質(zhì)量分析。因為獲得多個射線照相圖像(例如各個不同角度下的圖像)并計算出若干斷面圖像所要求的成本、速度和/或結(jié)構(gòu)的緣故，許多射線斷層照相術(shù)的傳統(tǒng)方法(例如傳統(tǒng)上用于不要求快速重建的醫(yī)學(xué)應(yīng)用的那些方法)不適合于生產(chǎn)環(huán)境。例如，印刷電路板裝配線通常非?？焖俚匾苿?。例如，在生產(chǎn)線上印刷電路板之間可能只間隔幾秒種，因此，為了在生產(chǎn)環(huán)境中實現(xiàn)自動X射線檢測系統(tǒng)，這樣的檢測系統(tǒng)必須非?？焖佟＠硐氲?，該檢測過程作為生產(chǎn)過程的反饋控制系統(tǒng)的一部分是實時的。在一些生產(chǎn)環(huán)境中需要在一分鐘或更短時間內(nèi)驗證上萬個焊點的完整性。一般地，目前的自動X射線檢測系統(tǒng)限制了生產(chǎn)線可以運(yùn)行的速度，因此自動X射線檢測系統(tǒng)目前主要用來檢測相對專門化、高成本的板，這些板一般以相對較低的數(shù)量生產(chǎn)，其中生產(chǎn)線的速度并不是那么重要。當(dāng)然，如果自動X射線檢測系統(tǒng)能夠足夠快速地運(yùn)行以跟上高產(chǎn)量的生產(chǎn)線，那么它們將有可能更廣泛地使用。
在X射線吸收斷層照相術(shù)中，許多成像技術(shù)都可以應(yīng)用到斷面切片的重建上。一種成像技術(shù)被稱為X射線分層攝影法(laminography)。在X射線分層攝影法中，X射線源和檢測器陣列相對于被觀察的對象以協(xié)同方式移動，使得對象在所選焦平面外的部分在檢測器陣列處產(chǎn)生模糊圖像(例如參見美國專利No.4,926,452)。焦平面圖像在模擬平均過程中重建。在標(biāo)題為“Enhanced Thickness Calibration and Shading Correction forAutomatic X-Ray Inspection”的美國專利No.6,201,850中進(jìn)一步描述了可以被用于電子檢測的X射線分層攝影系統(tǒng)的例子。
另一種成像技術(shù)被稱為層析X射線照相組合(tomosynthesis)。層析X射線照相組合是對其中獲取多個投影(或視圖)并進(jìn)行復(fù)合的X射線分層攝影法的近似。隨著視圖數(shù)量的增加，所獲得的復(fù)合圖像通常接近對相同的幾何構(gòu)造使用X射線分層攝影法所獲得的圖像。層析X射線照相組合與上述X射線分層攝影技術(shù)的不同特征在于，在層析X射線照相組合中從不同方向(不同視角)獲得的X射線圖像可以被處理(例如以不同的空間移位進(jìn)行疊加并且將它們的亮度平均)以產(chǎn)生多個斷面。換句話說，一組X射線圖像可以被用來獲取被檢測對象的多個斷面(例如對象在不同高度的斷面)。層析X射線照相組合可以作為模擬方法，例如通過多張曝光膠片的疊加來進(jìn)行。或者層析X射線照相組合可以作為數(shù)字方法而進(jìn)行。在數(shù)字層析X射線照相組合中，各個視圖被劃分成象素，并經(jīng)由計算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)字化和復(fù)合。
三維(3D)計算射線斷層照相術(shù)具有比X射線分層攝影法和層析X射線照相組合實現(xiàn)更精確的圖像重建的潛力，但這是以速度(計算時間)為代價的。三維計算射線斷層照相術(shù)一般要求許多投影，并且計算強(qiáng)度很大。3D計算機(jī)輔助射線斷層照相術(shù)的一種方法是將具有圓錐形3D射線輸出的X射線源放置在被觀察對象的一側(cè)，將二維(2D)陣列的檢測器(例如電荷耦合器件(“CCD”))放置在被觀察對象的另一側(cè)，并且相對于該對象同步地移動源/陣列。有許多適合的掃描路徑。對于任意對象的完全重建，掃描路徑必須環(huán)繞該對象。例如，源可以繞著被觀察對象移動，或者源可以沿著包圍被觀察對象的柱面以螺旋路徑或其他路徑移動。被稱為錐形束射線斷層照相術(shù)的該方法在許多重建3D圖像的情況中都是優(yōu)選的，并且因為其獲得的圖像質(zhì)量，所以對電子組件分析(例如對電子組件分析)也可能是優(yōu)選的。
J.Radon在1917年開發(fā)出從其投影重建對象的理論數(shù)學(xué)方法，基本的變換現(xiàn)在被稱為雷登(Radon)變換。此后，研究者已經(jīng)提出了錐形束重建的各種方法。例如參見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 AlgorithmsTransform 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 tomographyrecent advances and a tutorialreview，”O(jiān)ptical Engineering，Vol.29 No.5，pp 524-534(1990年5月)；和C.Jacobson，“Fourier Methods in 3D-Reconstruction from Cone-BeamData，”博士論文，論文號427，Department of Electrical Engineering，LinkopingUniversity，Linkoping，Sweden(1996年)。
總的來說，上述方法中的每一個都涉及各種折衷，例如圖像質(zhì)量(近似性、噪聲、模糊和假象(artifact))對獲取所要求視圖的計算時間和難度。
錐形束方法一般得到一組平面圖像。一般使用某種矩形檢測器陣列，其捕獲分布在平面上而不是沿著單條線上的一組象素。在開發(fā)出錐形束方法之前，諸如公知的扇形束方法之類的成像技術(shù)只獲取一維(“1D”)投影。通過使用檢測器陣列的錐形束方法，可以捕獲2D圖像。捕獲的2D圖像可以比得上數(shù)字相機(jī)捕獲的那些圖像，在數(shù)字相機(jī)中為被成像的對象獲取象素矩陣。于是可以處理捕獲的2D圖像來將它們復(fù)合(例如使用反投射(Back Projection)技術(shù))，以重建被檢測的3D對象(或其部分)。
諸如層析X射線照相組合或3D計算射線斷層照相術(shù)之類的射線斷層照相術(shù)技術(shù)，一般要求很多2D圖像投影(以許多不同視角)，并且從這些2D圖像數(shù)據(jù)重建3D圖像一般計算強(qiáng)度很大。因此，在射線斷層照相系統(tǒng)中可能要求不希望的大量數(shù)據(jù)存儲容量，用來存儲所得到的大量2D圖像數(shù)據(jù)(象素)，并且處理2D圖像數(shù)據(jù)以重建3D圖像數(shù)據(jù)的效率也成了一個問題。
傳統(tǒng)上用于檢測的大多數(shù)射線照相成像系統(tǒng)都是模擬機(jī)器，例如用于上述X射線分層攝影技術(shù)的那些系統(tǒng)。如果不對這些模擬成像系統(tǒng)進(jìn)行實質(zhì)改進(jìn)，它們很難獲得高產(chǎn)量生產(chǎn)環(huán)境所需的圖像處理速度。因此，諸如上述錐形束射線斷層照相系統(tǒng)之類的基于數(shù)字的成像系統(tǒng)，開始在檢測系統(tǒng)中使用?；跀?shù)字的成像系統(tǒng)一般生成大量的圖像數(shù)據(jù)，這些圖像數(shù)據(jù)被管理和處理以進(jìn)行斷面圖像的重建。因此，需要一種合算的、能夠以高效率方式從這種基于數(shù)字的成像系統(tǒng)來處理圖像數(shù)據(jù)的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對于能夠?qū)Ρ粰z測對象的多個深度層進(jìn)行并行圖像重建的系統(tǒng)和方法。更具體而言，提供了一種系統(tǒng)和方法，其中對對象(例如其區(qū)域)捕獲圖像數(shù)據(jù)(象素)，并且處理這些圖像數(shù)據(jù)以并行地重建該對象多個深度層的斷面圖像。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種從對象的射線照相圖像重建所述對象的斷面圖像的方法。所述方法包括在圖像重建處理器處接收對象的射線照相圖像的象素，所述圖像重建處理器可以操作來處理所述被接收的象素以重建所述對象的斷面圖像，其中由所述圖像重建處理器進(jìn)行的所述處理不依賴于接收所述象素的順序。所述方法還包括，對至少第一被接收的象素，所述圖像重建處理器確定所述至少第一被接收的象素對其有貢獻(xiàn)的多個體素，并且所述圖像重建處理器并行地向所述多個體素應(yīng)用所述至少第一被接收的象素的貢獻(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了一種從對象的射線照相圖像重建所述對象的斷面圖像的方法，其包括在圖像重建處理器處接收對象的射線照相圖像的至少一個象素。所述方法還包括在所述圖像重建處理器處為所述至少一個象素接收相關(guān)的位置數(shù)據(jù)。所述方法還包括所述圖像重建處理器至少部分地基于所述被接收的位置數(shù)據(jù)來確定所述對象的第一層的第一體素，其中所述至少一個象素對所述第一體素有貢獻(xiàn)，并且所述圖像重建處理器至少部分地基于所述被接收的位置數(shù)據(jù)來確定所述對象的第二層的第二體素，其中所述至少一個象素對所述第二體素有貢獻(xiàn)。所述方法還包括所述圖像重建處理器并行地分別向所述第一體素和所述第二體素應(yīng)用所述至少一個象素的貢獻(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，一種重建處理器包括至少一個用于接收對象的射線照相圖像的象素的輸入端口。所述重建處理器還包括至少一個用于接收與被接收的象素相關(guān)的位置數(shù)據(jù)的輸入端口。所述重建處理器還包括圖像處理邏輯，其可操作以至少部分地基于被接收象素的所接收的位置數(shù)據(jù)來確定所述對象的第一層的第一體素和所述對象的第二層的第二體素，其中所述被接收的象素對所述第一體素和所述第二體素有貢獻(xiàn)，并且所述圖像處理邏輯可操作來并行地分別向所述第一體素和所述第二體素應(yīng)用所述被接收的象素的貢獻(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了一種從對象的射線照相圖像重建所述對象的斷面圖像的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括用于捕獲對象的象素的裝置，其中用于捕獲的所述裝置包括非鄰接傳感器布置。所述系統(tǒng)還包括用于處理由所述捕獲裝置所捕獲的象素以并行地重建所述對象的多個深度層的裝置。
上述方面已經(jīng)相當(dāng)廣泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點，以更好地理解本發(fā)明的以下詳細(xì)描述。下面將描述形成本發(fā)明權(quán)利要求主題的本發(fā)明其他特征和優(yōu)點。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，公開的概念和特定實施例可以容易地用作修改或者設(shè)計實現(xiàn)本發(fā)明相同目的的其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，這些等價構(gòu)造不背離所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的精神和范圍。從以下結(jié)合附圖的描述中，將更好地理解從本發(fā)明的組織和操作方法兩方面被視為本發(fā)明特征的新特性，以及其他目的和優(yōu)點。然而，應(yīng)當(dāng)清楚地理解到，僅僅是為了舉例說明和描述的目的而提供每一幅圖，其無意作為對本發(fā)明的限制的定義。


為了更全面地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參考結(jié)合附圖的以下描述，所述附圖中圖1A-1B示出了可以與本發(fā)明實施例一起使用的示例性數(shù)字層析X射線照相組合系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)的示意性表示；圖2A示出了一個立方體對象，其已經(jīng)被劃分成125(5×5×5)個相同大小的立方體體素；圖2B示出了圖2A對象的兩個斷面層的體素；圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明實施例，可以用于捕獲對象的射線照相圖像的示例性射線照相成像系統(tǒng)，所述射線照相圖像可以被處理以重建斷面圖像；圖3A-3D示出了可以由對示例對象的3D重建過程所產(chǎn)生的示例斷面圖像；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例可以被檢測的示例印刷電路板組件；圖5示出了本發(fā)明實施例的重建處理器單元的優(yōu)選實現(xiàn)的示例高級框圖；圖6更詳細(xì)地示出了圖5的重建處理器的示例實現(xiàn)的框圖；圖7示出了其中可以實現(xiàn)本發(fā)明實施例的檢測系統(tǒng)配置的示例概要圖；圖8示出了示例性系統(tǒng)配置，其中包括兩個重建處理器以按比例增加所使用的重建存儲器；
圖9示出了示例性系統(tǒng)配置，其中包括兩個重建處理器和兩個輸入象素總線，以按比例增加所使用的象素輸入總線數(shù)量；和圖10A-10C示出了示例性非鄰接傳感器布置，其可以實現(xiàn)來捕獲由本發(fā)明某些實施例的重建處理器處理的圖像數(shù)據(jù)(象素)。
具體實施例方式
本發(fā)明的各個實施例能夠高效處理被研究對象的射線照相圖像，以重建該對象的斷面圖像。優(yōu)選地，設(shè)置有圖像重建器(例如“重建處理器”)，其例如可以在自動檢測系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)，所述自動檢測系統(tǒng)用于檢測正在裝配線上生產(chǎn)的產(chǎn)品(例如電路板)以對這些產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量控制。本發(fā)明的某些實施例能夠足夠快速地重建被檢測對象的斷面圖像，使得實現(xiàn)了圖像重建器的自動檢測系統(tǒng)能夠跟上高速生產(chǎn)線。如以下進(jìn)一步描述的那樣，本發(fā)明的實施例能夠并行地重建對象的多個深度層的圖像。例如，當(dāng)射線照相圖像的象素被接收到根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的圖像重建器中時，對于所接收的象素對其有貢獻(xiàn)的多個不同深度層，該圖像重建器為其中的每一個至少確定一個體素(voxel)，并將該象素的貢獻(xiàn)并行地應(yīng)用到多個不同深度層中的每一個。
根據(jù)以下將進(jìn)一步描述的本發(fā)明的實施例，被檢測對象的射線照相圖像(例如X射線圖像)可以由射線照相成像系統(tǒng)所捕獲，并且這些射線照相圖像被處理以重建該對象的斷面圖像。優(yōu)選地，基于數(shù)字的射線照相成像系統(tǒng)，例如錐形束射線斷層照相成像系統(tǒng)，被用于捕獲被檢測對象的射線照相圖像，其中該基于數(shù)字的射線照相成像系統(tǒng)輸出數(shù)字形式(例如“象素”)的圖像。一般而言，數(shù)字層析X射線照相組合從取自不同角度的多個透射圖像來計算性地重建3D圖像的斷面。本發(fā)明的實施例優(yōu)選地在數(shù)字層析X射線照相組合系統(tǒng)中實現(xiàn)，以從被捕獲的射線照相圖像(象素)高效率地重建對象的體素(例如，形成斷面圖像)。
在本發(fā)明的實施例中，所捕獲的對象的射線照相圖像被輸入到圖像重建器，以從這些射線照相圖像來重建被檢測對象的多個斷面圖像。如以下更加詳細(xì)說明的那樣，該圖像重建器優(yōu)選地并行重建多個斷面圖像(對應(yīng)于該對象的多個深度層)，因此高效率地重建斷面圖像。更具體地說，在一個優(yōu)選實施例中，當(dāng)圖像重建器接收到所捕獲的射線照相圖像中的每一個象素時，該圖像重建器并行地為對象的多個深度層(或“斷面”)處理該象素。例如，對于一個接收到的象素，圖像重建器優(yōu)選地并行確定該象素對被檢測對象的多個層中的每一個所做出的貢獻(xiàn)。由此并行地重建多個斷面，因為象素對這多個斷面中每一個的貢獻(xiàn)都被并行地應(yīng)用到多個斷面。在某些應(yīng)用中，多個重建的斷面圖像可以用來構(gòu)建被檢測對象(或該對象的至少一部分)的完整3D圖像。
根據(jù)本發(fā)明的實施例來為多個深度層并行地處理每個象素，這提供了幾個優(yōu)點。首先，能夠更高效率地重建被檢測對象的斷面圖像。與使用被接收的象素首先建立第一層然后重捕獲和/或重使用那些象素來建立第二層相反，可以并行地將被接收的象素應(yīng)用到多個層，由此就不需要逐一為多個層重捕獲和/或重處理該象素。例如如下所述的那樣，某些實施例能夠?qū)崟r地進(jìn)行重建。此外，本發(fā)明實施例的并行處理技術(shù)可以減小為重建處理而需要存儲的圖像數(shù)據(jù)量。當(dāng)使用基于數(shù)字的射線照相系統(tǒng)時，通常主要的問題是如何處理被捕獲的大量圖像數(shù)據(jù)。因為當(dāng)接收到象素時可以并行地確定其對多個層的貢獻(xiàn)，并且此后不需要保留該象素(而如果后面某些層的重建需要它的話則需要保留)，所以本發(fā)明實施例的并行處理技術(shù)可以減小在重建處理期間存儲的圖像數(shù)據(jù)量。
此外，本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供了一種圖像重建器，所述圖像重建器是通用的，因為其可以與各種不同的射線照相成像系統(tǒng)配置中的任何一種一起使用，并且/或者可以在其中實現(xiàn)用于處理被接收的圖像象素以重建斷面圖像的各種不同圖像處理技術(shù)中的任何一種。已知用于將被檢測對象成像的射線照相成像系統(tǒng)的各種不同配置。作為例子，已知各種不同的掃描路徑(或步進(jìn)方式)用于使被檢測對象成像，并且已知檢測器陣列的各種不同布置。對實現(xiàn)的各種重建過程(例如反投射或移位相加算法)，都能夠?qū)Χ鄠€深度層進(jìn)行并行重建。也就是說，這種并行重建不依賴于特定的重建過程或者成像系統(tǒng)配置，相反，許多不同的層析X射線照相組合重建過程和成像系統(tǒng)配置中的任何一種都可以被使用。
射線照相成像系統(tǒng)的最理想的配置(例如最理想的掃描路徑和/或最理想的檢測器陣列布置)對于不同類型的被檢測對象(例如從一種被檢測的電路板變成另一種)可能變化。本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供了一種圖像重建器，其可操作來為各種不同射線照相成像系統(tǒng)配置中的任何一種提供高效率的圖像重建(例如使用對多個斷面的并行重建)。因此，優(yōu)選實施例的圖像重建器的操作不依賴于提供對多個斷面進(jìn)行并行重建的具體的射線照相成像系統(tǒng)配置(例如具體的掃描路徑、檢測器陣列布置等)。相反，如下面將進(jìn)一步描述的那樣，在優(yōu)選實施例中，圖像重建器可操作來從射線照相成像系統(tǒng)接收任意象素(即以任何順序接收象素)，確定所接收的象素對其有貢獻(xiàn)的多個斷面中每一個的體素，并且對所確定的體素中的每一個分別應(yīng)用該象素的貢獻(xiàn)。因此，優(yōu)選實施例的并行重建過程不依賴于從射線照相成像系統(tǒng)接收象素的特定順序，而可以被執(zhí)行來用于各種不同射線照相成像過程中的任何一個(例如各種不同掃描路徑中的任何一個)。因此，射線照相成像系統(tǒng)不需要按特定方式來配置以允許由優(yōu)選實施例的圖像重建器進(jìn)行并行處理，相反，輸出被檢測對象的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)(象素)的各種不同射線照相成像系統(tǒng)配置中的任何一種都可以與圖像重建器一起使用。優(yōu)選實施例的圖像重建器足夠靈活，來為各種不同射線照相成像系統(tǒng)配置中的任何一種進(jìn)行并行處理。
此外，用于重建斷面圖像的各種不同圖像處理技術(shù)中的任何一種都可以在優(yōu)選實施例的圖像重建器上實現(xiàn)。例如，各種反投射和其他層析X射線照相組合圖像處理技術(shù)是已知的現(xiàn)有技術(shù)，而多種不同類型的圖像處理技術(shù)中的任何一種都可以在優(yōu)選實施例的圖像重建器上實現(xiàn)。例如，一個優(yōu)選實施例可以操作來從射線照相成像系統(tǒng)接收象素(例如如上所述的任意象素)，確定所接收象素對其有貢獻(xiàn)的多個斷面中每一個的體素，并使用所希望的圖像處理技術(shù)(例如反投影或者移位相加技術(shù)等)來向每個被確定的體素分別應(yīng)用該象素的貢獻(xiàn)。因此，優(yōu)選實施例的并行重建過程不依賴于被用來進(jìn)行重建的特定圖像處理技術(shù)，而可以使用多種不同類型的重建過程(例如不同類型的反投射技術(shù)、移位相加技術(shù)等)中的任何一種來進(jìn)行。因此，本發(fā)明的實施例提供了一種普遍的解決辦法，其能夠?qū)崿F(xiàn)各種不同類型的圖像處理技術(shù)中的任何一種(例如，各種不同的基于反投射的重建技術(shù)中的任何一種，例如在以下結(jié)合圖6描述的反投射塊604A和604B中可操作的任何基于反投射的重建技術(shù))。
考慮到上述問題，本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供了一種能夠利用許多不同的射線照相成像系統(tǒng)配置并利用許多不同的圖像重建技術(shù)(例如各種不同的層析X射線照相組合技術(shù))進(jìn)行操作的通用圖像重建器，其具有幾個優(yōu)點。首先，檢測不同類型的對象可能希望有不同的射線照相成像系統(tǒng)配置(例如可能希望不同的掃描路徑、不同的檢測器布置等)，而優(yōu)選實施例使得圖像重建器能夠容易地與檢測指定對象類型可能需要的許多不同射線照相成像系統(tǒng)配置一起使用。另一個優(yōu)點是，為了減小成像系統(tǒng)的成本或提高成像系統(tǒng)的性能，可能需要不同的射線照相成像系統(tǒng)配置。因此，射線照相成像系統(tǒng)可以按對給定應(yīng)用優(yōu)化的方式(例如，為特定類型的對象成像、為減小成本或為提高性能)配置，而優(yōu)選實施例的圖像重建器能夠容易地與可能需要的多種射線照相成像系統(tǒng)一起使用。如以下將更詳細(xì)描述的那樣，圖像重建器的優(yōu)選實施例可以擴(kuò)展，因此可以容易地適應(yīng)所希望的各種規(guī)模的圖像處理中的任何一種。例如，如果射線照相成像系統(tǒng)被配置成并行輸出多個象素，則優(yōu)選實施例的圖像重建器可擴(kuò)展以能夠并行地接收這些多個象素并處理它們。此外，本發(fā)明的優(yōu)選實施例可擴(kuò)展以能夠并行地重建任意數(shù)量的深度層。本發(fā)明實施例的另一個優(yōu)點是其能夠使用不同的層析X射線照相組合重建技術(shù)，這允許對重建的圖像進(jìn)行細(xì)調(diào)以適合應(yīng)用領(lǐng)域。不同的重建技術(shù)將產(chǎn)生具有不同特征或假象的圖像。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到這種通用圖像重建器的各種其他優(yōu)點。
如上所述，在用于質(zhì)量控制的自動檢測系統(tǒng)中使用對諸如焊點之類的對象的圖像處理。例如，印刷電路板上的焊點可以被成像(例如由射線照相成像系統(tǒng))，并且這樣的圖像可以被自動檢測系統(tǒng)處理以確定各種參數(shù)，例如焊點的長度、寬度、曲率、相對不透明性和類似值。為焊點確定的各種參數(shù)隨后可以由自動檢測系統(tǒng)進(jìn)行評價以確定該焊點是否具有可接受的質(zhì)量。
作為例子，可以由自動檢測系統(tǒng)通過對焊料(一般是鉛和錫的組合)的(多張)X射線圖像的分析來檢測焊料的厚度。在焊料的X射線圖像中，在構(gòu)成X射線圖像的亮度和形成X射線圖像的焊料的厚度之間存在某種關(guān)系。一般而言，隨著焊料厚度增大，圖像亮度從對應(yīng)于較亮灰(白)度的值增大到對應(yīng)于較暗灰(黑)度的值。也就是說，焊料的較薄部分的圖像的灰度水平比焊料的較厚部分的圖像的灰度水平低。薄部分的圖像將顯示為比較厚部分的圖像更亮的灰度。這種約定通常用在X射線圖像的電子圖像表示中，但是，也可以使用相反的約定，即其中焊料的較薄部分的圖像的灰度水平比焊料的較厚部分的圖像的灰度水平高。在X射線圖像被記錄在X射線膠片上的膠片射線照相術(shù)中傳統(tǒng)上遵循后一約定。兩種約定都可以與本發(fā)明的實施例一起實現(xiàn)。
本發(fā)明的實施例優(yōu)選地在3D數(shù)字射線斷層照相系統(tǒng)中實現(xiàn)。本領(lǐng)域中各種3D數(shù)字射線斷層照相系統(tǒng)都是公知的，這些系統(tǒng)中許多都可以結(jié)合本發(fā)明的實施例而被使用，因此此處只是簡單地描述示例成像系統(tǒng)，以避免將注意力從用于為被檢測對象重建3D圖像數(shù)據(jù)(體素)的本發(fā)明系統(tǒng)和方法轉(zhuǎn)移開。已經(jīng)提出在工業(yè)檢測系統(tǒng)中使用并且其中可以實現(xiàn)本發(fā)明實施例的示例3D數(shù)字射線斷層照相系統(tǒng)，包括在標(biāo)題為“COMPUTEDTOMOGRAPHY WITH ITERATIVE RECONSTRUCTION OF THINCROSS-SECTIONAL PLANES”的美國專利No.6,002,739和標(biāo)題為“IMAGE RECONSTRUCTION METHOD AND APPARATUS”的美國專利No.6,178,223中所公開的那些系統(tǒng)，此處通過全文參考而將上述專利的公開文獻(xiàn)包含進(jìn)來。當(dāng)然，也可以使用現(xiàn)在已知或?qū)黹_發(fā)的各種其他數(shù)字3D射線斷層照相系統(tǒng)，并且本發(fā)明的實施例可以利用這些系統(tǒng)來實現(xiàn)以提高其3D重建過程的效率。本發(fā)明的實施例可以結(jié)合能夠捕獲被檢測對象的圖像數(shù)據(jù)(象素)的任何射線照相成像設(shè)備而被使用。更具體而言，如以下將進(jìn)一步描述的那樣，本發(fā)明的實施例可以結(jié)合這樣的射線照相成像設(shè)備而被使用，以從被捕獲的象素數(shù)據(jù)來為被檢測對象高效率地重建3D圖像數(shù)據(jù)(體素)。
圖1A-1B示出了可以與本發(fā)明實施例一起使用的示例性數(shù)字層析X射線照相組合系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)的示意性表示。更具體而言，圖1A-1B示出了示例的錐形束射線斷層照相系統(tǒng)。X射線源20向被檢測對象10(例如電路板組件)發(fā)射X射線，穿過對象10的X射線被傳感器(或檢測器)陣列30所檢測。為了獲得對象10的一個區(qū)域的多個視圖(例如為了重建該區(qū)域的斷面圖像)，X射線源20、對象10和傳感器陣列30中的一個或多個可以被有效地移動。例如，圖1A示出了對象10的區(qū)域10A以第一視角被成像的示例，而圖1B示出了對象10的該區(qū)域10A以第二視角被成像的示例。如上所述，來自區(qū)域的多個視圖的圖像數(shù)據(jù)可以被處理(例如，利用反投射或移位相加算法)以重建該區(qū)域的斷面圖像。
在此示例實現(xiàn)中，X射線源20可以包括電子束源，所述電子束源包括在所希望電壓電平下操作X射線源20以產(chǎn)生X射線的電源(未示出)。由帶電粒子槍在X射線源20內(nèi)產(chǎn)生的電子束40，以預(yù)定模式(例如掃描或步進(jìn)模式)在靶子組件22(其可以是接地陽極)上偏轉(zhuǎn)。X射線源20包括控制電子束40在整個靶子組件22上移動的機(jī)構(gòu)，例如在電子束模式發(fā)生器(未示出)控制下的偏轉(zhuǎn)線圈21。此示例幾何結(jié)構(gòu)的X射線源20所提供的一個優(yōu)點是，其允許從多個角度將X射線投射到對象10而不要求對X射線源20進(jìn)行物理重定位。例如，可以通過用電子束40轟擊X射線管的表面來產(chǎn)生X射線41，并且通過使電子束40電偏轉(zhuǎn)可以有效地移動X射線源20。因此，X射線源20和/或傳感器陣列30可能不實際移動(相反可能位置固定)，而是通過其他技術(shù)，例如通過偏轉(zhuǎn)X射線管的電子束40(例如為了在各個不同視角下實現(xiàn)對對象10的成像)來獲得它們移動的效果。
在圖1A-1B中，靶子組件22被設(shè)計成發(fā)射X射線，所述X射線形成圖1A中的發(fā)散束41并形成圖1B中的發(fā)散束42，每個發(fā)散束(從不同的視角)直接被傳感器陣列30截獲。在操作中，電子束40可以首先到達(dá)靶子組件22上的位置50處，如圖1A所示。當(dāng)電子束40在位置50處撞擊靶子組件22時，就發(fā)射發(fā)散X射線束41。接著電子束40可以被引導(dǎo)到靶子組件22的位置51處，如圖1B所示。當(dāng)電子束40在位置51處撞擊靶子組件22時，就發(fā)射發(fā)散X射線束42，這使得傳感器陣列30能夠在與圖1A的視角不同的視角下獲得圖像數(shù)據(jù)。在某些實施例中，準(zhǔn)直儀柵格可以被實現(xiàn)來在希望對對象10(或者其他出現(xiàn)的對象)暴露到X射線下進(jìn)行限制的環(huán)境中(例如當(dāng)對象10是人體對象時，如在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中)引導(dǎo)X射線束41和42，例如美國專利No.6,178,223中所描述的。
在已有的射線照相成像系統(tǒng)中，傳感器陣列30可以包括被布置成陣列的多個分立檢測器(以下稱為“檢測器元件”)。每個檢測器元件包括這樣的表面，其具有用于檢測X射線的捕獲區(qū)域，這是本領(lǐng)域公知的。每個檢測器元件可能能夠獨(dú)立地測量撞擊該檢測元件的X射線量。當(dāng)對象10置于X射線源20和傳感器陣列30之間時，(圖1A的)X射線束41中的部分X射線將穿過對象10的一部分，并且如果沒有被散射或吸收的話，該部分X射線將撞擊構(gòu)成檢測器陣列30的檢測器元件。撞擊任何單個檢測器元件的X射線構(gòu)成X射線束41的一部分，該部分在此處被稱為X射線束子程(subpath)。
每個檢測器元件可以包括部件，用于測量撞擊該檢測器元件的X射線光子量并輸出表示該測量結(jié)果的信號。或者，每個檢測器元件可以包括部件，用于產(chǎn)生一般地與撞擊該檢測器元件的X射線總能量成比例的電信號。所產(chǎn)生電信號的大小對應(yīng)于來自X射線束41的恰當(dāng)X射線束子程的X射線的通量強(qiáng)度。每個檢測器元件可以產(chǎn)生與由此檢測到的檢測X射線相對應(yīng)的象素。使用獨(dú)立測量撞擊每個檢測器元件的X射線的傳感器陣列30，就導(dǎo)致產(chǎn)生X射線透射信息，所述透射信息與沿著特定X射線束子程穿過對象10的X射線通量成比例。所產(chǎn)生的強(qiáng)度數(shù)據(jù)可以被使用或處理以建立對對象10的表示。
當(dāng)然，可操作來捕獲對象10的數(shù)字射線照相圖像的數(shù)字射線照相成像系統(tǒng)的各種其他配置也可以與本發(fā)明的實施例一起實現(xiàn)，包括但不限于美國專利No.6,178,223中公開的配置。雖然結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實施例使用了諸如如圖1A-1B所示的錐形束射線照相成像系統(tǒng)，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到本發(fā)明不限于數(shù)字射線照相成像系統(tǒng)的特定配置。相反，現(xiàn)在已知的或以后開發(fā)的可操作來捕獲對象10的數(shù)字射線照相圖像數(shù)據(jù)(象素)的數(shù)字射線照相成像系統(tǒng)的任何配置都可以與本發(fā)明的實施例一起實現(xiàn)。也就是說，現(xiàn)在已知的或以后開發(fā)的用于捕獲對象10的數(shù)字射線照相圖像的各種配置都可以結(jié)合下面描述的圖像重建器而被使用，以從射線照相圖像高效率地重建對象10(或其部分)的斷面圖像。此外，如以下描述的那樣，圖像重建器的優(yōu)選實施例可以很容易地與射線照相成像系統(tǒng)的許多不同配置一起操作。
傳統(tǒng)的3D數(shù)字射線斷層照相術(shù)通過被稱為體素的離散體積元素來近似對象?！绑w素”(或“體積象素”)在圖像處理領(lǐng)域是公知的，并在3D成像中廣泛使用。一般而言，體素是三維圖像的最小可辨識盒形部分?！绑w素化”是使用被稱為測定體積數(shù)據(jù)組(volumetric dataset)的一組斷面圖像向圖像增加深度的公知過程。
為了更好理解3D射線斷層照相術(shù)中廣泛使用、并且可以在下面描述的本發(fā)明某些實施例中使用的某些原理，結(jié)合圖2A-2C描述傳統(tǒng)圖像處理技術(shù)的若干方面。正如本發(fā)明的實施例不限于結(jié)合圖1A-1B所描述的示例射線照相成像系統(tǒng)配置，本發(fā)明的實施例也無意以任何方式被結(jié)合圖2A-2C所描述的一般圖像處理原理所限制。相反，結(jié)合圖2A-2C來簡要描述諸如體素的使用之類的圖像處理原理，以幫助讀者理解此處描述的用于本發(fā)明實施例的這些原理。
圖2A示出了一個立方體對象50，其已經(jīng)被劃分成125(5×5×5)個相同大小的立方體體素。為了對對象50進(jìn)行三維成像，用對象50的多個視圖所表示的數(shù)據(jù)來重建125個體素中每一個的密度(或吸收系數(shù)、或材料厚度)，所述多個視圖被諸如圖1A-1B中的陣列30之類的傳感器陣列所檢測。
對許多應(yīng)用而言，并不需要完整的3D圖像。例如，為了檢測雙面電路板組件，可能很少幾個圖像平面或“斷面”就足以確定焊點質(zhì)量。圖2B示出了圖2A對象50的兩層的體素。
參考圖2C，示出了可以用于捕獲對象10的射線照相圖像的示例性射線照相成像系統(tǒng)200，例如美國專利No.6,178,223中更全面描述的。在射線照相成像系統(tǒng)的此示例配置中，源20包括準(zhǔn)直儀格柵212，所述準(zhǔn)直儀格柵212能夠依次以各個不同角度將多個X射線束(如以下描述的那樣，其可能包括多個X射線束子程)引導(dǎo)到對象10。也就是說，X射線束首先以第一角度被引導(dǎo)到對象10，接著X射線束以第二角度被引導(dǎo)到對象10等等，以在多個不同視角下獲得對象10的圖像數(shù)據(jù)。雖然在圖2C的示例系統(tǒng)200中使用準(zhǔn)直儀格柵212在不同角度下將X射線束引導(dǎo)到對象10，來為重建對象10的各個深度層捕獲充足的數(shù)據(jù)，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在其他配置中也可以使用現(xiàn)在已知的或以后開發(fā)的、用于同時或依次產(chǎn)生X射線束的各種其他技術(shù)，所述X射線束在各個不同角度下被引導(dǎo)到對象10。
如此示例所示的，第一X射線束子程201和第二X射線束子程205是從準(zhǔn)直儀格柵212的第一孔210發(fā)出的許多X射線束子程中的兩個。為了清楚和說明，沒有示出其余的X射線束子程。沿著第一X射線束子程201和第二X射線束子程205行進(jìn)的部分X射線穿過對象10，并分別撞擊多檢測器陣列30的檢測器225和227。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，由沿著第一X射線束子程201行進(jìn)的X射線提供給檢測器225的信息，并不與對象10中的任何單個點相對應(yīng)；相反，當(dāng)?shù)谝籜射線束子程201穿過對象10時，其路徑形成與第一切片(或“斷面”或“深度層”)230、第二切片235和第三切片240相交的體積。具體而言，沿著第一X射線束子程201行進(jìn)的X射線產(chǎn)生了一個體積，所述體積與(深度層230的)第一體素245、(深度層235的)第二體素250和(深度層240)的第三體索255完全或者部分地重合。
檢測器225從X射線束子程201獲得的信息，可能對在與深度層230相對應(yīng)的重建斷面圖像中重建第一體素245、對在與深度層235相對應(yīng)的重建斷面圖像中重建第二體素250以及對在與深度層240相對應(yīng)的重建斷面圖像中重建第三體素255有貢獻(xiàn)。
至于第二X射線束子程205，由檢測器227提供的信息可能對在與深度層230相對應(yīng)的重建斷面圖像中重建第四體素260、對在與深度層235相對應(yīng)的重建斷面圖像中重建第五體素265以及對在與深度層240相對應(yīng)的重建斷面圖像中重建第六體素270有貢獻(xiàn)。
第三X射線束子程275和第四X射線束子程280是從第二孔285發(fā)出的許多X射線束子程中的兩個。為了清楚和說明，沒有示出從第二孔285發(fā)出的其余X射線束子程。沿著第三X射線束子程275和第四X射線束子程280行進(jìn)的部分X射線穿過對象10并分別撞擊檢測器290和291。如上關(guān)于子程201和205所描述的那樣，由沿著第三X射線束子程275行進(jìn)的X射線提供給檢測器290的信息，并不與對象10中的任何單個點相對應(yīng)；相反，該強(qiáng)度信息是與源20的準(zhǔn)直儀格柵212和傳感器陣列30之間的所有平面/切片相交的體積的信息集合，所述所有平面/切片包括含有體素270的平面/切片。同樣，由沿著第四X射線束子程280行進(jìn)的X射線提供給檢測器291的信息，并不與對象10中的任何單個點相對應(yīng)；相反，該強(qiáng)度信息是與源20的準(zhǔn)直儀格柵212和傳感器陣列30之間的所有平面/切片相交的體積的信息集合，所述所有平面/切片包括含有體素276、277和278的平面/切片。
與傳感器30檢測到的強(qiáng)度相對應(yīng)的象素數(shù)據(jù)優(yōu)選地由射線照相成像系統(tǒng)200輸出到圖像重建器，所述圖像重建器可操作來處理象素數(shù)據(jù)用于重建對象的斷面圖像。在某些實施例中，圖像重建器例如通過將一個體素的從檢測沿著這樣的X射線束子程行進(jìn)的X射線的所有檢測器得到的強(qiáng)度進(jìn)行組合或者相加來處理接收到的象素數(shù)據(jù)，所述X射線束子程與該特定體素完全或者部分地重合并且為了重建的目的已經(jīng)被指定給所述體素。例如，在檢測器227輸出的第一象素中由檢測器227從X射線束子程205收集的強(qiáng)度數(shù)據(jù)和在檢測器290輸出的第二象素中由檢測器290從X射線束子程275收集的強(qiáng)度數(shù)據(jù)，可以在重建第六體素270中使用(因為兩個X射線束子程205和270都與第六體素270相交)。
參考圖1A-1B和2C示出并描述的射線照相成像幾何原理和裝置都是可以結(jié)合本發(fā)明實施例而被使用的典型。然而，這些系統(tǒng)的具體細(xì)節(jié)對本發(fā)明的實施并不重要，本發(fā)明實施例致力于處理對象的射線照相圖像數(shù)據(jù)以由此重建該對象的斷面圖像。例如，X射線源、(多個)檢測器、用于將被檢測對象定位的(多個)定位機(jī)構(gòu)、用于控制成像系統(tǒng)的操作的控制系統(tǒng)(例如計算機(jī))等等的具體細(xì)節(jié)，對不同系統(tǒng)可以有相當(dāng)大的變化。本發(fā)明的實施例可以應(yīng)用到許多不同類型的、可操作來獲取對象(例如電路板)多個深度層的數(shù)字射線照相圖像的射線照相成像系統(tǒng)，并且本發(fā)明的實施例使用這些數(shù)字射線照相圖像以下面進(jìn)一步描述的方式來重建與該對象的多個深度層相對應(yīng)的斷面圖像。
圖3A-3D示出了可以由示例對象10的重建過程所產(chǎn)生的示例斷面圖像。出于舉例說明的目的，圖3A所示的對象10具有分別在三個不同平面(或深度層)60a、60b和60c中嵌入對象10內(nèi)的箭頭81、圓圈82和十字83形狀的測試圖案。
圖3B示出了對象10的深度層60a的示例斷面圖像(或“射線斷層照相”)，所述斷面圖像可以由本發(fā)明實施例的圖像重建器的實施例重建。箭頭81的圖像100處于銳聚焦，而對象10內(nèi)諸如圓圈82和十字83的其他特征的圖像可以形成模糊區(qū)域102，該區(qū)域不會嚴(yán)重地使箭頭圖像100不清楚。優(yōu)選地，在重建過程中使模糊區(qū)域102和/或其對箭頭圖像100的影響最小化，以提供高質(zhì)量的斷面圖像?？梢允褂脠D像處理領(lǐng)域公知的各種技術(shù)來減小/消除斷面圖像的模糊區(qū)域102和/或其對箭頭圖像100的影響。
類似地，圖3C示出了對象10的深度層60b的示例斷面圖像(或“射線斷層照相”)，所述斷面圖像可以由本發(fā)明實施例的圖像重建器的實施例重建。圓圈82的圖像110處于銳聚焦，而對象10內(nèi)諸如箭頭81和十字83的其他特征的圖像可以形成模糊區(qū)域112，該區(qū)域不會嚴(yán)重地使圓圈圖像110不清楚。同樣，可以使用圖像處理領(lǐng)域公知的各種技術(shù)來減小/消除斷面圖像的模糊區(qū)域112和/或其對圓圈圖像110的影響。
圖3D示出了對象10的深度層60c的示例斷面圖像(或“射線斷層照相”)，所述斷面圖像可以由本發(fā)明實施例的圖像重建器的實施例重建。十字83的圖像120處于銳聚焦，而對象10內(nèi)的諸如箭頭81和圓圈82的其他特征的圖像可以形成模糊區(qū)域122，該區(qū)域不會嚴(yán)重地使十字圖像120不清楚。同樣，可以使用圖像處理領(lǐng)域公知的各種技術(shù)來減小/消除斷面圖像的模糊區(qū)域122和/或其對十字圖像120的影響。
雖然圖3A-3D示出了具有可以被重建為斷面圖像的深度層60a、60b和60c的示例對象10，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到對象10意于作為通用示例，以舉例說明將對象的各個深度層重建為斷面圖像的概念。在實際中，可能會檢測具有任意數(shù)量的深度層的各種其他類型的對象，并且這些對象的任意數(shù)量的深度層可以被重建為斷面圖像。例如，一個優(yōu)選實施例可以用檢測印刷電路板上的焊點的自動檢測系統(tǒng)來實現(xiàn)。圖4描述了可具有其多個深度層的示例印刷電路板，通過本發(fā)明優(yōu)選實施例的圖像重建器來將所述多個深度層重建為斷面圖像，以檢測該印刷電路板組件。
因此，圖4提供了可以根據(jù)本發(fā)明實施例進(jìn)行檢測的對象的具體示例。當(dāng)然，本發(fā)明的實施例無意單單限制在重建電路板斷面圖像的應(yīng)用中，而可以被使用在其中希望從所捕獲的射線照相圖像數(shù)據(jù)(象素)來重建斷面圖像的許多其他應(yīng)用中，包括但不限于在生成環(huán)境中檢測各種其他類型的產(chǎn)品以進(jìn)行質(zhì)量控制，在用于檢測對象中所包含走私品的自動檢測系統(tǒng)(例如，用于在機(jī)場或其他交通工具中檢測乘客行李的安檢系統(tǒng))中使用，和/或在各種醫(yī)學(xué)應(yīng)用中使用。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到本發(fā)明實施例的圖像重建器的各種其他應(yīng)用。
在圖4中，雙面印刷電路板400具有多個焊接到兩個外表面中每一個的部件。部件402和404安裝到第一表面上。部件408安裝到與第一表面相對的第二表面上。部件406是安裝到第二表面上的通孔部件，但其具有穿過板400的兩個表面的引腳。通常，將部件402、404、406和408耦合到板400的電連接由焊接形成。然而，用于進(jìn)行電連接的各種其他技術(shù)在本領(lǐng)域是公知的，并且即使此處將按焊點來描述本發(fā)明的示例實施例，也應(yīng)當(dāng)理解到可以使用本發(fā)明的實施例來檢測其他類型的電連接，包括但不限于導(dǎo)電環(huán)氧樹脂、機(jī)械、鎢和共晶粘接。
在此示例中，部件402具有球柵陣列(BGA)的焊點。部件404圖示為鷗翼形表面安裝器件。部件408是J形引腳表面安裝器件。由虛線410所表示的剛好離開電路板400的第一表面的一個平面(或深度層)，穿過部件402、404和406的引腳及焊接圓角。由虛線412所表示的剛好離開電路板400的第二表面的另一個平面(或深度層)，穿過部件406和408的引腳及焊接圓角。應(yīng)當(dāng)理解到，雖然在此示例中給出了兩個示例深度層(410和412)，但在其他示例中可以檢查電路板400的任意數(shù)量的深度層。此外，雖然在此示例中各種類型的焊點(例如表面安裝與板內(nèi)接點)被示為包括在同一深度層中，例如落入深度層410的部件402、404和406的各個接點，但應(yīng)當(dāng)理解到在一些實現(xiàn)中不同類型的焊點實際上可能落入電路板的不同深度層(這可能會增加由檢測系統(tǒng)處理的深度層的數(shù)量)。為了使舉例說明簡單和容易起見，在此示例中只示出了與電路板400的每個側(cè)面相對應(yīng)的一個深度層，但在實際應(yīng)用中在電路板400的每個側(cè)面上可能對多個深度層感興趣。雖然在某些應(yīng)用中具有每個焊點的3D圖像可能是有用的，但通常圖像平面410和412就提供了足夠的信息來確定每個部件引腳的存在，和/或提供了用于檢測各個焊點的有用信息(例如檢測這些焊點的質(zhì)量)。
根據(jù)本發(fā)明的各個實施例，被檢測對象(例如電路板400)的射線照相圖像數(shù)據(jù)(象素)可以由例如上述系統(tǒng)的射線照相成像系統(tǒng)所捕獲，并且被輸入到圖像重建器。圖像重建器處理所捕獲的射線照相圖像數(shù)據(jù)以重建對象的3D(體素)圖像數(shù)據(jù)，例如以上結(jié)合圖3A-3D所描述的示例斷面圖像。如同以下將更詳細(xì)描述的那樣，這種圖像重建優(yōu)選地并行重建多個斷面圖像(每個都對應(yīng)于對象的不同深度層)，由此高效率地重建斷面圖像。更具體而言，在優(yōu)選實施例中，當(dāng)圖像重建器接收到數(shù)字射線照相圖像的每個象素時，圖像重建器并行地為對象的多個深度層處理該象素。例如，對于一個接收到的象素，圖像重建器優(yōu)選地確定該接收到的象素對其有貢獻(xiàn)的多個不同斷面圖像(每個對應(yīng)于對象的不同深度層)的至少一個體素，并且并行地將該象素的這種貢獻(xiàn)應(yīng)用到所述多個不同斷面圖像的每個體素。
在某些實施例中，板400的焊點(或被檢測對象的其他部分)的斷面圖像一旦產(chǎn)生，就可以由自動檢測系統(tǒng)自動地評價以確定它們的質(zhì)量和物理特征，例如包括焊料厚度。也就是說，本發(fā)明實施例的圖像重建器可以為被檢測對象重建斷面圖像數(shù)據(jù)，并且所重建的斷面圖像數(shù)據(jù)可以由自動檢測系統(tǒng)和/或該系統(tǒng)的用戶進(jìn)行評價，以對被研究對象(例如焊點)進(jìn)行質(zhì)量控制分析。基于檢測系統(tǒng)的評價，可以將焊點質(zhì)量和物理特征的報告以及/或者焊點的重建斷面圖像呈現(xiàn)給用戶。
應(yīng)當(dāng)理解到，術(shù)語“圖像”(或“圖像數(shù)據(jù)”)不限于可以在視覺上觀看的格式，而還可以包括可以由計算機(jī)獲取、存儲并分析的數(shù)字表示。因此，此處所用的術(shù)語“圖像”(或“圖像數(shù)據(jù)”)不限于可視圖像，而且還要包括表示該圖像和/或可以被計算機(jī)處理以顯示可視圖像的計算機(jī)數(shù)據(jù)。例如，在某些實施例中，除了由計算機(jī)進(jìn)行自動檢測外或者取代由計算機(jī)進(jìn)行自動檢測，重建的斷面圖像可以顯示給用戶來由該用戶進(jìn)行檢測。在其他實施例中，重建的斷面圖像可能不顯示給用戶，而是由用于質(zhì)量控制的計算機(jī)自主地分析表示這種被重建的斷面圖像的圖像數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的實施例可以實現(xiàn)為硬件和固件(或電路)的組合，其接收對象的至少一部分的數(shù)字射線照相(例如X射線透射)數(shù)據(jù)(象素)作為輸入，并且重建3D圖像數(shù)據(jù)(體素)以形成與該對象的至少一部分內(nèi)的多個深度層相對應(yīng)的斷面圖像數(shù)據(jù)。一個優(yōu)選實施例包括硬件結(jié)構(gòu)，所述硬件結(jié)構(gòu)包括諸如現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)的處理器單元，以及在此處可被稱為“重建處理器”的多個可獨(dú)立尋址的存儲器。每個可獨(dú)立尋址存儲器被用來存儲與該對象的特定深度層相對應(yīng)的重建3D圖像數(shù)據(jù)(體素)。例如第一存儲器可以用來存儲與被檢測對象的第一深度層(例如圖3A所示對象10的深度層60a)相對應(yīng)的體素，而第二存儲器可以用來存儲與該對象的第二深度層(例如圖3A所示對象10的深度層60b)相對應(yīng)的體素。
在優(yōu)選實施例的3D圖像重建過程期間，重建處理器接收被檢測對象的射線照相圖像的象素。如同本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到的那樣，接收到的象素可能對被檢測對象的多個層的重建有貢獻(xiàn)。例如，如以上參考圖2C所描述的那樣，象素可能包括為該對象的多個不同深度層所獲取的信息。也就是說，接收到的象素可能對正在重建的多個不同斷面圖像的體素有貢獻(xiàn)?？梢越⑦吔鐥l件，象素可能對“邊界之外”(例如當(dāng)前正在處理的視場之外)的體素有貢獻(xiàn)，但通常每個接收到的象素將對正在重建的多個(例如全部)深度層有貢獻(xiàn)。在一個優(yōu)選實施例中，重建處理器處理象素以識別所接收的象素對其有貢獻(xiàn)的多個不同深度層的體素，并且并行地對那些體素應(yīng)用該象素的貢獻(xiàn)。
例如，可以由重建處理器識別和檢索到接收到的象素對其有貢獻(xiàn)的、用于重建對象的第一深度層的第一體素，并且可以由重建處理器識別和檢索到接收到的象素對其有貢獻(xiàn)的、用于重建對象的第二深度層的第二體素，其中第一體素存儲在第一存儲器中，第二體素存儲在第二存儲器中。也就是說，重建處理器可以識別接收到的象素對其有貢獻(xiàn)的多個深度層的體素，并且重建處理器從存儲器檢索到這些體素。接著處理器將接收到的象素應(yīng)用到這些體素(例如應(yīng)用該象素對每個體素的貢獻(xiàn))，然后將被修改的體素(現(xiàn)在具有接收到的象素的貢獻(xiàn))寫回到它們各自的存儲器。象素可以用各種不同的方式應(yīng)用到體素，這在3D重建的圖像處理領(lǐng)域中是公知的。作為一個示例，該象素的貢獻(xiàn)可以與體素相加。作為另一個示例，接收到的象素可以與體素相比較，為體素接收到的最大和/或最小強(qiáng)度的象素可以被存儲到該體素。現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的用于從接收到的象素重建體素的各種其他技術(shù)都可以在本發(fā)明的實施例中實現(xiàn)。
在一個優(yōu)選實施例中，當(dāng)重建處理器接收象素時逐漸地構(gòu)造體素，其中從存儲器檢索接收到的象素對其有貢獻(xiàn)的體素，象素的貢獻(xiàn)被應(yīng)用到該體素，并且所得到的被更新的體素被寫回其存儲器地址。如以下進(jìn)一步描述的那樣，本發(fā)明的實施例能夠并行地處理象素來重建對象的多個深度層。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在3D重建過程期間，重建存儲器包含部分重建數(shù)據(jù)(例如當(dāng)重建處理器接收到更多象素時可能被進(jìn)一步修改的數(shù)據(jù))。也就是說，在重建處理期間，當(dāng)接收象素時逐漸地重建體素，因此該體素直到對該體素有貢獻(xiàn)的所有象素都被接收并處理后才是完整的。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，重建處理器為每個重建存儲器實現(xiàn)了并發(fā)處理流水線，并且由重建處理器并行地訪問和更新重建存儲器。以下參考圖6粗略地描述一個實施例的流水線階段(pipeline stage)。優(yōu)選地，處理流水線使用基于反投射重建技術(shù)(包括“移位相加”重建技術(shù))的算法來重建對象的深度層(即深度層的斷面圖像)。這種反投射重建技術(shù)(包括“移位相加”重建技術(shù))是圖像處理領(lǐng)域公知的，因此此處不再更詳細(xì)地描述。當(dāng)然，在其他實施例中，可以實現(xiàn)現(xiàn)在已知的或以后開發(fā)的、用于處理接收到的象素以重建對象深度層的斷面圖像的任何其他合適的層析X射線照相組合重建技術(shù)。
現(xiàn)在參考圖5，示出了在檢測系統(tǒng)500內(nèi)實現(xiàn)的重建處理器單元501的優(yōu)選實現(xiàn)的示例高級框圖。在此示例中，重建處理器501被實現(xiàn)為具有兩個重建存儲器M1和M2，其每個都對應(yīng)于被檢測對象的不同深度層。然而，重建存儲器的數(shù)量不需要限制為2，相反在其他實現(xiàn)中可以包括受硬件和物理限制的任何所希望的存儲器數(shù)量，硬件和物理限制例如是由于實現(xiàn)重建處理器501的FPGA上可用引腳數(shù)量引起的存儲器地址限制，在這種情況下，重建處理器501可以被實現(xiàn)為使用這樣所希望數(shù)量的存儲器，而以與下面對兩個存儲器所描述的方式相似的方式來并行地進(jìn)行處理。事實上，在大多數(shù)檢測系統(tǒng)中，重建存儲器的數(shù)量通常都超過2(因為被處理的深度層的數(shù)量一般都大于2)，但為了從概念上舉例說明本發(fā)明的實施例此處示出為2個存儲器，這可以被擴(kuò)展并且應(yīng)用到任意數(shù)量的重建存儲器。此外，在某些實現(xiàn)中，所實現(xiàn)的存儲器數(shù)量可以小于被重建的深度層的數(shù)量，并且存儲器可以重用于多個不同的深度層。然而，這將減慢計算速度，并需要存儲所接收的圖像輸入數(shù)據(jù)(象素)以用于重建另外的深度層。因此，為最佳效率最優(yōu)選的是為每個將被重建的深度層實現(xiàn)一個存儲器。
此處描述的并行重建技術(shù)的一個示例硬件對象是可以從AnnapolisMicroSystems獲得的FIREBIRDTMPCI處理器卡。FIREBIRDTM卡包括一個FPGA(其中可以實現(xiàn)重建處理器501)和5個獨(dú)立存儲器塊(其可以被用于實現(xiàn)重建存儲器)。
在圖5的示例中，檢測系統(tǒng)500包括射線照相成像系統(tǒng)502，其例如可以是以上參考圖1A-1B描述的錐形束射線斷層照相成像系統(tǒng)。射線照相成像系統(tǒng)502是基于數(shù)字的成像系統(tǒng)，其以數(shù)字形式捕獲對象10(例如電路板)的射線照相圖像(例如很像數(shù)字照相機(jī))。優(yōu)選地，控制器503可通信地耦合到成像器502以獲取位置數(shù)據(jù)，例如象素位置和X射線點位置數(shù)據(jù)。根據(jù)成像系統(tǒng)的配置，部分位置數(shù)據(jù)可以固定。例如，固定不動的傳感器上的象素位置可以在校準(zhǔn)操作期間確定，所述校準(zhǔn)操作可能每周執(zhí)行一次或者以更低的頻率執(zhí)行。如果圖像傳感器在移動，則可以通過位置傳感和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的組合來確定象素位置?？梢杂孟嗨频姆绞酱_定X射線點位置。
重建處理器501可通信地耦合到射線照相成像系統(tǒng)502和控制器503，使得其可以從成像器502接收射線照相圖像數(shù)據(jù)(象素)并從控制器503接收位置數(shù)據(jù)(例如象素位置和X射線點位置，這將在下面進(jìn)一步描述)。應(yīng)當(dāng)注意到，在某些實現(xiàn)中，象素圖像數(shù)據(jù)可以經(jīng)由控制器503從成像器502傳送到重建處理器501。在這樣的實現(xiàn)中，控制器503可以處理對成像器電子設(shè)備的接口以及可能的數(shù)據(jù)緩沖(根據(jù)成像器502的復(fù)雜程度)，并且控制器503可以對象素數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，例如固定模式噪聲校正、平場處理(flat fielding)和幾何校準(zhǔn)。
重建處理器501還可通信地耦合到被用來存儲重建斷面圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲器(或“存儲器”)504。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)存儲器504包括此處描述的重建存儲器。數(shù)據(jù)存儲器504可以包括現(xiàn)在已知或?qū)黹_發(fā)的用于存儲重建斷面圖像數(shù)據(jù)的任何合適的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，作為示例其包括隨機(jī)訪問存儲器(RAM)、磁盤驅(qū)動器、軟盤、光盤(例如高密度光盤(CD)和數(shù)字化視頻光盤(DVD))和其他數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。數(shù)據(jù)存儲器504可以與重建處理器501集成為一體(例如片上存儲器)或也可以在重建處理器501外部。
重建處理器501優(yōu)選地實現(xiàn)為諸如FPGA或ASIC的較大處理器單元的一部分。所包含的處理器既可以進(jìn)行相關(guān)的也可以進(jìn)行非相關(guān)的處理。雖然對于實現(xiàn)本發(fā)明實施例不是必須的，但為了便于后面對優(yōu)選實施例的描述，假定重建處理器單元501是同步的并且其具有全局時鐘?？梢詾镕PGA實現(xiàn)而實現(xiàn)的示例時鐘速度是100兆赫(Mhz)，雖然任何其他合適的時鐘速度也都包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，如下面將進(jìn)一步描述的那樣，所實現(xiàn)的時鐘速度足夠快速，使得重建處理器對與其一起實現(xiàn)的給定的檢測系統(tǒng)獲得“實時”處理。也就是說，處理每個象素并且將加權(quán)的值分配給所有同時重建的深度層(或“z層”)只需要很小的、固定(或恒定)量的時間(例如，兩個時鐘周期)。更具體而言，根據(jù)一個實施例，重建處理器能夠以每兩個時鐘周期一個象素的平均速率將象素接收到其處理流水線中。因此，在任何給定的時間，在每個流水線中可能都有幾個處于不同處理階段的象素。在流水線中完全地處理一個象素需要花費(fèi)很小的固定時間(例如兩個時鐘周期)。
傳統(tǒng)存儲器通常具有雙向數(shù)據(jù)端口。為了便于解釋，假定一個優(yōu)選實施例的雙向存儲器數(shù)據(jù)端口被所包含的處理器單元(例如FPGA)分成輸入和輸出端口。通常所包含的處理器單元將以本領(lǐng)域公知的方式處理存儲器接口的細(xì)節(jié)。出于舉例說明的目的，假定存儲器是零總線轉(zhuǎn)換靜態(tài)RAM(Zero-Bus-Turnaround Static RAM，ZBT SRAM)，并且其以與處理器全局時鐘相同或可比較的速度計時。然而，本發(fā)明的實施例無意限于ZBT SRAM存儲器配置，相反可以用本領(lǐng)域公知的方式來實現(xiàn)各種其他存儲器配置來實現(xiàn)用于此處所描述的重建存儲器501的數(shù)據(jù)存儲器。
在圖5的示例中，重建處理器501包括以下輸入端口象素、象素位置、X射線點位置、M1 z、M2 z、數(shù)據(jù)有效、復(fù)位、M1數(shù)據(jù)輸入和M2數(shù)據(jù)輸入。重建處理器501還包括以下輸出端口M1地址、M1數(shù)據(jù)輸出、M1寫使能、M2地址、M2數(shù)據(jù)輸出和M2寫使能。下面在表1和表2中分別提供了對輸入和輸出端口的簡要說明。
表1

表2


重建處理器501的輸入端口“象素”接收由成像器502捕獲的射線照相圖像(例如X射線圖像)的象素。例如，可以以特定頻率(例如每秒2千萬象素、每秒2千5百萬象素、每秒5千萬象素或每秒1億象素)在象素端口接收這樣的射線照相圖像的象素。雖然在某些實施例中可能不是每次從成像器502接收一個象素(而可能是作為象素組或包而接收)，為了便于解釋此實施例，可以假定以相對很高的頻率每次接收一個象素。輸入端口“象素位置數(shù)據(jù)”接收與所接收象素相關(guān)的X、Y和Z坐標(biāo)。例如可以從控制器503接收這樣的象素位置數(shù)據(jù)。類似地，輸入端口“X射線點位置”接收成像器502的X射線點的X、Y和Z坐標(biāo)。更具體而言，X射線點位置數(shù)據(jù)標(biāo)識出產(chǎn)生此象素的X射線束的發(fā)生位置(例如圖1A-1B的X射線源20的位置)。例如可以從控制器503接收這種X射線點位置數(shù)據(jù)。
輸入端口“M1 z”接收被寫到存儲器M1的重建層的Z坐標(biāo)的標(biāo)識，而輸入端口“M2 z”接收被寫到存儲器M2的重建層的Z坐標(biāo)的標(biāo)識。作為例子，可以從分析斷面的PC(或其他計算設(shè)備)接收M1 z和M2 z，或者可以由從控制器503返回的平臺位置來計算出M1 z和M2 z。應(yīng)當(dāng)注意到，對于被成像的對象(例如電路板)的不同區(qū)域M1 z和M2 z可能會改變。例如，對于給定的感興趣的區(qū)域M1可能被固定到特定深度層，而當(dāng)該感興趣的區(qū)域改變時(此時將如下所述地進(jìn)行“復(fù)位”)，M1 z可以改變并且為這個新的感興趣的區(qū)域計算新的一組重建3D圖像數(shù)據(jù)(體素)。輸入端口“復(fù)位”可以接收信號以觸發(fā)重建處理器501的復(fù)位，這可能包括清除(例如全部清零)存儲重建斷面圖像數(shù)據(jù)的存儲器504。也就是說，優(yōu)選地，一旦在復(fù)位輸入端口接收到復(fù)位信號(例如一個1)，重建處理器的狀態(tài)就被初始化并且清除重建存儲器的相關(guān)部分。應(yīng)當(dāng)理解到，在某些實現(xiàn)中重建存儲器不需要被顯式地清除，而是在復(fù)位后其數(shù)據(jù)可以重寫在第一次寫入上(因此，無需被顯式地清除，存儲器就可以被有效地清除)。
輸入端口“M1數(shù)據(jù)輸入”從由M1地址所指定的重建存儲器M1接收體素，而輸入端口“M2數(shù)據(jù)輸入”從由M2地址所指定的重建存儲器M2接收體素。如下面進(jìn)一步描述的那樣，在一個優(yōu)選實施例中，重建處理器501使用象素位置、X射線點位置、以及M1 z和M2 z信息來確定所接收的象素將對其有貢獻(xiàn)的體素，并且接著分別經(jīng)由M1數(shù)據(jù)輸入和M2數(shù)據(jù)輸入端口從重建存儲器M1和M2接收這些體素。也就是說，重建處理器使用接收到的象素位置、X射線點位置、以及M1 z和M2 z數(shù)據(jù)，來計算接收到的象素將對其有貢獻(xiàn)的存儲在M1中的第一深度層的體素的X和Y坐標(biāo)以及存儲在M2中的第二深度層的體素的X和Y坐標(biāo)。一旦確定所接收到的象素將對哪些體素有貢獻(xiàn)，重建處理器就可以輸出這些體素的M1地址和M2地址(參見示例重建處理器501的輸出)，并且這些M1地址和M2地址可以被訪問以分別經(jīng)由M1數(shù)據(jù)輸入和M2數(shù)據(jù)輸入端口檢索出它們對應(yīng)的體素數(shù)據(jù)。
在重建過程期間，部分(或不完全的)3D重建數(shù)據(jù)(體素)被存儲到重建存儲器M1和M2，并且當(dāng)接收到象素時，檢索出這些象素對其有貢獻(xiàn)的恰當(dāng)體素并且用這些象素的貢獻(xiàn)將其更新。此后，更新的體素被寫回到它們各自的存儲器地址。因此，一旦經(jīng)由端口M1數(shù)據(jù)輸入和M2數(shù)據(jù)輸入接收到體素數(shù)據(jù)，重建處理器就并行地向這些體素中的每一個應(yīng)用接收到的象素的貢獻(xiàn)(使用諸如移位相加算法或其他基于反投射的算法之類的圖像處理算法)，并且分別將所得到的體素作為M1數(shù)據(jù)輸出和M2數(shù)據(jù)輸出而輸出。更具體而言，存儲器單元“M1地址”的被更新體素(已經(jīng)向其應(yīng)用所接收到的象素的貢獻(xiàn))被寫回到該M1地址，而存儲器單元“M2地址”的被更新體素被寫回到該M2地址。
“M1寫使能”和“M2寫使能”輸出端口輸出信號，以控制它們各自的重建存儲器。也就是說，M1寫使能端口和M2寫使能端口輸出信號，以指示是否要在它們各自的存儲器上進(jìn)行讀或?qū)懖僮鳌＠?，如果由M1寫使能輸出讀信號(例如一個0)，則對M1地址進(jìn)行讀取，并且該M1地址的體素數(shù)據(jù)在端口M1數(shù)據(jù)輸入處作為輸入返回到處理器501。另一方面，如果由M1寫使能輸出寫信號(例如一個1)，則對M1地址進(jìn)行M1數(shù)據(jù)輸出的寫操作。
當(dāng)對端口“數(shù)據(jù)有效”的輸入指示輸入端口“象素”、“象素位置”、“X射線點位置”、“M1 z”和“M2 z”的輸入有效時(例如當(dāng)對“數(shù)據(jù)有效”端口的輸入為1時)，這些輸入端口被視為有效。例如，從成像器502輸出象素數(shù)據(jù)可能不時地發(fā)生中斷，使得在“象素”輸入端口沒有接收到有效象素數(shù)據(jù)。例如，被檢測對象(例如電路板)可能在成像器502中被移動(例如重定位)，在此期間沒有有效數(shù)據(jù)可以輸入到處理器501的一個或者多個輸入端口中?！皵?shù)據(jù)有效”指示在輸入端口處是否可以得到有效數(shù)據(jù)的其他原因是，成像器可能具有與處理器510不同的數(shù)據(jù)速率，或者由于圖像傳感器為曝光而暫停數(shù)據(jù)發(fā)送并且為讀取而恢復(fù)數(shù)據(jù)發(fā)送而使得圖像傳感器數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)突發(fā)。
當(dāng)“數(shù)據(jù)有效”端口指示輸入為有效時，輸入優(yōu)選地存儲在作為重建處理器501一部分的先入先出(“FIFO”)存儲器中，如同下面結(jié)合圖6所描述的那樣。在圖5的示例實現(xiàn)中，對于接收到的每個有效輸入象素，重建處理器501從重建存儲器進(jìn)行讀和寫二次操作，使得為每個有效輸入象素耗費(fèi)兩個全局時鐘周期。也就是說，一旦重建處理器501接收到象素，則重建處理器501檢索(讀取)該象素將對其有貢獻(xiàn)的體素數(shù)據(jù)(作為圖5示例中的“M1數(shù)據(jù)輸入”和“M2數(shù)據(jù)輸入”)，并且在將所接收到的象素的貢獻(xiàn)應(yīng)用到這些檢索出的體素后，將所得到的體素寫回到它們各自的存儲器地址。因此，有效輸入象素的最大速率優(yōu)選地被實現(xiàn)為不超過全局時鐘速度的一半，以確保FIFO存儲器不會溢出。一般而言，假定與單個固定視場相關(guān)的輸入采樣(象素、象素位置、X射線點位置、M1 z和M2 z)可以以任意順序到達(dá)。
圖6更詳細(xì)地示出了重建處理器501的示例實現(xiàn)的框圖。在此示例實現(xiàn)中，處理器501包括FIFO和SYNC塊601，以及并行重建流水線602和603。也就是說，此示例框示了兩個重建存儲器M1和M2被并行更新。M1流水線602包括反投射塊604A和相加到存儲器塊605A，而M2流水線603包括第二反投射塊604B和第二相加到存儲器塊605B。反投射塊604A和相加到存儲器塊605A為存儲器M1處理接收到的象素，而同時第二反投射塊604B和第二相加到存儲器塊605B為存儲器M2處理相同的象素(但使用不同的Z參數(shù))。第二反投射塊604B和第二相加到存儲器塊605B是反投射塊604A和相加到存儲器塊605A的(硬件)拷貝。一個優(yōu)選實現(xiàn)使用如上簡要說明的流水線化體系結(jié)構(gòu)，來為重建存儲器獲得最大總線利用率。
作為可以在本發(fā)明一個實施例中實現(xiàn)的流水線階段的示例，在第一流水線階段中多個輸入“象素”、“象素位置”、“X射線點位置”、M1 z和M2 z被接收到FIFO和Sync塊601中，接著在下一個流水線階段中被輸出到反投射604A塊和第二反投射塊604B中。響應(yīng)于“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好”信號，反投射塊604A和第二反投射塊604B確定其各自深度層中所接收象素對其有貢獻(xiàn)的體素，并將該“地址”輸出到相加到存儲器塊605A和第二相加到存儲器塊605B。在下一個流水線階段，相加到存儲器塊605A和第二相加到存儲器塊605B讀入所確定的體素(分別作為M1數(shù)據(jù)輸入和M2數(shù)據(jù)輸入)，并且在最后的流水線階段中相加到存儲器塊605A和第二相加到存儲器塊605B將所接收象素的貢獻(xiàn)應(yīng)用到檢索到的體素，并且將所得到的體素寫回到其存儲器地址(分別到M1地址和M2地址)。應(yīng)當(dāng)理解到這些粗分的流水線階段可以使用更細(xì)分的流水線階段來實現(xiàn)。
FIFO和SYNC塊601為接收到的輸入象素、象素位置、X射線點位置、M1 z和M2 z存儲有效輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)FIFO包含數(shù)據(jù)時，當(dāng)前的FIFO數(shù)據(jù)被輸出并鎖存兩個時鐘周期。應(yīng)當(dāng)想到如上所述，一個優(yōu)選實施例使用兩個時鐘周期利用接收到的象素來更新體素(在一個時鐘周期從存儲器讀取接收到的象素對其有貢獻(xiàn)的恰當(dāng)體素，而在第二時鐘周期將已經(jīng)向其應(yīng)用該象素貢獻(xiàn)的被更新體素寫回存儲器)。輸出端口“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好”在第一時鐘周期變高，而在第二時鐘周期變低。如果希望，F(xiàn)IFO和SYNC塊601還可以用“奇”或“偶”時鐘周期來同步塊的輸出。
在合適的同步延遲后，F(xiàn)IFO和SYNC塊601從FIFO和SYNC塊601分別向反投射塊604A和第二反投射塊604B輸出接收到的象素、象素位置和X射線點位置，示出為“象素輸出”、“象素位置輸出”和“X射線點輸出”。此外，F(xiàn)IFO和SYNC塊601向反投射塊604A輸出M1 z并且向第二反投射塊604B輸出M2 z。FIFO和SYNC塊601還向反投射塊604A和第二反投射塊604B輸出“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好”信號，以指示何時上述數(shù)據(jù)是新的和有效的。
反投射塊604A確定存儲器M1被更新的重建存儲器地址，以及將被加到該存儲器地址的當(dāng)前內(nèi)容的加權(quán)象素值。也就是說，反投射塊604A確定“z位置”(其對應(yīng)于由FIFO和SYNC塊601接收的“M1 z”)處體素的X和Y坐標(biāo)，所述“z位置”的體素被從X、Y和Z坐標(biāo)的“X射線點位置”行進(jìn)到X、Y和Z坐標(biāo)的“象素位置”的X射線束貫穿。因此，反投射塊604A使用接收到的位置數(shù)據(jù)(象素位置、X射線點位置和z位置)來確定存儲器M1中所接收象素對其有貢獻(xiàn)的體素。如果在此“z位置”有兩個或更多體素被貫穿，那么選擇單個體素(例如，“最接近”象素位置的體素)。接著確定與所選擇的M1的體素相對應(yīng)的存儲器地址，并由反投射塊604A輸出此地址。雖然本發(fā)明不排除使用其他算法來計算體素地址，但在優(yōu)選實現(xiàn)中使用了反投射重建方法。如果反投射塊604A選擇一個在重建存儲器中沒有表示的體素，則產(chǎn)生一個固定的范圍外的地址。在某些實施例中，反投射塊604A可以輸出與體素和X射線束相交的體積相對應(yīng)的加權(quán)象素。然而，在其他實施例中，所有接收到的象素可以在重建過程中平等地加權(quán)。反投射塊604A的輸出被同步，以使得如果“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備通過(data ready thru)”信號在時鐘周期t變高，則將在時鐘周期t和t+1保持“地址”和“加權(quán)象素”的有效值。因此，在優(yōu)選實施例中，為同步目的而使用此“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備通過”信號。例如，可以在反投射塊604A內(nèi)“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好”和“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備通過”之間插入延遲器(寄存器)，使得準(zhǔn)備通過的數(shù)據(jù)將與輸出同步。第二反投射塊604B以與反投射塊604A的上述方式相似的方式工作，除了使用M2 z位置來確定存儲器M2中所接收象素對其有貢獻(xiàn)的體素。
相加到存儲器塊605A讀取由反投射塊604A輸出的“存儲器地址”的當(dāng)前內(nèi)容，向讀取的值應(yīng)用“加權(quán)象素”的貢獻(xiàn)，并將和寫回該“存儲器地址”。根據(jù)所實現(xiàn)的圖像處理算法，“加權(quán)象素”的貢獻(xiàn)可以按多種不同方式中的任何一種應(yīng)用到體素，所述多種不同的方式例如是將象素的值相加到體素，或者將為該體素讀取的象素的最大值應(yīng)用到此體素。因此，相加到存儲器塊605A檢索存儲器M1中反投射塊604A確定該象素對其有貢獻(xiàn)的體素，接著相加到存儲器塊605A向此檢索的體素應(yīng)用所接收象素的貢獻(xiàn)，并且將所得到的體素寫回到其存儲器地址。第二相加到存儲器塊605B以與相加到存儲器塊605A的上述方式相似的方式工作，除了使用由第二反投射塊604B所確定的存儲器M2的體素。
因為在此示例實現(xiàn)中對重建處理器601的輸入采樣(象素)是任意的，由相加到存儲器塊605A所更新的存儲器地址也將是任意的。也就是說，在此示例實現(xiàn)中體素以隨機(jī)方式被重建。因此，在處理交替的讀和寫中，注意避免這樣的可能性，即當(dāng)前的存儲器更新操作從一個還沒有被前面的存儲器更新操作寫入的存儲器地址進(jìn)行讀取。ZBT SRAM或無總線延遲SRAM(NoBL SRAM)允許交替的讀和寫而不會有任何總線死循環(huán)。換句話說，ZBT SRAM每個時鐘周期都可以讀或?qū)懸赃_(dá)到百分之百的總線效率。在此示例實現(xiàn)中為了避免可能的數(shù)據(jù)出錯(data corruption)，在讀取之后的下一個時鐘周期上將更新的值寫入是很重要的。因為體素的更新可以利用硬件相加操作(將所接收象素的貢獻(xiàn)相加到從M1檢索出的體素)來進(jìn)行，在這樣的實現(xiàn)中可以滿足一個周期的定時要求。相加到存儲器塊605A優(yōu)選地以這種方式來實現(xiàn)。
在許多實現(xiàn)中，可以放寬與交替的存儲器讀和寫相關(guān)的要求。一般而言，存儲器訪問將不是任意的，而是將遵循預(yù)定的模式或者或多或少有一定規(guī)律。本發(fā)明的實施例能夠?qū)崿F(xiàn)任何希望的模式，其可以根據(jù)被檢測對象的類型而變化。也就是說，重建處理器501足夠靈活以能夠接收任何隨機(jī)模式的象素，而通常被使用的特定模式是預(yù)定的。如果某種類型的模式被用來捕獲對象的象素和/或向重建處理器傳送這些象素，那么可以放寬重建處理器的部分設(shè)計限制。例如，可以使用一種消除數(shù)據(jù)出錯可能性的連續(xù)存儲器訪問的預(yù)定模式來實現(xiàn)移位相加重建算法(或其他基于反投射的重建算法)。也就是說，可以使用預(yù)定模式來捕獲射線照相圖像并將其象素傳送給重建處理器501，使得將不會發(fā)生數(shù)據(jù)出錯。因此，在存儲器訪問不是任意的情況下，重建處理器501可以被實現(xiàn)為具有很高的存儲器總線利用率，其不會有上述的專用存儲器和定時要求。因此，在某些實施例中，重建處理器501可以被配置成與多個不同的接收象素的預(yù)定模式(例如不向重建處理器輸入對同一體素有貢獻(xiàn)的兩個連續(xù)象素的模式)中的任何一個一起使用。如此處所述的一個優(yōu)選實施例被配置成能夠從射線照相成像系統(tǒng)接收任何隨機(jī)模式的象素，并且以此處所述的方式高效率地處理這些象素，由此提供了利用許多不同類型的射線照相成像系統(tǒng)配置的極大的靈活性和適用性。
另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到對上述示例實現(xiàn)可以做出各種其他修改。例如，可以使用諸如SDRAM、DDR DSRAM和/或QDR SDRAM之類的更多傳統(tǒng)存儲器來替代或者補(bǔ)充ZBT SRAM，用于存儲重建的圖像數(shù)據(jù)(體素)。此外，雖然上述示例實現(xiàn)在緊接在讀取被修改體素的時鐘周期之后的時鐘周期中對該體素進(jìn)行寫操作，但在某些其他實現(xiàn)中存儲器更新的寫操作可能在讀操作后經(jīng)過許多時鐘周期才發(fā)生(例如，如果使用連續(xù)存儲器訪問的預(yù)定模式而非隨機(jī)存儲器訪問來實現(xiàn)，或者如果附加的硬件處理解決了可能發(fā)生數(shù)據(jù)出錯的問題)。另一個避免數(shù)據(jù)出錯的相對簡單的方法是使用比存儲器時鐘較慢的處理器時鐘(使得對每個象素都有若干個存儲器周期)。
而且，雖然圖6的示例實現(xiàn)每次接收一個象素(例如，每兩個重建處理器的時鐘周期接收一個象素)，各種其他實現(xiàn)可能在單個時鐘周期中能夠接收多個象素。此外，在某些實現(xiàn)中(例如基于移位相加的實現(xiàn))，多個象素可以被并行地應(yīng)用到多個體素。此外，某些實現(xiàn)可以利用存儲器突發(fā)操作來增大存儲器總線利用率。如同本領(lǐng)域公知的那樣，從存儲器數(shù)據(jù)表對于給定的“讀”或“寫”命令，突發(fā)長度確定了可以被訪問的列單元的最大數(shù)目。作為示例，1、2、4或8單元的突發(fā)長度對于順序或者交替的突發(fā)類型兩者都可用，而整頁的突發(fā)對于順序類型可用。結(jié)合“突發(fā)終止”命令使用整頁突發(fā)以產(chǎn)生隨機(jī)突發(fā)長度。某些實現(xiàn)可以包括更精細(xì)的存儲器接口，例如包括固件緩存機(jī)制。
現(xiàn)在參考圖7，其示出了其中可以實現(xiàn)本發(fā)明實施例的檢測系統(tǒng)配置700的示例概要圖。如所示，檢測系統(tǒng)700包括X射線成像器502、固定模式噪聲校正單元701、幾何校準(zhǔn)單元702、重建處理器501和重建存儲器504。在典型的檢測系統(tǒng)中，由成像器502輸出的圖像數(shù)據(jù)可能需要被校準(zhǔn)。因此，固定模式噪聲校正單元701和幾何校準(zhǔn)單元702可以被包括進(jìn)來，用于在圖像數(shù)據(jù)被重建處理器501處理之前對其進(jìn)行校準(zhǔn)。例如，基于數(shù)字的成像器一般包括幾個模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，每個都具有與其相關(guān)聯(lián)的不同增益。因此，固定模式噪聲校正單元701為成像器502中的不同A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行增益調(diào)整。此外，因為圖像傳感器的制造缺陷圖像數(shù)據(jù)可能丟失某些象素，它們的值必須被插入。因此，固定模式噪聲校正單元701可以檢測丟失的象素并通過本領(lǐng)域公知的技術(shù)插入它們的值。因為象素離X射線源越遠(yuǎn)則亮度減小，所以幾何校準(zhǔn)單元702可調(diào)節(jié)亮度。作為示例，固定模式噪聲校正單元701和幾何校準(zhǔn)單元702可以被實現(xiàn)為分開的設(shè)備，或者它們可以包括在其中實現(xiàn)重建處理器501的相同F(xiàn)PGA中。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到本發(fā)明的實施例是可擴(kuò)展的。更具體而言，它們在兩個方向上可擴(kuò)展。例如，此處描述的重建處理器的實施例可以在檢測系統(tǒng)內(nèi)重復(fù)以增加Z層重建存儲器的數(shù)量。圖8示出了示例配置800，其中通過包括兩個重建處理器501A和501B而將重建存儲器的數(shù)量增大兩倍。重建處理器501A可以按以上示例中描述的方式來實現(xiàn)，其中它可以接收象素和位置數(shù)據(jù)801并且使用這些象素和位置數(shù)據(jù)來并行地重建多個深度層。重建處理器501A的重建圖像數(shù)據(jù)(體素)存儲在重建存儲器504A中。在此示例中，重建存儲器504A包括存儲器M1A、M2A、M3A和M4A，每一個都用于存儲與被檢測對象的特定深度層相關(guān)聯(lián)的重建圖像數(shù)據(jù)。此外，還實現(xiàn)了第二重建處理器501B，其也可以接收象素和位置數(shù)據(jù)801并且使用這些象素和位置數(shù)據(jù)來并行地重建多個深度層。重建處理器501B的重建圖像數(shù)據(jù)(體素)存儲在重建存儲器504B中。在此示例中，重建存儲器504B包括存儲器M1B、M2B、M3B和M4B，每一個都用于存儲與被檢測對象的特定深度層相關(guān)聯(lián)的重建圖像數(shù)據(jù)。因此，通過增加第二重建處理器501B，而將重建存儲器的總數(shù)加倍。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，重建處理器501A和501B可以并行地運(yùn)行，使得性能隨著重建處理器的數(shù)量而線性地提高。
假定象素和位置輸入全部都與相同的視場相關(guān)聯(lián)，象素和位置輸入總線的數(shù)量也可以擴(kuò)展。圖9示出了示例配置900，其中通過包括兩個象素和位置輸入總線901和902，而使所使用的象素和位置輸入總線的數(shù)量增大兩倍。在圖9所示的示例中，為每個象素和位置總線使用單獨(dú)的重建處理器。更具體而言，重建處理器501A被耦合到象素和位置總線901，而重建處理器502耦合到象素和位置總線902。在此示例中，重建存儲器504A耦合到重建處理器501A并包括存儲器M1A、M2A、M3A和M4A，每一個都用于存儲與被檢測對象的特定深度層相關(guān)聯(lián)的重建圖像數(shù)據(jù)。此外，重建存儲器504B耦合到重建處理器501B并包括存儲器M1B、M2B、M3B和M4B，每一個都用于存儲與被檢測對象的特定深度層相關(guān)聯(lián)的重建圖像數(shù)據(jù)。在此示例中，存儲器M1A和M1B為共同的Z層存儲重建圖像數(shù)據(jù)，存儲器M2A和M2B、存儲器M3A和M3B以及存儲器M4A和M4B也同樣如此。
在此配置中，重建存儲器504A存儲來自象素總線901的反投射的和，而重建存儲器504B存儲來自象素總線902的反投射的和。一旦已經(jīng)由重建處理器501A和501B處理了一個視場的所有象素，就將重建存儲器504A和504B加到一起以得到最終的重建圖像。也就是說，將存儲器M1A和M1B一起求和(或者進(jìn)行其他處理，例如通過識別最大值并將此最大值應(yīng)用到該體素)來產(chǎn)生第一深度層的重建圖像，將存儲器M2A和M2B一起求和(或者根據(jù)重建算法進(jìn)行其他處理)來產(chǎn)生第二深度層的重建圖像，將存儲器M3A和M3B一起求和(或者進(jìn)行其他處理)來產(chǎn)生第三深度層的重建圖像，將存儲器M4A和M4B一起求和(或者進(jìn)行其他處理)來產(chǎn)生第四深度層的重建圖像。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，重建處理器501A和501B并行地運(yùn)行使得性能隨著重建處理器的數(shù)量而線性地提高，除了用于將重建處理器的存儲器對求和(或進(jìn)行其他處理)的相對較小的額外開銷。
考慮到上述方面，本發(fā)明的實施例提供了優(yōu)于現(xiàn)有圖像處理技術(shù)的幾個優(yōu)點。首先，本發(fā)明的實施例能夠同時重建被檢測對象的幾個不同的深度層(或“Z層”)。在需要幾個深度層來分析的情況下，這種同時的重建提高了性能。
本發(fā)明的實施例通過使精確定位或者范圍查找硬件變得不必要，可以降低系統(tǒng)成本。例如，可以并行地重建相近區(qū)域中的一組深度層，并且可以從算法上確定所希望的深度層。例如，可以使用自動聚焦或相關(guān)算法來從該組重建層中確定所希望的層。因此，本發(fā)明的實施例可以有助于用于查找和檢測對象的特定深度層的低成本實現(xiàn)。例如在印刷電路板檢測中，對于每個視場而言一般需要檢測少量的特定深度層。作為示例，共同的檢測層是該板表面上的焊點，以及球柵陣列的頂部和底部。一種通常用來獲得單個聚焦重建的方法是使用昂貴的精確定位硬件來將所希望的深度層置于已知高度。然而，本發(fā)明的實施例可以用來并行地重建幾個適當(dāng)選擇的深度層，并且從算法上確定與所希望的深度層或者諸如PC板頂部的參考層最對應(yīng)的那個深度層，由此消除(或者減小其復(fù)雜度)所要求的定位硬件。
本發(fā)明的某些實施例以小于或等于重建處理器全局時鐘速率一半的象素采樣速率來實時地處理輸入象素。在這個意義上，“實時”地處理輸入象素意味著所接收象素在固定的不變時間量(例如兩個時鐘周期)中被處理，來并行地將此象素的貢獻(xiàn)應(yīng)用到多個不同深度層的體素。例如在一個實施例中，對于每兩個連續(xù)的全局時鐘周期，可以從FIFO將象素讀入到計算流水線中，并且同時將發(fā)生與前一象素相對應(yīng)的多個重建存儲器更新操作。因此，從FIFO讀取象素之時直到與該象素相對應(yīng)的重建存儲器更新被完成，有相對較少的固定等待時間。如上所述，在某些實施例中，重建處理器可以按每兩個時鐘周期一個象素的速率將象素接收到其處理流水線中，并且每個象素花費(fèi)很少的固定時間(例如20個時鐘周期)以在流水線中被完全地處理。實時重建是一個很清楚的優(yōu)點，這在許多應(yīng)用中都是很關(guān)鍵的。具體而言，自動X射線檢測系統(tǒng)在諸如生產(chǎn)環(huán)境的許多環(huán)境中的實用性取決于吞吐量。
本發(fā)明實施例的另一個優(yōu)點是提供了通用(或靈活)圖像重建器，其可以與各種不同射線照相成像系統(tǒng)配置中的任何一種一起使用，并且/或者可以在其中實現(xiàn)各種不同圖像處理技術(shù)中的任何一種，以處理所接收象素來重建斷面圖像。本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例提供了一種圖像重建器，其可操作來為各種不同射線照相成像系統(tǒng)配置中的任何一種提供高效率的圖像重建(例如使用多個斷面的平行重建)。因此，優(yōu)選實施例的圖像重建器的操作不依賴于特定的射線照相成像系統(tǒng)配置(例如特定的掃描路徑和步進(jìn)模式、檢測器陣列布置等)來提供多個斷面的并行重建。相反，在優(yōu)選實施例中圖像重建器可以操作來從射線照相成像系統(tǒng)接收任意象素(即以任何順序接收象素)，確定多個斷面的每一個中所接收象素對其有貢獻(xiàn)的體素，并且分別向所確定的體素中的每一個應(yīng)用該象素的貢獻(xiàn)。因此，射線照相成像系統(tǒng)不需要按特定方式來配置以允許優(yōu)選實施例的圖像重建器的并行處理，相反，輸出被檢測對象的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)(象素)的多個不同射線照相成像系統(tǒng)配置中的任何一個都可以與圖像重建器一起使用。
例如，某些實施例能夠為包括不規(guī)則的傳感器和/或捕獲象素的不規(guī)則順序的成像系統(tǒng)進(jìn)行深度層的并行重建。作為可能實現(xiàn)的不規(guī)則傳感器的示例，傳感器可能是非鄰接的。例如，圖10A-10C示出了示例性的非鄰接傳感器配置。圖10A示出了第一個非鄰接傳感器30A，其包括的傳感器陣列被布置成其中有孔(或沒有傳感器)1001的十字圖案。圖10B示出了另一個非鄰接傳感器30B，其包括的傳感器陣列被布置成其中有孔(或沒有傳感器)1002和1003的矩形圖案。另一個示例是使用幾個非鄰接的線傳感器，如圖10C中的傳感器布置30C，其用來最小化傳感器成本并且通過移動對象來從多個角度獲得視圖；對本發(fā)明實施例的輸入坐標(biāo)可以在數(shù)學(xué)上進(jìn)行轉(zhuǎn)換以考慮對象的移動。在成像系統(tǒng)中可以采用各種其他非鄰接傳感器布置，并且本發(fā)明實施例(例如圖6的實施例)的重建處理器可以與這些非鄰接傳感器布置一起操作，而以上述方式來并行地重建多個深度層。這種非鄰接傳感器布置在某些應(yīng)用中可能是所希望的，例如在將某些對象成像中。
此外，在優(yōu)選實施例的圖像重建器上可以實現(xiàn)用于重建斷面圖像的各種不同圖像處理技術(shù)中的任何一種。例如，各種反投射和其他圖像處理技術(shù)是本領(lǐng)域公知的，并且在優(yōu)選實施例的圖像重建器上可以實現(xiàn)多種不同類型的圖像處理技術(shù)中的任何一種。例如，可以利用任何這樣的圖像處理技術(shù)(例如基于反投射的技術(shù)，包括移位相加技術(shù))，其可以在圖6示例的反投射塊604A內(nèi)操作來接收輸入到此反投射塊604A的信息，并且使用這些信息來將象素的貢獻(xiàn)應(yīng)用到深度層的體素。因此，多個深度層的并行重建不是只限于特定重建算法，而是使各種不同重建算法中的任何一種都能夠被利用(例如，可以選擇性地利用為特定應(yīng)用定制的重建算法)。
本發(fā)明實施例的另一個優(yōu)點是它們可以擴(kuò)展。例如，通過增加所實現(xiàn)的重建處理器的數(shù)量，可以增加重建存儲器的總數(shù)(如以上參考圖8所述的那樣)。此外，輸入象素總線的數(shù)量也是可擴(kuò)展的(如以上參考圖9所述的那樣)。
考慮到上述方面，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到本發(fā)明的實施例可以提供以下特征中的一個或多個(例如全部)1)射線照相成像系統(tǒng)可以以任意順序捕獲象素；2)可以實現(xiàn)各種不同重建方法(例如各種不同的基于反投射的算法)中的任何一種；3)在射線照相成像系統(tǒng)中可以實現(xiàn)不規(guī)則(例如非鄰接)的檢測器布置；和4)可以由射線照相成像系統(tǒng)捕獲并且由重建處理器處理非常大的射線照相圖像(例如，射線照相成像系統(tǒng)中的檢測器可能能夠捕獲非常大的象素矩陣)。除了以上列舉的特征，本發(fā)明的實施例能夠使象素被處理，以使得其貢獻(xiàn)被并行地應(yīng)用到對象的多個深度層(例如，在重建多個深度層的體素中)。
雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明及其優(yōu)點，但應(yīng)當(dāng)理解到此處可以做出各種變化、替換和改變而不會背離由所附權(quán)利要求界定的本發(fā)明的精神和范圍。此外，本申請的范圍無意被限于說明書中描述的過程、機(jī)器、制造、物質(zhì)的組成、裝置、方法和步驟的具體實施例。如同本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易從本發(fā)明的公開中認(rèn)識到的，根據(jù)本發(fā)明可以利用現(xiàn)在存在或以后將開發(fā)的、與此處描述的相應(yīng)實施例執(zhí)行基本相同的功能或者獲得基本相同的結(jié)果的過程、機(jī)器、制造、物質(zhì)的組成、裝置、方法或步驟。因此，所附權(quán)利要求意于將這些過程、機(jī)器、制造、物質(zhì)的組成、裝置、方法或步驟包括到其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種從對象的射線照相圖像重建所述對象的斷面圖像的方法，所述方法包括在圖像重建處理器處接收對象的射線照相圖像的象素，所述圖像重建處理器可以操作來處理所述被接收的象素以重建所述對象的斷面圖像，其中由所述圖像重建處理器進(jìn)行的所述處理不依賴于接收所述象素的順序；對至少第一被接收的象素，所述圖像重建處理器確定所述至少第一被接收的象素對其有貢獻(xiàn)的多個體素；以及所述圖像重建處理器并行地向所述多個體素應(yīng)用所述至少第一被接收的象素的貢獻(xiàn)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括對每個被接收的象素，所述圖像重建處理器確定所述被接收的象素對其有貢獻(xiàn)的多個體素，并且所述圖像重建處理器并行地向所述被接收的象素對其有貢獻(xiàn)的所述多個體素應(yīng)用所述被接收的象素的貢獻(xiàn)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個體素包括所述對象的第一層的第一體素和所述對象的第二層的第二體素。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括接收位置數(shù)據(jù)，并且將所述位置數(shù)據(jù)用于所述確定所述多個體素的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述位置數(shù)據(jù)包括從象素位置數(shù)據(jù)和X射線點位置數(shù)據(jù)構(gòu)成的組中選擇的至少一個數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述對象包括電路板。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述射線照相圖像包括X射線圖像。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述并行地向所述多個體素應(yīng)用所述至少一個象素的貢獻(xiàn)的步驟還包括從存儲器中檢索所述多個體素；向所述多個體素應(yīng)用所述至少一個象素的貢獻(xiàn)；以及將被所述至少一個象素的貢獻(xiàn)修改了的所述多個體素寫到所述存儲器。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述向所述多個體素應(yīng)用所述至少一個象素的貢獻(xiàn)的步驟包括使用基于反投射的算法。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述向所述多個體素應(yīng)用所述至少一個象素的貢獻(xiàn)的步驟，包括使用從反投射技術(shù)、移位相加技術(shù)和平均技術(shù)構(gòu)成的組中選擇的一種技術(shù)。
11.一種從對象的射線照相圖像重建所述對象的斷面圖像的方法，所述方法包括在圖像重建處理器處接收對象的射線照相圖像的至少一個象素；在所述圖像重建處理器處為所述至少一個象素接收相關(guān)的位置數(shù)據(jù)；所述圖像重建處理器至少部分地基于所述被接收的位置數(shù)據(jù)來確定所述對象的第一層的第一體素，其中所述至少一個象素對所述第一體素有貢獻(xiàn)；所述圖像重建處理器至少部分地基于所述被接收的位置數(shù)據(jù)來確定所述對象的第二層的第二體素，其中所述至少一個象素對所述第二體素有貢獻(xiàn)；以及所述圖像重建處理器并行地分別向所述第一體素和所述第二體素應(yīng)用所述至少一個象素的貢獻(xiàn)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，包括在所述圖像重建處理器處接收所述射線照相圖像的多個象素；在所述圖像重建處理器處為所述多個象素中的每一個接收相關(guān)的位置數(shù)據(jù)；對所述多個象素中的每一個，所述圖像重建處理器至少部分地基于與所述象素有關(guān)的所述被接收的位置數(shù)據(jù)，來確定所述對象的第一層的第一體素，其中所述象素對所述第一體素有貢獻(xiàn)；對所述多個象素中的每一個，所述圖像重建處理器至少部分地基于與所述象素有關(guān)的所述被接收的位置數(shù)據(jù)，來確定所述對象的第二層的第二體素，其中所述象素對所述第二體素有貢獻(xiàn)；以及對所述多個象素中的每一個，所述圖像重建處理器并行地向所述第一體素和所述第二體素應(yīng)用所述被確定的所述象素的貢獻(xiàn)。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述相關(guān)的位置數(shù)據(jù)包括從象素位置數(shù)據(jù)和X射線點位置數(shù)據(jù)構(gòu)成的組中選擇的至少一個數(shù)據(jù)。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述圖像重建器并行地分別向所述第一體素和所述第二體素應(yīng)用所述至少一個象素的貢獻(xiàn)的步驟還包括從存儲器中檢索所述第一和第二體素；向所述第一和第二體素應(yīng)用所述被確定的所述至少一個象素的貢獻(xiàn)；以及將被所述至少一個象素的貢獻(xiàn)修改了的所述第一和第二體素寫到所述存儲器。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述圖像重建處理器并行地分別向所述第一體素和所述第二體素應(yīng)用所述至少一個象素的貢獻(xiàn)的步驟包括使用基于反投射的算法。
16.一種重建處理器，包括至少一個輸入端口，用于接收對象的射線照相圖像的象素；至少一個輸入端口，用于接收與被接收的象素相關(guān)的位置數(shù)據(jù)；圖像處理邏輯，可操作以至少部分地基于被接收象素的所述被接收位置數(shù)據(jù)，來確定所述對象的第一層的第一體素和所述對象的第二層的第二體素，其中所述被接收的象素對所述第一體素和所述第二體素有貢獻(xiàn)，并且所述圖像處理邏輯可操作來并行地分別向所述第一體素和所述第二體素應(yīng)用所述被接收的象素的貢獻(xiàn)。
17.如權(quán)利要求16所述的重建處理器，還包括第一存儲器，所述第一存儲器可通信地耦合到所述重建處理器以存儲所述對象的所述第一層的體素；和第二存儲器，所述第二存儲器可通信地耦合到所述重建處理器以存儲所述對象的所述第二層的體素。
18.如權(quán)利要求17所述的重建處理器，其中用于接收位置數(shù)據(jù)的所述至少一個輸入端口包括至少一個輸入端口，用于接收數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)識別所述對象的所述第一層的深度坐標(biāo)；和至少一個輸入端口，用于接收數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)識別所述對象的所述第二層的深度坐標(biāo)。
19.如權(quán)利要求17所述的重建處理器，其中所述圖像處理邏輯包括至少一個輸入端口，用于從所述第一存儲器檢索所述第一體素；至少一個輸入端口，用于從所述第二存儲器檢索所述第二體素。
20.如權(quán)利要求19所述的重建處理器，其中所述圖像處理邏輯包括至少一個輸出端口，用于將已經(jīng)對其分別應(yīng)用了所述被接收象素的貢獻(xiàn)的所述第一體素寫到所述第一存儲器；和至少一個輸出端口，用于將已經(jīng)對其分別應(yīng)用了所述被接收象素的貢獻(xiàn)的所述第二體素寫到所述第二存儲器。
21.如權(quán)利要求16所述的重建處理器，其中所述圖像處理邏輯包括基于反投射的算法，所述基于反投射的算法用于分別向所述第一體素和所述第二體素應(yīng)用所述被接收的象素的所述貢獻(xiàn)。
22.一種從對象的射線照相圖像重建所述對象的斷面圖像的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于捕獲對象的象素的裝置，其中用于捕獲的所述裝置包括非鄰接傳感器布置；和用于處理由所述捕獲裝置所捕獲的象素以并行地重建所述對象的多個深度層的裝置。
23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述處理裝置并行地向多個體素應(yīng)用由所述捕獲裝置所捕獲的所述象素的貢獻(xiàn)。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述多個體素包括所述對象的不同層的體素。
全文摘要
本發(fā)明提供了能夠?qū)ο蟮亩鄠€深度層進(jìn)行并行圖像重建的系統(tǒng)和方法。更具體而言，提供了一種系統(tǒng)和方法，其中對對象捕獲象素，并且處理這些象素以并行地重建對象的多個深度層的體素。在一個實施例中，一種重建處理器包括至少一個用于接收對象的射線照相圖像的象素的輸入端口，和至少一個用于接收與接收的象素相關(guān)的位置數(shù)據(jù)的輸入端口。它還包括圖像處理邏輯，可操作以至少部分地基于被接收象素的所接收的位置數(shù)據(jù)，來確定所述對象的第一層的第一體素和所述對象的第二層的第二體素，其中所述接收的象素對第一體素和第二體素有貢獻(xiàn)，并且所述圖像處理邏輯還可操作來并行地分別向所述第一體素和所述第二體素應(yīng)用所述接收的象素的貢獻(xiàn)。
文檔編號G06T17/00GK1584931SQ20041007082
公開日2005年2月23日 申請日期2004年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月19日
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