一种锥束CT系统角度偏差测量方法

摘要

本发明公开了一种锥束CT系统角度偏差测量方法。利用一种校准用的模板，采集模板上各个标记点在探测器上的投影数据，利用空间解析几何算法，通过联立锥束CT系统探测器平面方程、射线源出射点与校准用模板上标记点的连线方程所得的方程组，即可由实际测得标记点在探测器上的投影坐标计算得到探测器平面以及转台转轴中心的空间偏转角。本发明的空间偏转角测量精度可达到分度量级，具有较高的可靠性，无需对模板多角度旋转，并且可实现各机械结构角度偏差参数的有效分离，在锥束CT系统机械结构的几何参数偏差测量和系统校正中具有很好的实际应用价值，解决了锥束CT系统机械结构角度偏差难以测量及校正的难题。

主权项

一种锥束CT系统角度偏差测量方法，其特征在于它的步骤如下：1)选用有n组均匀对称分布标记点的校准用模板，n为自然数，每一组标记点有4个关于校准用模板中心点对称的圆形标记点，将该校准用模板安装在锥束CT系统的转台上，使射线源中心、校准用模板中心以及探测器中心三点共线，且校准用模板平面与锥束CT系统转台平面垂直；2)利用锥束CT系统对校准用模板进行测量，得到校准用模板上各个圆形标记点投影在探测器上的灰度图，并利用数字图像处理方法得到校准用模板上所有圆形标记点在探测器平面坐标系UO′V上的投影坐标数据其中以探测器中心O′为坐标原点，过O′点与射线源中心点的直线方向为坐标轴W，过O′点的水平和竖直方向分别为坐标轴U、V，建立探测器空间坐标系UVW，i表示圆形标记点组别，i＝1,2,...,n，j表示每组圆形标记点在探测器上的位置，j＝1,2,3,4，分别对应4个角位置，(k)表示第i组第j个校准用模板圆形标记点投影数据所包含的有效像素个数；3)将步骤2)所得到的投影坐标数据应用最小二乘法来确定校准用模板上每个投影标记点的中心位置，得到第i组第j个校准用模板上圆形标记点在探测器平面上投影的中心坐标数据(u_ij,v_ij)；4)将步骤3)中所得到的中心坐标数据(u_ij,v_ij)代入锥束CT系统角度偏差测量模型方程组中，即：$\left\{\begin{array}{c}u=\frac{-{\mathrm{Lx}}_0{\mathrm{cos\beta }}_2}{{\mathrm{cos\beta }}_1(y_0{\mathrm{sin\alpha }}_2-f+x_0{\mathrm{sin\beta }}_2{\mathrm{cos\alpha }}_2-\frac{x_0{\mathrm{tan\beta }}_1{\mathrm{cos\beta }}_2}{{\mathrm{cos\alpha }}_1}-y_0{\mathrm{tan\alpha }}_1{\mathrm{cos\alpha }}_2+x_0{\mathrm{tan\alpha }}_1{\mathrm{sin\beta }}_2{\mathrm{sin\alpha }}_2)}\\ v=\frac{-L(y_0{\mathrm{cos\alpha }}_2-x_0{\mathrm{sin\beta }}_2{\mathrm{sin\alpha }}_2)-{\mathrm{Lx}}_0{\mathrm{cos\beta }}_2{\mathrm{tan\beta }}_1{\mathrm{sin\alpha }}_1}{{\mathrm{cos\alpha }}_1(y_0{\mathrm{sin\alpha }}_2-f+x_0{\mathrm{sin\beta }}_2{\mathrm{cos\alpha }}_2-\frac{x_0{\mathrm{tan\beta }}_1{\mathrm{cos\beta }}_2}{{\mathrm{cos\alpha }}_1}-y_0{\mathrm{tan\alpha }}_1{\mathrm{cos\alpha }}_2+x_0{\mathrm{tan\alpha }}_1{\mathrm{sin\beta }}_2{\mathrm{sin\alpha }}_2)}\end{array}\right.$其中α₁、β₁分别为探测器平面绕UVW坐标系中U轴和V轴的空间偏转角；以校准用模板中心O为坐标原点，过O点与射线源中心点的方向直线为坐标轴Z，过O点的水平和竖直方向分别为坐标轴X、Y，建立校准用模板空间坐标系XYZ，α₂、β₂为锥束CT系统转台中心转轴绕XYZ坐标系中X轴和Y轴的空间偏转角，f为射线源到转台上校准用模板中心O点的距离，L为射线源到探测器平面的垂直距离，(x₀,y₀)为校准用模板圆形标记点中心在XY坐标系中的坐标，(u,v)为探测器上校准用模板投影标记点中心在UV坐标系中的坐标；5)利用步骤3)所测得的校准用模板上所有投影标记点的中心坐标数据(u_ij,v_ij)以及步骤4)中的方程组，得到第i组圆形标记点所对应的锥束CT系统探测器平面以及转台中心转轴的空间偏转角α_i1、β_i1、α_i2、β_i2；6)根据步骤5)求得的校准用模板上n组圆形标记点对应的空间偏转角参数α_i1、β_i1、α_i2、β_i2，对各组间参数取算数平均值，即：${\alpha }_1=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\alpha }_{i1}}{n},{\beta }_1=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\beta }_{i1}}{n},{\alpha }_2=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\alpha }_{i2}}{n},{\beta }_2=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\beta }_{i2}}{n}$由此得到锥束CT系统中探测器平面以及转台中心转轴的空间偏转角α₁、β₁、α₂、β₂。