工业CT图像中弱边缘尺寸测量方法

摘要

本发明涉及一种工业CT图像中弱边缘尺寸测量方法，其包含如下步骤：步骤一、分别采集被测物体和标准试块的CT图像，其中标准试块的密度和厚度与被测物体一致；步骤二、获取标准试块的CT图像垂直界面一维点扩散函数；步骤三、获取被测物体待测尺寸的灰度曲线；步骤四、对被测物体待测尺寸的两端边界分别进行复原重构；步骤五、根据像素对应实际距离对被测物体待测尺寸长度进行测量。与现有技术相比，本发明的优点在于：采用本发明提供的方法获取的被测物体待测尺寸速度快、精度高。

主权项

一种工业CT图像中弱边缘尺寸测量方法，其特征在于：包含如下步骤：步骤一、分别采集被测物体和标准试块的CT图像，其中标准试块的密度和厚度与被测物体一致；步骤二、获取标准试块的CT图像垂直界面一维点扩散函数：所述标准试块采用圆形标准试块或方形标准试块；采用GB/T 29069‑2012《无损检测工业计算机层析成像(CT)系统性能测试方法》中5.3圆盘卡法获得圆形标准试块CT图像垂直界面一维点扩散函数PSF[k]，求取PSF[k]的累计幅值A；当标准试块为方形标准试块时，在标准方形试块的CT图像中框选一个长方形区域，使得标准方形试块的一条直线边缘图像包含在该长方形区域中，对该区域进行二值化分割，获取该直线边缘点，再根据直线边缘点进行拟合获得该直线边缘的斜率k，计算与该直线边缘垂直直线的斜率k′＝1/k，根据该垂直直线的斜率在标准试块边缘上均匀提取N条相隔距离为h的与该直线边缘相垂直的剖线：y_n＝k′x_n+B_n，B_n＝d+nh,n∈[1,N]，d为起始斜截距；根据每条剖线y_n在标准方形试块的CT图像上经过的位置，提取与之对应的直线边缘点的对应灰度值l_n，获取所有直线边缘上所有像素的灰度加以合并平均，得到边缘响应函数ERF，然后对边缘响应函数ERF进行拟合求导获取方形标准试块CT图像垂直界面一维点扩散函数PSF[k]，具体步骤如下：边缘响应函数ERF是长度为N的一维数组，设为ERF_N，设E[m]为ERF_N的子数组，其中a为数组起点，b为数组终点。0≤a<b≤N，其中数组长度为m＝b‑a，m∈[15～25]；对E[m]进行3次方最小二乘法拟合，获得拟合后的E[m]′，取中点值E[a+m/2]′作为该段数组拟合后新的E_new[m]值，再对E_new[m]进行3次方最小二乘法拟合，获得拟合后的E_new[m]′，对E_new[m]′进行求导dE_new[m]′，取中点值dE_new[a+m/2]′作为该段数组的PSF值，其中W是归一化系数， W＝max(dE_new[a+m/2]′)；该标准试块的CT图像垂直界面一维点扩散函数为PSF[s]，对PSF[s]进行累加获得累计幅值步骤三、获取被测物体待测尺寸的灰度曲线：在被测物体的CT图像中画一条通过待测尺寸的直线，使得该直线包含待测尺寸的两端边界，获取该直线上对应的灰度值l[n]；步骤四、对被测物体待测尺寸的两端边界分别进行复原重构：对步骤三获得的灰度直线上对应的灰度值l[n]以两端边界中心位置为界进行分割分段处理，分别获得2组CT图像垂直界面一维点扩散函数，它分别对应被测物体待测尺寸的两端边界CT图像垂直界面一维点扩散函数，假设左边界对应的CT图像垂直界面一维点扩散函数为PSF[L]，右边界对应的CT图像垂直界面一维点扩散函数为PSF[R]；设h[L]、h[R]分别为PSF[L]和PSF[R]对标准试块的CT图像垂直界面一维点扩散函数PSF[s]作反卷积后得到的复原边界系数，为左侧复原边界系数，为右侧复原边界系数；在这里，对被测物体待测尺寸的左右两端边界类型进行分类：1）、垂直于CT扫描平面的垂直平面边界；2）、倾斜于CT扫描平面的斜平面边界；3）、不规则面的边界；然后对获取的h数据进行分类，这里的h数据为h[L]或h[R]：1）、如果h数据中有且仅有一个最大值max[h]，并且max[h]附近数据急剧下降，h数据曲线呈山峰状，即num{max[h]}＝1，则判定为第1种边界；2）、如果h数据显示为方波，即num{max[h]}为多个且连续；则判定为第2种边界；3）、如果h数据显示为曲线，则判定为第3种边界；对步骤三获得的灰度值l[n]求导，有两个极值分别对应待测尺寸的左右边界的位 置，设为j、k，j表示左边界位置，k表示右边界位置；取j、k中间点，即将步骤三获得的灰度值l[n]在这点上一分为二，分开进行边界复原处理：设左边段的灰度值为L(w)，假定一个长度估计值x₀，x₀初值小于测量长度，其退化前的幅值为其中A为步骤二中求取的标准试块的CT图像垂直界面一维点扩散函数为PSF[s]的累计幅值；然后根据判断出的左侧边界类型分别进入如下处理：1）、当左侧边界类型判断为1，即垂直平面边界，初始值x₀不变，然后计算X_old(L)：2）、当边界类型判断为2，即斜平面边界，计算左侧复原边界系数h[L]中大于的点数R，即计算方波的宽度，然后计算X_old(L)：3）、当边界类型判断为3，即不规则面的边界，设左侧复原边界系数h[L]中max{h[L]}对应的位置为y，取其后的所有数据设为h[y]，然后计算X_old(L)：将X_old(L)与步骤二获得的标准试块的CT图像垂直界面一维点扩散函数为PSF[s]进行卷积，计算与左边段的灰度值为L(w)的标准偏差S(w)；然后将x₀＝x₀+1，循环迭代计算，直至最终回计算时的x₀值大于测量长度；获得S(w)的曲线，取数组S(w)中的最小值对应的x₀，此时的x₀即为最佳长度值，然后将最佳长度值x₀代入X_old(L)中，获得左侧最佳重构曲线X_new(L)；右侧最佳重构曲线X_new(R)与左侧最佳重构曲线X_new(L)的获取方式相同，将右侧最佳重构曲线X_new(R)与左侧最佳重构曲线X_new(L)合并，得到被测物体待测尺寸的最佳 重构曲线X_new(w)；步骤五、根据像素对应实际距离对被测物体待测尺寸长度进行测量：根据CT扫描设备的实际成像范围a×a，单位mm，被测物体的CT图像尺寸n×n，单位为像素数，计算出每个像素之间对应的实际距离为所述步骤三拖动的直线起点与终点已知，分别为(x₁,y₁)和(x₂,y₂)，根据步骤四得到的被测物体待测尺寸的最佳重构曲线X_new(w)，计算N值：被测物体待测尺寸应实际长度为