专利名称：一种铁路铸件全身ct扫描成像方法
技术领域：
本发明涉及一种CT成像方法，特别是一种用于铁路铸件CT扫描成像的方法。
背景技术：
工业计算机层析成像技术(简称工业CT)是无损检测界公认的最佳的无损检测技术。它利用射线穿过物体发生衰减这一性质，将传感器获得的数据进行重建从而获得被检测物体的三维灰度图像，清晰、准确、直观的反映物体的内部结构、材料密度和缺损状况。工业CT在工业界得到了广泛运用，检测的铸件尺寸有小到几毫米大到几米的范围。在铁路铸件的生产过程中，由于生产工艺的原因铸件成品或多或少地存在一些缺陷，比如气孔、缩孔、夹杂等。工业CT可以帮助质检人员检测铸件内部存在的缺陷，防止由于产品缺陷而带来的灾难事故。可以说工业CT技术对保证铁路铸件质量和提高生产效率具有重要的实际意义。工业CT扫描方式有一代扫描、二代扫描(TR扫描)、三代扫描(R0扫描)和锥束扫描等。目前常用的扫描方式有二代扫描和三代扫描，他们都是使用线阵探测器扫描的。 随着工业技术的发展，有些工业CT使用面阵探测器并发展成为锥束扫描方式。如公开号 CN102062740A的中国发明专利所公布的锥束CT扫描成像方法及系统，平移探测器，使成像视场覆盖被扫描物体至少一半的部分；对被扫描物体进行扫描，将视场扩大为原来的多倍。还有螺旋锥束扫描方式，铸件在转台上匀速旋转，面阵探测器和射线源同时在竖直方向做平移运动，形成一种螺旋的轨迹，虽然锥束扫描方式具有采集数据量大，全身扫描速度快的优点，但是由于面阵探测器结构上的原因，锥束扫描有明显的缺点，即无法限制散射和串扰，动态范围小，尤其是可接受的射线能量低，一般只接受450KV能量及其以下的X射线，而大尺寸、高密度的铁路铸件常常需要兆电子伏级别的射线才能穿透，所以锥束CT扫描不能用于大尺寸、密度高的铁路铸件检测。二代扫描方式和三代扫描方式可以使用后准直器，有利于屏蔽散射射线，并且探测器的动态范围大，可接受射线能量高，适合大型、高密度铸件的扫描。二代扫描方式需要作平移运动和旋转运动，扫描时间较长，而三代扫描方式只需要作旋转运动，扫描效率高于二代扫描方式，因此三代扫描方式被广泛用于工业CT。当我们对铁路铸件进行全身扫描时， 传统的三代CT扫描是一个断层接着一个断层地连续扫描，重建后形成一个连续的切片图像集合。在扫描间距相同的情况下，被检物体越高，扫描的层数越多，相应扫描时间就越长。 如果将铁路铸件(比如摇枕、侧架)竖直放置在转台上，则扫描层数很多；如果将铁路铸件平放在转台上，那么扫描的垂直距离会减少，可是同时也增加了射线穿透的等效厚度，即射线所穿过的区域更大了，这样往往会导致射线穿不透，重建的结果会出现金属伪影；带严重金属伪影的图像所显示的内部结构模糊不清，图像质量通常不能满足检测需要，因此这种方法行不通。有时为了节约扫描时间，不得不增大扫描层间间距，这样就减少了扫描层数，但是轴向分辨率被降低了。如果轴向结构复杂时，低分辨率将会丢失许多重要的信息。因此，需要寻找一种能够适用于铁路铸件检测的CT扫描成像方法，其扫描速度快，检测效率高，且能得到高质量、高分辨率的三维重建图像。
发明内容
本发明的目的就是提供一种铁路铸件全身CT扫描成像方法，它扫描速度快，重建二维图像质量闻，影像不重置分辨率闻，有效提闻铁路铸件的扫描效率。本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有射线源、线阵探测器和扫描转台，其特征在于，扫描成像步骤为
1)将铸件放置于扫描转台上，铸件断层包裹在射线源与线阵探测器所形的宽扇形射束内，并初始化CT扫描参数；
2)按照步骤I)中所述扫描参数，对铸件进行多次、多角度扫描，完成一次扫描得到一幅 DR图像数据；
3)对步骤2)中所采集到的DR图像数据进行重排；
4)初始化重建参数；
5)根据步骤3)中所得到的重排后的DR图像数据，采用SART迭代重建算法重建三维 CT图像；
6)根据步骤5)中重建的CT图像，显示铸件切片图像或可视化铸件的具体数据。进一步，步骤I)中所述的初始化CT扫描参数包括有被检铸件的视场直径、DR扫描行程、转台旋转的次数和转台旋转夹角。进一步，步骤2)中所述对铸件进行扫描的方法为
2-1)以铸件的初始放置位置为初始扫描位置，自上而下扫描铸件，获得第一幅DR图像
数据;
2-2)以初始化CT扫描参数中的转台旋转夹角为旋转角度，旋转转台，自下而上扫描铸
件，获得第二幅DR图像数据石；
2-3)判断所有扫描过程是否已获得铸件半个圆周扫描的DR图像，若是则转向步骤 2-6)，若否则转向步骤2-4)；
2-4)以初始化CT扫描参数中的转台旋转夹角为旋转角度，旋转转台，自上而下扫描铸
件，获得第N-I幅DR图像数据，并转向步骤2-5)；
2-5)以步骤2-4)的旋转角度旋转转台，自下而上扫描铸件，获得第N幅DR图像数据
</，N为当前扫描次数，并转向步骤2-3)；
2-6)停止扫描，并转向步骤3 )。进一步，步骤3)中的重排方法为
3-1)定义自上而下扫描得到的DR图像数据为正向，自下而上扫描得到的DR图像数据为反向，将所有反向DR图像数据进行反转,转换为正向；
3-2)组合DR图像数据中相同行的数据，各自组成铸件的所有断层影像数据。进一步，步骤4)中所述初始化重建的参数包括有，有效探测器个数、有效扇束张角和重建图像的大小。进一步，SART迭代重建算法具体步骤为
55-1)取一层铸件断层的投影数据，进行取对数操作；
5-2)利用以下公式，对每个铸件进行迭代重建；
权利要求
1.一种铁路铸件全身CT扫描成像方法，它包括有射线源、线阵探测器和扫描转台，其特征在于，扫描成像步骤为.1)将铸件放置于扫描转台上，铸件断层包裹在射线源与线阵探测器所形的宽扇形射束内，并初始化CT扫描参数；.2)按照步骤1)中所述扫描参数，对铸件进行多次、多角度扫描，完成一次扫描得到一幅 DR图像数据；.3)对步骤2)中所采集到的DR图像数据进行重排；.4)初始化重建参数；.5)根据步骤3)中所得到的重排后的DR图像数据，采用SART迭代重建算法重建三维 CT图像；.6)根据步骤5)中重建的CT图像，显示铸件切片图像或可视化铸件的具体数据。
2.如权利要求I所述的一种铁路铸件全身CT扫描成像方法，其特征在于步骤I)中所述的初始化CT扫描参数包括有被检铸件的视场直径、DR扫描行程、转台旋转的次数和转台旋转夹角。
3.如权利要求2所述的一种铁路铸件全身CT扫描成像方法，其特征在于，步骤2)中所述对铸件进行扫描的方法为.2-1)以铸件的初始放置位置为初始扫描位置，自上而下扫描铸件，获得第一幅DR图像数据X ;.2-2)以初始化CT扫描参数中的转台旋转夹角为旋转角度，旋转转台，自下而上扫描铸件，获得第二幅DR图像数据石；.2-3)判断所有扫描过程是否已获得铸件半个圆周扫描的DR图像，若是则转向步骤 2-6)，若否则转向步骤2-4)；.2-4)以初始化CT扫描参数中的转台旋转夹角为旋转角度，旋转转台，自上而下扫描铸件，获得第N-I幅DR图像数据，并转向步骤2-5)；.2-5)以步骤2-4)的旋转角度旋转转台，自下而上扫描铸件，获得第N幅DR图像数据</，N为当前扫描次数，并转向步骤2-3)；.2-6)停止扫描，并转向步骤3 )。
4.如权利要求3所述的一种铁路铸件全身CT扫描成像方法，其特征在于，步骤3)中的重排方法为.3-1)定义自上而下扫描得到的DR图像数据为正向，自下而上扫描得到的DR图像数据为反向，将所有反向DR图像数据进行反转,转换为正向；.3-2)组合DR图像数据中相同行的数据，各自组成铸件的所有断层影像数据。
5.如权利要求I所述的一种铁路铸件全身CT扫描成像方法，其特征在于步骤4)中所述初始化重建的参数包括有，有效探测器个数、有效扇束张角和重建图像的大小。
6.如权利要求4所述的一种铁路铸件全身CT扫描成像方法，其特征在于，SART迭代重建算法具体步骤为.5-1)取一层铸件断层的投影数据，进行取对数操作；5-2)利用以下公式，对每个铸件进行迭代重建ZiwS μ yv ，- ifi lk J = W式中I:，zf分别为第^与3+1次子迭代过程中的第，个像素值，、表示第t条射线穿过第.个像素的长度， 表示第条射线的实测投影值，爲= ￡>%/,为第条射 JPii I线的模拟投影值(或称为线积分值)，F表示重建图像中像素的个数,*表示取遍所有像素， 為表示第/个投影视角下所有射线索引的集合，#为松弛因子；5-3 )取下一层铸件断层的投影数据，重复步骤5-1)和步骤5-2 )，直到重建完所有铸件断层。
7.如权利要求6所述的一种铁路铸件全身CT扫描成像方法，其特征在于，每层断层的迭代重建计算方法为对图像赋初值Z = Xw，按投影角度进行迭代；在第I个投影视角下分别取射线进行图像投影，生成模拟投影数据，计算实际投影与模拟投影的差值，将差值乘上松弛因子后反投影到图像上，获得修正图像Zw ；在第2个投影视角下，在上一次修正的图像上进行投影，将实际投影与模拟投影之差乘以松弛因子，再反投影到图像上，获得修正图像Zw，有 个投影视角，那么经过#次修正将获得图像；将估计值的模拟投影与实际投影之间的距离作为判断是否进行下一轮迭代的判据，若距离大于小于给定阈值，则需要进行下一次轮迭代，将赋为初值，按上述相同的步骤进行迭代，若计算的距离小于给定的阈值，则停止迭代，将重建结果保存到体数据中。
全文摘要
一种铁路铸件全身CT扫描成像方法，它包括有射线源、线阵探测器和扫描转台，扫描成像步骤为1)将铸件放置于扫描转台上，并初始化CT扫描参数；2)对铸件进行多次、多角度扫描，完成一次扫描得到一幅DR图像数据；3)采集到的DR图像数据进行重排；4)初始化重建参数；5)采用SART迭代重建算法重建三维CT图像；6)显示铸件切片图像或可视化铸件的具体数据。它扫描速度快，重建三维图像质量高，影像不重叠分辨率高，有效提高铁路铸件的扫描效率。
文档编号G01N23/04GK102590243SQ20121003639
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者王珏, 邹永宁 申请人:重庆大学