一种适用于锥束CT小间隙测量的方法与流程

本发明属于无损检测应用领域，具体地说涉及一种适用于锥束ct小间隙测量的方法。

背景技术：

工业ct主要用于结构检测和密度检测，在测量物体的结构尺寸的时候，一般是先提取图像中物体的边缘，然后通过测量边缘距离来测量物体的结构尺寸。ct图像中尺寸测量用的最多的是半高宽测量方法。在实践上，可以发现，传统的半高宽测量方法由于在小间隙边缘出现ct宽化效应会导致测量值远大于实际值。当小间隙的尺寸小于图像一个像素对应的尺寸时，理想情况下，这样的小间隙在图像上的成像宽度最大为一个像素。而实际上，这样的小间隙的成像宽度远大于一个像素。小间隙的测量是无损检测领域长久以来被忽视的一个领域，对检测结果有重大影响。

关于小间隙测量，目前可见的研究主要在中国工程物理研究院材料研究所进行，该研究所过去十几年来在小间隙成像仿真，小间隙测量等领域进行了大量的研究，形成了一些有效的理论和测量方法，并编写了小间隙测量的软件。成果见专利(cn104596449b，2017.07.07)，专利公开了一种基于ct图像的小间隙精确测量方法，其所述的技术有一些局限性：

1)这种方法基本是应用于二代或三代线阵ct系统，近些年来基于面阵的锥束ct应用越来越广泛，面阵的成像结果和线阵有一些不同，如重建不再是精确重建，有重建锥角效应，更强的散射伪影，硬化校正更加复杂，简单采用专利cn104596449b的方法不能进行有意义的测量。

2)专利cn104596449b上描述的测量方法，限制过多，不具有普适性，使用体验上不能满足要求。如该专利要求在测量前，将间隙调整为竖直方向，然后分析一行数据的灰度值分布，这是一个强的不太合理的约束，会带来不好的使用体验。该专利通过计算包含间隙一个指定大小的矩形区域内的像素均值来判断间隙的大小，当ct图像的成像质量不是特别好的情况下，相同大小的间隙成的像，包含这个间隙像的指定大小的矩形区域内ct图像像素均值差别很大。不同材料内的相同大小的间隙成的像，包含这些间隙像的指定大小的矩形区域内ct图像像素均值差别也很大。这些都限制了该专利的应用。

因此，现有技术有待于进一步改进和发展。

技术实现要素：

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种适用于锥束ct小间隙测量的方法。

本发明提供如下技术方案：

一种适用于锥束ct小间隙测量的方法，其中，包括以下步骤：

根据待测件制作参考件，并利用参考件建立关于间隙测量值和实际值的映射曲线。

扫描待测件，ct重建成像。

基于ct图像通过对比度查找确定小间隙成像，利用所确定的小间隙测量公式计算间隙测量值，并根据映射曲线得到间隙的实际值。

一种适用于锥束ct小间隙测量的方法，其中，所述参考件与待测件材料密度相同或相近，结构相同或相近，外形尺寸相同或相近。

一种适用于锥束ct小间隙测量的方法，其中，参考件中的间隙沿不交叉的直线分布，间隙宽度成等差数列。

一种适用于锥束ct小间隙测量的方法，其中，利用参考件建立关于间隙测量值和实际值的映射曲线具体为：

沿第n个间隙的法向做一系列直线段，直线段的中点位于间隙中线上；

采样图像得到直线段上的ct图像值，分别计算每一个直线段上的下凹曲线的宽度，并求取其中最大宽度值；

利用最大宽度值确定积分区域宽度，结合沿间隙长度方向上的长度值gaproil确定积分区域gaproi，计算间隙在积分区域gaproi的像素的个数gaproipixelnr和积分区域gaproi的像素值的和gaproisum；根据积分区域的周围区域计算得到零间隙像素均值gaproiavgnogap，选择参考件内部空气区域或外部的区域计算得到空气区域像素均值gaproiavgair；进一步利用小间隙计算公式计算间隙宽度测量值：

gaplm＝gaproipixelnr*(gaproiavgnogap-gaproiavgair)-(gaproisum-gaproipixelnr*gaproiavgair)/gaproil*(gaproiavgnogap-gaproiavgair)＝(gaproipixelnr*gaproiavgnogap-gaproisum)/gaproil*(gaproiavgnogap-gaproiavgair)。

利用间隙测量值和间隙实际值进行曲线拟合，得到映射曲线。

一种适用于锥束ct小间隙测量的方法，其中，将最大宽度值加上宽度预加值得到积分区域宽度，计算确定积分区域。

一种适用于锥束ct小间隙测量的方法，当制作参考件的条件不具备时，利用小间隙计算公式测量出结果作为间隙的实际值。

一种适用于锥束ct小间隙测量的方法，其中，待测件或参考件ct重建成像后，用于计算映射曲线或用于测量的图像为三维数据上的任意切片。

有益效果

本发明提供了一种适用于锥束ct小间隙测量的方法，具有如下有益效果：

(1)应用广泛，可以应用于难以用常规半高宽法进行小间隙测量的锥束ct上，也可以应用在二代或三代线阵ct，可以进行有意义的测量；

(2)能够在基于面板的锥束，ct图像应用，得到该成像条件下的小间隙尺寸；

(3)本方法允许参考件的设计和待测件有较大的偏离，或者直接使用间隙参考值计算公式计算出来的值作为测量结果，无需设计相似参考件，降低成本。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中一种适用于锥束ct小间隙测量的方法流程图；

图2为本发明具体实施方式中垂直于不同大小间隙的直线上ct值的分布示意图；

图3是本发明具体实施方式中垂直于间隙的直线上ct值的分布及半高宽法测量结果示意图；

图4是本发明具体实施例1中待测件小间隙缺陷在离待测件圆柱中心r2距离附近的圆上间隙分布示意图；

图5是本发明具体实施例1中参考件在离圆柱中心r2距离附近的圆上用于计算gaproiavgnogap的两个区域分布示意图。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。

一种适用于锥束ct小间隙测量的方法，其中，流程图如图1所示，包括以下步骤：

s1：根据待测件制作参考件，并利用参考件建立关于间隙测量值和实际值的映射曲线。

进一步的，所述参考件与待测件材料密度相同或相近，结构相同或相近，外形尺寸相同或相近。

具体的，在ct成像中，相似的两个物体的ct成像质量有很大的相似性。两个物体的相似性是指物体的材料密度相同或者相近，射线穿过物体的长度相差不大，更进一步的相似还包括物体结构的相似，物体的外形尺寸相差不大，若测量位置距离物体外表面的位置固定，物体的相似性还包括测量位置的相似性。因此可以设计与待测件材料密度相同或者相近、结构相同或者相近、外形尺寸相同或者相近的参考件，得到参考件的映射曲线，利用参考件建立关于间隙测量值和实际值的关系，然后对待测件中的小间隙进行测量。面对一个ct成像任务，根据被测件，设计上面相似意义下的参考件，在不具备或者不知道相似性的情况下，也可以设计相似性不大的参考件，如有条件，尽可能设计相似的参考件。

进一步的，所述参考件中的间隙沿不交叉的直线分布，间隙宽度成等差数列，但不限制分布规律。

具体的，所述间隙的大小范围为gapwmin----gapwmax，gapwmin为间隙的最小值，gapwmax为间隙的最大值，从小到大第n个间隙的宽度为gapwn，间隙的个数为nr。

s2：扫描参考件，ct重建成像。

进一步的，所述ct重建的一个体素对应的实际物体的大小为voxelsize，设计尺寸为voxelsize的间隙，ct扫描成像，用半高宽法测量间隙大小gapsize，间隙的最大值gapwmax原则上要小于等于此gapsize，可以将gapwmax定为voxelsize。

进一步的，所述gapwmin的确定原则是，gapwmin大小的间隙要能够成肉眼可见的像。参考件中的间隙要有足够的长度。nr个间隙，本着与待测件尽可能相似的原则按一定规律分布在参考件上。

s3：基于ct图像通过对比度查找确定小间隙成像，利用所确定的小间隙测量公式计算间隙测量值，根据间隙的测量值和实际值建立映射曲线。

不同材料曲面型微小间隙工业ct精确测量方法(杨莞；2008年11月,第28卷第6期，核电子学与探测技术)的研究成果证明了平均间隙宽度和积分区域内ct值的积分值成线性关系。这样就可以通过积分特定区域来测量间隙值。

进一步的，利用参考件建立关于间隙测量值和实际值的映射曲线具体为：

(1)沿第n个间隙的法向做一系列直线段，直线段的中点位于间隙中线上，这个过程可以手动也可以自动完成。

(2)采样图像得到直线段上的ct图像值，这些值的分布如图2-3所示，图2为垂直于不同大小间隙的直线上ct值的分布示意图，间隙大小不同对应不同的曲线1、2、3、4，间隙越小，曲线越靠上，代表ct值越大，曲线1代表最小间隙对应的曲线；图3是垂直于间隙的直线上ct值的分布及半高宽法测量结果示意图，如图所示，长度l测量值为4.677mm的间隙的实际值远小于ct图像的半高宽测量值。

(3)将最大宽度值加上宽度预加值得到积分区域宽度，积分区域长度gaproil要小于间隙的长度，计算确定积分区域gaproi。

具体的，如图2所示，分别计算每一个直线段上的下凹曲线的宽度，并求取其中最大宽度值integralwidthmax，integralwidthmax加上合适的距离margindis，得到图2上的bc段，宽度为lbc＝integralwidthmax+margindis，这个区域就是积分区域gaproi的宽度。

进一步的，所述积分区域gaproi的中点在间隙的中心线上。

进一步，利用所述积分区域gaproi沿间隙长度方向上的长度值gaproil，计算间隙在积分区域gaproi的像素的个数gaproipixelnr和积分区域gaproi的像素值的和gaproisum；根据积分区域gaproi的周围区域的像素计算得到零间隙像素均值gaproiavgnogap，选择参考件包含空气的区域计算得到空气区域像素总数均值gaproiavgair。

进一步的，所述gaproiavgair可以采用物体内部的空腔计算，也可以使用物体外部的空气区域计算。当计算gaproiavgair的条件不具备时，其值可以设为一个常数，该常数理想情况下是0。

进一步利用公式计算间隙测量值：

gaplm＝gaproipixelnr*(gaproiavgnogap-gaproiavgair)-(gaproisum-gaproipixelnr*gaproiavgair)/gaproil*(gaproiavgnogap-gaproiavgair)＝(gaproipixelnr*gaproiavgnogap-gaproisum)/gaproil*(gaproiavgnogap-gaproiavgair)。

进一步的，如果gaproi里面没有小间隙，gaplm接近0；如果全是间隙，该值接近gaproipixelnr/gaproil，这个值是gaproi的宽度。这样可以得到nr个数据对，gapnl表示第n个间隙的实际宽度，数据对用(gaplm，gapnl)表示，其中n为0～nr-1。

(4)利用计算得到的间隙测量值和间隙实际值进行曲线拟合，即将数据对(gaplm，gapnl)进行曲线拟合，其中曲线包含直线，或者在坐标系中直接连接这些点，得到的曲线就是用于测量的映射曲线mapcurve。

进一步的，将被测件进行扫描，ct重建成像。在图像上判断哪个目标是小间隙成的像，采用上述参考件类似的方式获取gaproi，计算gaplm，然后根据(4)得出的映射曲线mapcurve，得到被测件小间隙的测量值。

进一步的，当制作参考件的条件不具备时，利用参考件小间隙计算公式计算待测件上的间隙实际值。

进一步的，待测件或参考件ct重建成像后，用于计算映射曲线或用于测量的图像都不限于ct直接重建出来的断层，可以是三维数据上的任意切片。因有些小间隙成的像只能在某些截面下才能看到。小间隙一般为空气间隙，也可以是其它材料里面的另外一种材料。后面情况的处理方式和前面那种情况是类似的。

进一步的，判断是否是小间隙成像。小间隙指的是间隙的宽度在ct图像上一个像素所代表的物体实际尺寸以下的间隙，这些间隙在ct图像成像尺寸大于其本身的尺寸，这些间隙在ct图像上成像比大间隙的ct值视觉上要淡一些，对应的像素值比较小，由此可以判断ct图像上的一个目标是否是小间隙。在小间隙测量工作开始前，应尽可能提高ct成像质量。硬化伪影、fdk重建锥角效应、噪声、金属伪影、散射等都对测量结果有很大的影响，这些负面影响因素应该尽量消除，另外要排除待测的目标是低密度夹杂。

以上所述的锥束ct，包括锥束螺旋ct，本发明提供的方法在难以用常规半高宽法进行小间隙测量的锥束ct上可以应用，也可以在二代或三代线阵ct中应用。

具体实施例1

下面以一个截面为直径为100mm的圆的钢质柱体的小间隙检测为例，说明本发明专利方法的具体实施方式：

(1)待测量的小间隙缺陷在离待测件圆柱中心r2距离附近的圆上，如图4所示，其中gap为间隙。设计参考件材料、形状、尺寸与待测件相同，其间隙分布在离圆柱中心r2距离附近的圆上，如图5所示，其中rect1是r2圆外区域，rect2是r2圆内部区域，这两个区域用于估计r2附近夹在rect1和rect2之间的区域的均值。

(2)选用9mv加速器，探元尺寸为0.4mm的400mmx300mm探测器的ct系统对物体和参考件进行扫描，放大比为2，重建图像体元对应的物体上的尺寸为的大小为0.2mm。0.2mm以下的间隙按照传统观点是成不了像的，而实际上会在ct图像上有重建像，而且尺寸一般大于0.2mm。因此设计参考件上间隙的尺寸范围为0.02mm到0.2mm，相邻间隙之间的尺寸以等差数列方式分布，相邻间隙之间的尺寸差为0.02mm。为便于计算，这些间隙设计成直线。这样参考件上就有11个间隙。

(3)计算积分区域的宽度lbc，确定gaproi，计算出来这些间隙在这些区域的均值gaproisum。然后计算间隙附近的区域的均值作为gaproiavgnogap，如图5的rect1和rect2区域，这种区域选择方式可以有效减弱硬化带来的影响。选择参考件外部的区域计算gaproiavgair。通过这些值根据小间隙计算公式计算出gaplm，加上有关间隙尺寸大小的先验信息，选择多项式曲线作为拟合的目标曲线，将多项式曲线拟合出来。

(4)扫描待测件，得到ct断层图像，选择合适的截面，通过对比度确定哪个目标是小间隙，通过计算gaplm，经过映射曲线的映射得到测量结果。

本实施例，通过设计相似参考件，得到映射曲线，然后对待测件中的小间隙进行测量。在很多情况下，要么不具备这样的条件设计相似参考件，要么这样设计相似参考件的成本太高。本方法允许参考件的设计和待测件有较大的偏离，或者直接使用小间隙计算公式计算出来的值作为测量结果。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。