专利名称：Micro CT 系统中对投影图像旋转中心偏移的校正方法
技术领域：
本发明属于计算机投影图像偏移处理领域，涉及一种在Micro CT系统 中对断层图像的处理方法，特别涉及一种在Micro CT系统中对于投影图像 旋转中心偏移的校正方法。
背景技术：
在Micro CT系统中，对于断层图像的重建可以获得被测物体内部图像 信息，具有其它无损检测方法无法替代的特点，在工业无损检测领域具有广 阔的应用前景。Micro CT系统的主要组成部分包括X射线源，载物台及探 测器。对于锥束投影一般采用FDK算法及其改进算法。如Practical cone-beam algorithmL. A. Feldkamp， L. C. Davis, and J. W. Kress Research Staff, Ford Motor Company, Dearborn, Michigan 48121， J. Opt. Soc. Am. A/Vol. 1， No. 6/June 1984中所述，FDK算法的理论基础是被测物 体的中心在X射线源与探测器中心的连线上。对投影中心测量的准确性对断 层图像的重建效果有很大的影响。实际上，测量到的投影中心与实际的投影 中心即使存在较小的误差，重建图像的效果也会受到很大的影响。
如图l所示，在XOY坐标系中，如果旋转中心偏至^^，G),实际的旋转 中心在s轴上的投影为^G，G)点，而设计的投影中心为^(&，G)在0角度下，重 建图像域中任意一点,"，力投影到探测器上的位置为^ = "°80 + "1110，如果 认为投影中心在o',则采用反投影算法重建点y"，力时使用的投影并非该点 的投影户"。，而是A^&，。，在此情况下，滤波反投影式变为
/0,少)=丄"￡°—Ay,0)A(xc。s0 + ^sin0 —s)tfed0
=广尸(s-^，，/z(， 山 C 1 ■)
当0^6^2兀时，尸(s-A^)为以/"，力为圆心，A^为半径的圆，所以中心
偏移在重建图像时引起圆环状的伪迹。在实际的系统中，实际的旋转中心和设计的旋转中心总会存在误差，所 以不纠正其误差，仍然以原设计的旋转中心为中心进行计算，则会严重影响 图像的重建结果，甚至导致重建图像发生畸变。因而要得到效果较好的CT 重建图像，就要得到实际的旋转中心的位置，不能直接应用设计的旋转中心 的位置进行重建。而现有技术中缺乏实际的旋转中心和设计的旋转中心的误 差校正体系，本发明因此而来。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种Micro CT系统中对投影图像旋转中心 偏移的校正方法，该方法解决了现有技术存在的实际旋转中心和设计的旋转 中心存在误差的问题。
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供的技术方案如下 一种Micro CT系统中对投影图像旋转中心偏移的校正方法，该方法包 括以下步骤为
根据投影图像的灰度差异选择合适的阈值对选取的不同角度投影图像 进行二值化处理；
经对二值化后的投影图像中黑色像素测量得到各个投影图像的投影中 心，并对各个投影图像旋转后测量得到旋转后的各个投影图像的投影中心， 从而得到投影图像的旋转中心；
根据投影图像的旋转中心与投影图像两侧的距离确定截取有效图像以 重建图像。
优选的，所述的阈值可以通过测量被测物体的投影灰度和背景灰度的差 异来确定。
优选的，所述的旋转角度为180° 。
优选的，当旋转角度为180° ，通过将投影图像的投影中心的平均值得
到投影图像的旋转中心。
优选的，所述选取的不同角度投影图像为对称投影图像。
优选的，所述选取的不同角度投影图像为5 10组不同角度投影图像。
优选的，当选取不同角度的投影图像为6组对称投影图像时，旋转角度
后相邻组投影图像角度为30° 。优选的，所述投影图像经二值化处理后，处理后的投影图像为投影目标 物体为黑色，背景为白色的投影图像。
优选的，当在横向测量各组投影图像的投影中心时，根据投影图像的旋 转中心与投影图像左右两侧的距离确定截取有效图像以重建图像。具体来 讲，本发明中一种Micro CT系统中对投影图像旋转中心偏移的校正方法， 步骤可以分述为
第一步，对投影图像的灰度差异，选择合适的阈值T,对投影图像做二 值化处理，设投影图像中在坐标"，力处的灰度值为G",力，如果G"力^7， gG(x，>0 = 0，反之若G(x,力》r，置G(x，力^^-l，其中N为投影图像的位数。
这样通过二值化之后的投影图像中的目标物体为黑色，背景为白色。
第二步，对二值化后的投影图像求中心。由于物体在处理后的投影图像 中为黑色，测量得出投影图像中黑色区域的中心即为投影中心。以测量横坐 标为例，具体的方法是首先令nXSum =0, nCount-0，其中nXSum代表所 有黑色像素的X坐标和，nCouiit代表黑色像素的个数，其中n表示该数据 用iiit型表示，依次判断二值化之后的图像中的点是否为O，如果为O，nXSum 加上该点的横坐标，并且黑色像素的个数iiComit加1,整幅图像所有的点 判断完之后，nXSum除以nCornit即为该幅图像的物体的投影中心。这样得 到了一幅图像的中心，还需整组投影图像的旋转中心。
第三步，计量出投影图像的旋转中心。优选采用的投影图像是一组物体 旋转一周的图像。共选择k个角度的投影图像FIO、 F20…FkO通过第一、 二步分别计算投影中心为NIO、 N20…NkO，同时计算投影图像FIO、 F20… Fk0旋转180度之后的图像Fll、 F21…Fkl的投影中心Nll、 N21…Nkl， 最终的投影图像的旋转中心N按(N10 + N20…+NkO十N11 + N21…+Nkl)
/2k计算得到；例如，选择物体在某个角度的投影图像&通过第一、二步计
算出的投影中心为^。，同时计算&旋转180度之后的图像&的投影中心
^11，然后对两幅图像的中心求平均值^=(^。 + )/2， ^可认为是投影图像 的旋转中心。
为了得到更精确的旋转中心的位置，可以多选择几组对称图像计算旋转中心。例如选择6组投影图像用^: ^表示，每组包含某个角度下的投影图 像，以及旋转180°之后的对应图像，^中的投影图像M。旋转角度在0a 的旋转角度为180° ，同理《中的投影图像^。和^21旋转角度分别为30°和 210° ，巧中的投影图像M。和W"旋转角度分别为60o和240° ，巧中的投影 图像^。和A^旋转角度分别为90°和270'，《中的投影图像^。和^"旋转
角度分别为120°和300° ，《中的投影图像W。和W"旋转角度分别为150-和330° 。这样最终计算的投影中心N可通过以下公式计算
W = (iV10+ +7V20+iV21+iV30 + 7V31+ 0 + W41+iV50+iV51+iV60+7V61)/12
^为比较准确的投影图像的旋转中心。
第四步，截取有效图像以重建图像优选以横向坐标计量时，令原有的 投影图像的宽度为W，第三步计算出的投影图像的中心为N，设投影图像的 旋转中心到图像最左侧的距离为NL,到图像最右侧的距离为RL，如果 NI^RL，在原来的投影图像中以N为中心，截取2RL的宽度；同理如果 NL<RL，在原来的投影图像中以N为中心，截取2NL的宽度。把截取的投 影图像用于重建图像。
经过X射线照射后，穿过物体的X射线有一定幅度的衰减，所以在投 影图像中的灰度值较小，颜色较暗。对于投影图像中包括载物台的图像，由 于载物台是金属材料，对X射线有很大的衰减，在投影图像的相应位置处的 灰度值很小。而没有穿过物体的X射线，到达探测器时强度仍然很大，在投 影图像的相应位置表现为较浅的颜色，较大的灰度值。本发明根据这种特性 对投影图像进行二值化处理，方便了计算。
本发明的有益效果在于本发明技术方案利用了投影图像中被测物体包 括载物台的投影灰度和背景灰度存在较大的差异的特点，同时结合了投影图 像的旋转特性，利用多组投影图像计算出投影图像的实际旋转中心，可以根
据实际的投影位置来重建图像。试验证明通过对5: 10组对称的投影图像计 算中心，可以保证最终计算的旋转中心和实际的旋转中心的偏差在1个像素 之内，根据实际的旋转中心对投影图像进行截取，用截取的有效图像来重建图像，可以得到很好的效果，方便可行。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述 图l为现有技术中二维投影获取时旋转中心偏移的坐标图 图2为本发明实施例的Micro CT系统中对投影图像旋转中心偏移的校 正方法的流程图3为本发明实施例中未经过处理的投影图像； 图4为本发明实施例中经过二值化处理的投影图像； 图5为本发明实施例中直接计算得到的重建图像；
图6为本发明实施例中采用两组图像校正旋转中心得到的重建图像； 图7为本发明实施例中采用六组图像校正旋转中心得到的重建图像。
具体实施例方式
为了更详尽的表述上述发明的技术方案，以下本发明人列举出具体的实 施例来明技术效果；需要强调的是，这些实施例是用于说明本发明而不限于 限制本发明的范围。
实施例一组400张12位720*720的投影图像旋转中心偏移的校正步
骤
如图2,具体步骤如下
1、针对投影图像的灰度差异，选择合适的阈值，对投影图像做二值化 处理。
根据实际情况任意选择一块背景的区域计算出的平均值为3684,而目 标物体的灰度值一般不超过2500，根据这两个值选择的阈值为T=3000。由 于背景部分的灰度值差别不大，可以任意选择一块背景的区域计算平均值， 同时考虑目标物体的大概灰度值范围，选择合适的阈值。设投影图像中在坐
标O,力处的灰度值为G(x，力，如果G(x,力S3000 ,置GO,力二O，反之若
G"力23000, gG(x，;;) = 4095 。这样通过二值化之后的投影图像中的目标物 体为黑色，背景为白色。2、 对二值化后的投影图像求中心。
由于物体在处理后的投影图像中为黑色，只要求出图中黑色区域的中心 即为投影中心。具体的方法是首先令nXSum-0， nCount-O，依次判断二值 化之后的图像中的点是否为0,如果为0， nXSum加上该点的横坐标，并且 黑色像素的个数nCount加1,整幅图像所有的点判断完之后，nXSum除以 nCoiint即为该幅图像的物体的投影中心。如图3所示为未经过处理的投影 图像，图4为二值化之后的图像。这样得到了一幅图像的中心，还需要得到 整组投影图像的旋转中心。
3、 计量得出整组投影图像的旋转中心。 考虑到本实施例中投影图像是一组物体旋转一周的图像。选择物体在0°
的投影图像^通过以上两步计算出的投影中心为^。，同时计算物体旋转180
°的图像^i的投影中心^，然后对两幅图像的中心求平均值^=(^。 + ^)/2 =364.23。
为了得到更精确的旋转中心的位置，选择6组投影图像用^:《表示， 每组包含某个角度下的投影图像，以及旋转180°之后的两幅对应图像，《中 的投影图像^。旋转角度在0° , W"的旋转角度为180° ，同理《中的投影图 像W。和A^旋转角度分别为30°和210° ,巧中的投影图像^。和^M旋转角
度分别为60。和24(T ,巧中的投影图像W4。和W"旋转角度分别为90。和270
° ，《中的投影图像^o和^'旋转角度分别为120°和300° ,《中的投影图
像^。和^"旋转角度分别为15(T和330° 。这样最终计算的投影中心N可 通过以下公式计算
iV = (iV10 + ATn + AT20 + iV21 + AT30 +
iV31 + 7V4。 + 7V41 + iV5。 + JV51 + iV60 + iV61) /12 = 367.55 ; 368 。
4、 截取有效投影图像重建图像
原有的投影图像的宽度为720，计算出的投影图像的中心为368，投影 中心到图像最左侧的距离为368,到图像最右侧的距离为352，在原来的投影图像中以x=368为中心，截取704的宽度，即取原来图像的X=16到X=720 的图像，把截取的投影图像，用于重建图像。
如果不考虑到旋转中心偏移的问题，则认为投影图像的旋转中心在 x=360，而通过实验证明认为旋转中心在368时重建效果最好，所以图像实 际的投影中心为x=368。利用上述的方法，依次用0° ， 30° ， 60° ， 90° ， 120° , 150° ， 18(T的图像及其旋转180°之后的对应图像，计算物体旋转 中心，结果见表l。
表l投影中心横坐标的计算结果
图像组数123456
旋转中心横坐标 和实际中心的差距364. 23 3. 77365. 89 2.11366. 94 1.06366. 39 1.51367. 02 0. 98367.55 0. 45
通过以上的试验说明采用此方法对5 10组对称的投影图像计算中心， 可以保证最终计算的旋转中心和实际的旋转中心的偏差在1个像素之内，可 以得到很好的重建图像。图3为未经过处理的图，图4为二值化处理过后的 投影图像，图5、 6、 7分别为直接计算，采用两组图像校正旋转中心，及采 用六组图像校正旋转中心后得到的重建图像。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技 术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护 范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的 保护范围之内。
权利要求
1、一种Micro CT系统中对投影图像旋转中心偏移的校正方法，该方法包括以下步骤为根据投影图像的灰度差异选择合适的阈值对选取的不同角度投影图像进行二值化处理；经对二值化后的投影图像中黑色像素测量得到各个投影图像的投影中心，并对各个投影图像旋转后测量得到旋转后的各个投影图像的投影中心，从而得到投影图像的旋转中心；根据投影图像的旋转中心与投影图像两侧的距离确定截取有效图像以重建图像。
2、 根据权利要求1所述的Micro CT系统中对投影图像旋转中心偏移 的校正方法，其特征在于所述的阈值可以通过测量被测物体的投影灰度和背 景灰度的差异来确定。
3、 根据权利要求1所述的Micro CT系统中对投影图像旋转中心偏移 的校正方法，其特征在于所述的旋转角度为180° 。
4、 根据权利要求3所述的Micro CT系统中对投影图像旋转中心偏移 的校正方法，其特征在于当旋转角度为180a ,通过将投影图像的投影中心 的平均值得到投影图像的旋转中心。
5、 根据权利要求1所述的Micro CT系统中对投影图像旋转中心偏移 的校正方法，其特征在于所述选取的不同角度投影图像为对称投影图像。
6、 根据权利要求1所述的Micro CT系统中对投影图像旋转中心偏移 的校正方法，其特征在于所述选取的不同角度投影图像为5 10组不同角度 对称投影图像。
7、 根据权利要求1所述的Micro CT系统中对投影图像旋转中心偏移 的校正方法，其特征在于当选取不同角度的投影图像为6组对称投影图像时， 旋转角度后相邻每组对称投影图像角度为30° 。
8、 根据权利要求1所述的Micro CT系统中对投影图像旋转中心偏移 的校正方法，其特征在于所述投影图像经二值化处理后，处理后的投影图像 为投影目标物体为黑色，背景为白色的投影图像。
9、 根据权利要求1所述的Micro CT系统中对投影图像旋转中心偏移 的校正方法，其特征在于当在横向测量各组投影图像的投影中心时，根据投影图像的旋转中心与投影图像左右两侧的距离确定截取有效图像以重建图 像。
全文摘要
本发明公开了一种Micro CT系统中对投影图像旋转中心偏移的校正方法，该方法包括以下步骤为根据投影图像的灰度差异选择合适的阈值对选取的不同角度投影图像进行二值化处理；经对二值化后的投影图像中黑色像素测量得到各个投影图像的投影中心，并对各个投影图像旋转后测量得到旋转后的各个投影图像的投影中心，从而得到投影图像的旋转中心；根据投影图像的旋转中心与投影图像两侧的距离确定截取有效图像以重建图像。该方法能根据实际的旋转中心对投影图像进行截取有效图像来重建图像，得到很好的效果，方便可行。
文档编号G06T11/00GK101447085SQ20081013666
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月24日 优先权日2008年12月24日
发明者蔚 张, 光 李, 罗守华, 歌 董, 宁 顾 申请人:苏州和君科技发展有限公司;东南大学