本公开涉及透射成像技术领域，尤其涉及一种多层结构体图像处理方法及装置、计算机可读存储介质。
背景技术：
透射成像是指利用射线的穿透性对物质(或人体)进行成像，物质内部由于成分、密度、厚度等差异导致对射线的吸收程度不同，射线在穿过物质后的透射强度不同，将其通过胶片感光、数字解析等方法进行处理，得到明暗分布的图像，以反映物质内部的结构。
透射成像技术在工业检测中有着广泛的应用，常采用数字x射线成像技术(digitalradiography，dr)对工件成像，通过dr图像可以分析工件内部的结构或缺陷。例如在半导体制造中，dr技术用于检测绝缘栅双极性晶体管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)的焊层气孔，由于焊层通常使用金属焊料，在dr图像中颜色较深，而气孔的颜色较浅，因此可以从dr图像中得到检测信息。
然而，上述方法难以应用于多层结构体的检测，由于多层结构体中不同层的图像都叠加在dr图像中，例如一些igbt模块可能包含多个焊层或金属散热基板，在dr图像中难以区分，则无法得到有效信息。相关技术中通过三维成像对多层结构体进行成像及检测，但是三维成像需要采集多个方向的投影数据然后重建，对设备的硬件要求较高，并且处理速度较慢，在检测包括多个薄层的多层结构体时，三维成像难以体现薄层内部的情况，其效果并不理想。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现要素：
本公开的目的在于提供一种基于透射成像的多层结构体图像处理方法及装置、计算机可读存储介质，进而至少在一定程度上克服由于现有技术的限制和缺陷而导致的对多层结构体透射成像时不同层的图像叠加在一起，难以提取有效信息的问题。
本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
根据本公开的一个方面，提供一种基于透射成像的多层结构体图像处理方法，多层结构体由目标层及剩余结构体组成，所述方法包括：分别对所述剩余结构体与所述多层结构体成像，得到剩余透射图像与多层透射图像；对所述剩余结构体与所述多层结构体的成像环境进行成像，得到背底透射图像；根据比尔定律，由所述剩余透射图像、多层透射图像及背底透射图像计算得到目标层图像。
在本公开的一种示例性实施例中，所述目标层处于所述多层结构体的中间层；其中对所述剩余结构体成像，得到剩余透射图像包括：分别对所述多层结构体中所述目标层一侧的第一结构体及另一侧的第二结构体成像，得到第一剩余透射图像及第二剩余透射图像；其中，所述第一结构体及第二结构体的成像距离分别等于对所述多层结构体成像时所述第一结构体及第二结构体与射线源的距离。
在本公开的一种示例性实施例中，分别对所述多层结构体中所述目标层一侧的第一结构体及另一侧的第二结构体成像，得到第一剩余透射图像及第二剩余透射图像包括：分别对所述第一结构体的等效体及所述第二结构体的等效体成像，得到所述第一剩余透射图像及第二剩余透射图像。
在本公开的一种示例性实施例中，由所述剩余透射图像、多层透射图像及背底透射图像计算得到目标层图像包括：根据公式
在本公开的一种示例性实施例中，还包括：在计算所述目标层图像前，对所述剩余透射图像、多层透射图像及背底透射图像进行图像配准。
在本公开的一种示例性实施例中，所述剩余透射图像、多层透射图像及背底透射图像的成像条件相同，其中所述成像条件包括射线源电压、射线源功率、探测帧频、叠加帧数中的一种或多种。
在本公开的一种示例性实施例中，所述透射成像包括x射线成像或γ射线成像。
在本公开的一种示例性实施例中，所述多层结构体包括多层结构工件；所述方法还包括：根据所述多层结构工件的目标层图像检测所述目标层。
根据本公开的一个方面，提供一种基于透射成像的多层结构体图像处理装置，多层结构体由目标层及剩余结构体组成，所述装置包括：透射成像单元，用于分别对所述剩余结构体与所述多层结构体成像，得到剩余透射图像与多层透射图像；背底成像单元，用于对所述剩余结构体与所述多层结构体的成像环境进行成像，得到背底透射图像；图像计算单元，用于根据比尔定律，由所述剩余透射图像、多层透射图像及背底透射图像计算得到目标层图像。
根据本公开的一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下方法：获取对剩余结构体成像的剩余透射图像及对多层结构体成像的多层透射图像，其中，所述多层结构体由目标层及所述剩余结构体组成；获取对所述剩余结构体与多层结构体的成像环境成像的背底透射图像；根据比尔定律，由所述剩余透射图像、多层透射图像及背底透射图像计算所述目标层的图像，并呈现所述目标层的图像。
本公开的示例性实施例具有以下有益效果：
本公开的示例性实施例提供的方法及装置中，分别在放置剩余结构体、放置多层结构体及空载的情况下成像，得到剩余透射图像、多层透射图像及背底透射图像，再根据比尔定律进行计算，得到目标层图像。一方面，本实施例的方法对多层结构体的图像处理后，可以重建出其中目标层的图像，实现了从叠加的图像信息中分离出有效信息，可以应用于多层结构工件的成像检测中，以检测其中某一层的结构或缺陷。另一方面，图像处理是基于平面的透射成像，无需三维成像，从而简化了成像的过程，降低了对成像模块的硬件要求，并且图像重建的过程是基于已有图像的简单计算，无需重建立体模型，从而减小了处理模块的运算量，提高了整个过程的效率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出应用本示例性实施例的方法的一种系统结构图；
图2示出本示例性实施例中一种多层结构体图像处理方法的流程图；
图3示出本示例性实施例中另一种多层结构体图像处理方法的流程图；
图4示出本示例性实施例中一种igbt模块图像处理方法的示意图；
图5示出本示例性实施例中一种多层结构体图像处理装置的结构框图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
本公开的示例性实施例首先提供了一种基于透射成像的多层结构体图像处理方法，多层结构体由目标层及剩余结构体组成。本实施例的方法可用于重建多层结构体中目标层的图像。其中，透射成像是指利用射线的穿透性进行成像的技术，包括x射线成像、γ射线成像等。多层结构体是指包含两层或两层以上结构的物体，例如多层金属复合工件、多焊层igbt模块等。目标层是指多层结构体中特定的一层或连续的多层，剩余结构体是指多层结构体除去目标层以外的剩余部分。
图1示出可以应用本实施例方法的系统结构示例性示意图，该系统100可以由成像模块110与处理模块120组成，成像模块110可以是常用的透射成像装置，例如x射线成像装置，主要包括射线源111、载物台112、探测器113。处理模块120可以是计算机，探测器113与处理模块120连接，使处理模块120从探测器113获得射线强度信息，可以将其转换为图像，并根据本实施例的方法进行图像处理。
需要说明的是，图1中仅示出了该系统中与成像及图像处理直接相关的各模块或部件，其他可能相关的功能性模块，如电源模块、真空控制模块，载物台或探测器移动控制模块等虽未示出，也可以包括于该系统中；此外，各模块或部件的结构也不限于图1所示的情况，例如射线源111和探测器113的位置可以互换，载物台112可以是平台式，也可以是吸附式、夹持式等。
如图2所示，本示例性实施例中的方法可以包括以下步骤：
步骤s210，分别对剩余结构体与多层结构体成像，得到剩余透射图像与多层透射图像。
在载物台上分别放置剩余结构体与多层结构体，作为待成像样品，使成像的射线穿透样品，对透射的射线强度进行采集与转换，分别得到剩余透射图像ir与多层透射图像ic。本步骤对于剩余结构体与多层结构体的成像先后顺序不做特别限定，根据实际情况的不同，本步骤可以通过以下三种具体方式实现：方式一，在加工之前，先对剩余结构体成像，然后将剩余结构体与目标层加工得到多层结构体，再对多层结构体成像；方式二，在得到多层结构体后，可以先对多层结构体成像，若目标层易于剥离，且剥离过程会破坏目标层但不会破坏剩余部分，则可剥离目标层后，对剩余结构体成像；方式三，在得到多层结构体后，可以先对多层结构体成像，若目标层以外的其它层为标准结构，例如金属+焊层+金属的多层结构中，目标层为焊层，上下两侧的金属为标准金属，则可构建与剩余部分等效的结构体样品，作为剩余结构体对其成像。需要说明的是，一些情况下剩余结构体可能是多个分立的部分，则可以分别对各部分成像，获得多个剩余透射图像。
在一示例性实施例中，成像前可以对探测器进行暗场、亮场、坏像素等基本校正，以保证成像质量。
步骤s220，对剩余结构体及多层结构体的成像环境成像，得到背底透射图像。
成像环境通常可以包括载物台、成像腔室的空气等。在载物台空载的情况下成像，可以得到背底透射图像i0，以在后续的处理中作为参照。在一些特殊结构的成像模块中，例如夹持式载物台，背底透射图像的成像射线可以不穿过载物台，仅包含空气等的信息。
需要说明的是，步骤s210与s220不限于特定的先后顺序，也可以先进行背底透射图像的成像，再进行剩余透射图像与多层透射图像的成像。此外，为了减小成像时的干扰因素，在上述三次成像中，可以分别进行多次重复成像，然后通过对比多幅图像去除干扰信息，并且可以对多幅图像做平均化处理得到最终的图像。
步骤s230，根据比尔定律，由剩余透射图像、多层透射图像及背底透射图像计算得到目标层图像。
射线穿透物质的过程中，射线的衰减主要来自于物质对射线的吸收，满足比尔定律。假设入射射线的强度为ist，则有：
其中，i0、ir、ic、im分别为背底透射强度、剩余结构体透射强度、多层结构体透射强度、目标层透射强度，由于在透射成像中，通常将透射强度定量转化为图像的灰度，因此在本实施例中，可以以i0、ir、ic、im分别表示背底透射图像、剩余透射图像、多层透射图像及目标层图像。p0、pr、pc、pm分别为背底、剩余结构体、多层结构体、目标层对射线的吸收，由于剩余结构体和目标层为多层结构体中的分层，则有：
pc＝pr+pm；(5)
根据式(6)，在得到剩余透射图像ir、多层透射图像ic及背底透射图像i0后，可以计算出目标层图像im。
具体而言，对于背底透射图像i0中的像素点a，其在i0中的灰度为i0(a)，在ir、ic中的灰度分别为ir(a)、ic(a)，可以根据式(6)计算像素点a在im中的灰度im(a)，并通过相同方法计算im中全部像素点的灰度，进而可以重建目标层图像im。
在本示例性实施例中，分别在放置剩余结构体、放置多层结构体及空载的情况下成像，得到剩余透射图像、多层透射图像及背底透射图像，再根据比尔定律进行计算，得到目标层图像。一方面，本实施例的方法对多层结构体的图像处理后，可以重建出其中目标层的图像，实现了从叠加的图像信息中分离出有效信息，可以应用于多层结构工件的成像检测中，以检测其中某一层的结构或缺陷。另一方面，图像处理是基于平面的透射成像，无需三维成像，从而简化了成像的过程，降低了对成像模块的硬件要求，并且图像重建的过程是基于已有图像的简单计算，无需重建立体模型，从而减小了处理模块的运算量，提高了整个过程的效率。
在一示例性实施例中，如图3所示，目标层311在多层结构体310中的位置分布有两种情况：情况1，目标层311处于多层结构体310中的最上层或最下层，则剩余结构体312可以是一个整体；情况2，目标层311处于多层结构体310的中间层，则剩余结构体由目标层311两侧的第一结构体313与第二结构体314组成。
在情况1中，可以对剩余结构体312成像。在情况2中，可以分别对多层结构体中目标层一侧的第一结构体313及另一侧的第二结构体314成像，得到第一剩余透射图像及第二剩余透射图像；其中，第一结构体313及第二结构体314的成像距离分别等于对多层结构体成像时第一结构体313及第二结构体314与射线源的距离。可以根据第一结构体313及第二结构体314在多层结构体中的位置调整载物台的高度，以使成像距离相等。
调整剩余结构体、第一结构体、第二结构体单独成像时与射线源的距离使其等于相应的部分在多层结构体中整体成像时的距离，以消除成像距离不同可能导致的图像差异。在射线源是平行束且垂直入射的情况下，理论上成像距离不会对成像产生影响，然而实际应用中射线源可能是发散束，则成像距离将产生影响，因此调整载物台高度，使距离保持一致可以消除这种影响。在其他实施例中，也可以调整射线源及探测器的位置使成像距离相等。
在一示例性实施例中，对于上述情况2，也可以获取第一结构体的等效体及第二结构体的等效体，分别对两个等效体成像，得到第一剩余透射图像及第二剩余透射图像。其中，等效体与原结构体相同或相似，二者在透射成像中可以得到相同或相近的图像，图像的误差在可以接收的范围内。
基于第一剩余透射图像及第二剩余透射图像，可以通过以下公式计算得到目标层图像：
其中，im为目标层图像的灰度，i0为背底透射图像的灰度，ic为多层透射图像的灰度，i1、i2分别为第一剩余透射图像及第二剩余透射图像的灰度。
举例而言，如图4所示，将本实施例的方法用于通过x射线成像检测igbt模块410的中间焊层412的气孔。在igbt模块410中，还有金属散热基板411及附着芯片的覆铜陶瓷基板413(dieondirectbondingcopper，ddbc)，由于金属散热基板411、中间焊层412、ddbc413中都有较多的金属成分，在对igbt模块410整体成像时，dr图像中三层结构的图像叠加在一起，中间焊层412的气孔被其他层的纹理所遮盖，无法辨识，因此需要得到中间焊层412单独的图像。应用本实施例的方法，参考图4所示，可以按照以下步骤处理图像：对金属散热基板411单独成像，得到图像i1；对ddbc413单独成像，在成像时可以按照金属散热基板411与中间焊层412的厚度之和h调整载物台高度，得到图像i3；将ddbc413焊到金属散热基板411以获得完整的igbt模块410后，对igbt模块410整体成像，得到图像ic；空载成像，得到图像i0；再根据式(7)计算中间焊层412的图像，有
在一示例性实施例中，可以在计算目标层图像前，对剩余透射图像、多层透射图像及背底透射图像进行图像配准。图像配准通常可以包括坐标配准及灰度配准。举例而言，可以在载物台上放置参考物件，参考物件可以是易于成像的金属标记物，也可以以载物台本身作为参考。在对剩余结构体成像、对多层结构体成像及空载成像时，保持参考物件的位置不变，由此得到包含参考物件的剩余透射图像、多层透射图像及背底透射图像，可以根据参考物件在三幅图像中的位置，以其中一幅图像为标准，对另两幅图像进行平移、旋转、缩放等处理，使同一物体在三幅图像中的位置一致，实现坐标配准；同时根据参考物件在三幅图像中的灰度，以其中一幅图像为标准，调整另两幅图像的灰度色阶参数，使同一物体在三幅图像中的灰度一致，实现灰度配准。图像配准可以更好的降低或消除成像条件或成像环境等的差异对成像的影响，使目标层图像的计算结果更精准。
除了图像配准，还可以通过调整成像条件使剩余透射图像、多层透射图像及背底透射图像尽可能一致，在一示例性实施例中，剩余透射图像、多层透射图像及背底透射图像的成像条件可以相同，其中成像条件可以包括射线源电压、射线源功率、探测帧频、叠加帧数中的一种或多种。其中探测帧频是指探测器采集射线的频率，探测帧频越大表示探测器每采集一次射线的时间间隔越短；叠加帧数是指由多少帧图像叠加输出最终的图像。
图像配准与保证成像条件相同作为图像一致化的两种并行手段，可以分别采用，也可以同时采用。本实施例对比不做特别限定。
在一示例性实施例中，多层结构体可以包括多层结构工件，则所述方法还可以包括：根据多层结构工件的目标层图像检测目标层。因此，本实施例的方法可以用于检测多层结构工件中目标层的结构或缺陷，例如检测igbt模块的中间焊层，检测多层金属复合工件的中间金属层，检测复杂结构led灯珠的电极层等。
此外，本实施例的方法还可以应用于材料测试中分析多层材料的某一层的组分或密度，dr图像的去噪处理等其他多种场合，本实施例对此不做特别限定。
本公开的示例性实施例中还提供了一种基于透射成像的多层结构体图像处理装置，多层结构体由目标层及剩余结构体组成。如图5所示，该多层结构体图像处理装置500可以包括：透射成像单元510，用于分别对剩余结构体与多层结构体成像，得到剩余透射图像与多层透射图像；背底成像单元520，用于对剩余结构体与多层结构体的成像环境进行成像，得到背底透射图像；图像计算单元530，用于根据比尔定律，由剩余透射图像、多层透射图像及背底透射图像计算得到目标层图像。其中各单元的具体细节在方法部分的实施例中已经详细说明，因此不再赘述。
本公开的示例性实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够实现本示例性实施例的部分或全部方法的程序产品，例如可以实现以下步骤：获取对剩余结构体成像的剩余透射图像及对多层结构体成像的多层透射图像，其中，多层结构体由目标层及剩余结构体组成；获取对剩余结构体与多层结构体的成像环境成像的背底透射图像；根据比尔定律，由剩余透射图像、多层透射图像及背底透射图像计算目标层的图像，并呈现目标层的图像。
在一些可能的实施方式中，本公开的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种示例性实施方式的步骤。其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本公开的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
此外，上述附图仅是根据本公开示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是在多个模块中同步或异步执行的。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的示例性实施例，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。