微纳CT焦点漂移校正方法研究

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近年来,随着X射线源技术和探测技术的发展,微纳CT逐渐进入人们的视野。微纳CT作为一种高分辨率的无损检测仪器,具有焦点小、空间分辨率高、检测速度快、图像质量好等优点,主要用于检测微小物体内部的微观结构,其在微电子、材料、生物等领域具有重要的应用价值。微纳CT空间分辨率可达到微米级甚至亚微米级。研究发现,除了X射线源焦点尺寸、探测器像素尺寸、扫描运动精度这些影响微纳CT空间分辨率的主要因素外,射线源焦点位置漂移对CT图像质量和空间分辨率也有重要影响。本文针对这一问题进行研究,并提出了一种基于投影图像自适应特征匹配的方法,实现实时有效的焦点漂移校正。首先,仿真分析了焦点漂移对重建图像质量的影响。论证了本文所用微纳CT的转台跳动误差相对焦点漂移可以忽略不计,可以通过投影图像的偏差反推焦点漂移量。然后,通过线框模型分析了环境温度和射线源功率对焦点漂移的影响,发现虽然环境温度对焦点漂移影响不大,但是射线源功率与焦点漂移有很大关系,一般地,焦点漂移量与射线源功率成正相关。通过实验进一步发现,微焦点射线源的焦点漂移主要是靶的热膨胀产生的位置漂移。并得出焦点漂移具有一定规律性和随机性的结论,因此需要实时校正。同时我们发现,焦点漂移在开源大约30min后会趋于稳定。其次,基于以上分析,我们提出了一种新的微纳CT焦点漂移校正方法,即基于投影图像自适应特征匹配的方法。该方法是在参考扫描补偿法的基础上进行改进的,创新点是通过自适应特征匹配的方法来对比实际投影和参考投影,求解焦点漂移量。并用插值后的焦点漂移量补偿实际投影,重建得到校正的图像。大量实验验证了该方法的有效性,并与基于相位相关的参考扫描补偿法的校正效果进行了对比,结果表明本文方法的焦点漂移量求解速度和校正效果都优于基于相位相关的参考扫描补偿法。本文提出的方法,射线源焦点漂移量求解速度快、结果准确、校正效果好,且操作简便,能很好地校正由于焦点漂移造成的图像模糊和畸变,有效提升重建图像质量,具有很好的工程实用性。
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