使用双能X射线计算机断层扫描多材料组件

使用双能X射线计算机断层扫描多材料组件

1介绍和动机

工业三维计算机断层扫描(三维重建)是一种新的质量控制方法,已成功引进了在该地区的非破坏性测试的材料和尺寸计量。可以解释3DCT的原则的基础上的一个对象的射线照相测量通过X-射线和[4],如下所示:X射线计算机断层扫描图像生成一系列的放射线图像。在这种情况下,被捕获的放射线照相图像,也就是说,通过将对象从转盘上的每一个角度位置的测量对象的X射线衰减。整个图像的一系列的X光片,让一个完整的,三维重建,测量体积。在特定的测量任务显示在3DCT测量和降低质量做出评价CT测量不可能的三维重建问题。与材料的密度和原子序数,因此,X射线吸收的差异大的多材料组件只适合3DCT由于各种物理效应。特别是在其中具有高的X射线的吸收材料(例如钢或铜)满足材料的低X射线吸收的区域(例如,塑料),被强烈集成人造结构的工件[3]中的重建的数据,这是不存在的实分量的形式。的工件的特性决定的,除其他因素:传输长度,组件的几何形状,位置和方向在锥形束的材料组合。在许多情况下,防止文物的CT数据(见图1)强大的评估。这项工作的主要目的,使用双向观看经CT扫描的辐射,以减少所谓的定向文物与联合国

图1多材料组分。从CT扫描照片和3D渲染不同的方向。从3D渲染显然是可见的数据通过定向工件在不同形式的辐射。

2神器减少X射线计算机断层扫描使用双向观测和统计分析的管道

本工作的基础是双观看两个单独的测量与统计分析相结合的方法。示的各个步骤的管道(图2)。

2.1。双观看

查看测量物体的双重技术两次tomographed,其特征在于,在两次测量之间的锥束的测量对象的取向发生变化。用这种方法生成的这两个记录有不同程度的定向文物。当选择的方向锥形束已采取主要实现可能不同神器的严重性。

2.2。注册

所提出的管道注册组件由两个步骤组成。在第一步骤中,手动进行粗配准。此步骤主要是大致彼此对齐的记录,以保持低注册所需的时间。在第二步骤中,进行自动精确配准。细登记,刚性的登记方法

图2使用双观看和统计分析的X射线计算机断层扫描方向的工件的减少管道

用于度量各个测量值之间的灰度值的均方误差最小化。为了进一步改善性能,注册,可以集中在一个特定的,无伪影的部分,可以由用户定义的配准精度。

2.3。概率计算

后的数据记录集给对方,在统计分析中的成员的每个体素的概率计算浏览过的材料。基于贝叶斯定理[1],这个量是一个多维概率计算含有[2]每个概率矢量的空间位置。向量的每个元素都描述了属于数据中存在的材料(例如空气,塑料,金属)的每个体素的概率的概率。贝叶斯定理从而允许上的测量对象物的材料(化学式1)在发生的所有的CT数据的分类。

配方1:贝叶斯定理

灰度值

图3贝叶斯定理使用一种多组分的材料的例子中有3张材料,特征向量x,ω类别...,第(|ωj)...的可能性,P(ωj| x)的后验...

中的特征矢量x的CT数据集的灰度值被使用。的特征向量可以进一步包括梯度斜率或类似性质。出于效率的考虑,除非在所提出的工作,但是。对于安置每个类的K-均值聚类算法的可能性,σμ和标准差的平均值确定。的可能性本身被​​假定为高斯分布,并置于提取的μ和σ。后的每个类别的似然函数中提取,并可以计算出每个类别的概率的后验概率卷。这个概率卷用于所有进一步的评估。

2.4。数据融合

的统计分析,生成的数据集,且包含的灰度值,而不是一个在每个空间位置的概率矢量。这个概率向量描述属于记录中的所有现有材料的可能性。的概率矢量的组件已经被归一化的概率,因此,值的范围为0 - 第一前为了考虑每个数据集的特性的数据合并乘以相应的概率向量记录中的每个空间位置。然而,这在两个数据集的高概率,只有轻微的影响,具有非常不同的值(例如0.2~0.8),得到的概率值大大降低。

3结果与讨论

3.1。多材料组件的汽车行业

试验第1部分(图1)是在汽车行业中的多材料的组成部分。特别是在金属标签领域的增强发生在工件上的数据记录。 1试验部分tomographed以下参数:加速电压为190千伏,电流350 uA,0.5 mm铜过滤器,积分时间1000毫秒,990预测。将得到的16-b​​it数据集在一定程度上的936 * 936 * 576的体素的体素的大小为70微米。基于试验第1部分,生成的概率卷。的概率卷都包含在一个单一的材料的概率的概率数据矢量中的每个空间位置。图4示出的塑料概率的横截面图像被显示,属于所考虑的材料的白色光具有高概率的,概率低颜色编码的暗黑色。同样地,用于空气和金属的概率可以表示。原稿方向的锥束中的试验片1示出在相应的小型化渲染。数据融合前的定向文物的表达是明确的,适合每个方位。在个别测量定向文物被标记为红色。当两组数据融合的概率值减少在不安全的区域,即工件可以抑制在融合所产生的数据集。在两个单独的测量中具有高概率区域保留在合并后的数据集。

图4截面图像的概率卷。考虑一种材料:塑料。图中所示的各个测量值,合并后的数据集。通过数据融合神器易发区域被抑制,只有集成领域具有高概率。

另一种方法来验证双向观测方法是使用轮廓线的可视化。等值线沿着这条插值概率值是一个常数。不同Isowahrscheinlichkeit数等值线插值是清楚的线条在哪些领域出现大幅波动。剧烈波动的轮廓表明违规(如文物记录),覆盖等高线表明强,神器边缘。试验的第1部分的一部分的应用是清楚地看到1的工件中的数据,在记录的方向2,和不存在于取向。当合并的结果是成功地避免文物被集成到所产生的数据集(见图5)。

轮廓提取生成的概率卷。考虑一种材料:塑料。示出:在0.3和1之间,0; 5等值线插值沿着每个常数的概率。通过数据融合,高概率采取的唯一地区。

3.2。灯座

测试第2部分是白炽的版本,可在任何五金商店。重复实验2,加速电压为190千伏的加速电压,电流350微安,0.5 mm铜过滤器扫描,和1000毫秒的积分时间和900突起。由此产生的记录是333 * 333 * 293像素大小,用一个像素大小为82微米。的灰度值被再次表示在图16中的位。为了测试第2部分,另一种技术表明,以可视化的后验概率和双向观测结果:直接体绘制(DVR参见图6)。手段DVR将产生效果图,除了0.0的概率为1.0

直接体绘制。此外定义的颜色出血Opazitätsinformationen也被应用到的概率数据集。所有的工件(红色标记)不包括在合并后的数据集的

定义的梯度Opazitätsinformationen也适用于数据集的概率。此外,在本演示中查看看见的双重概念的优势。工件(红色区域)不包括在合并后的数据集。在金属触点文物领域的确实可以降低,但不能完全防止。这样做的原因是,这个区域是在输入数据集的强具有工件。

4总结

本文提出了一种方法,减少定向文物的。使用双观看和统计分析,可以从各个测量值,这反过来又进行优化的数据的基础上形成的数据融合生成的归一化后验概率卷。所提出的方法进行了分析通过三种不同的可视化方法(横截面图像的材料概率Isowahrscheinlichkeitslinien,直接体绘制)使用两个不同的测试数据集。方法的主要优点是,一方面通过定向辐射的文物可以减少附加信息的整合,包括从个体的测量没有任何瑕疵。通过灰度变换中的数据的数据归一化的材料概率发生。尽管如此,它仍然是,该方法在这两个数据集的地方有文物,已达到其极限,双观景增加了测量时间。

5致谢

所提出的工作部分桥项目“的SmartCT精确的几何形状的决心和界面特征多材料组件使用锥束CT”,并在K表,项目的非破坏性检测和断层扫描的奥地利研究促进署FFG(项目详情位于http://www。 3dct.at)。多材料组件的汽车行业已经提供由公司FCI奥地利的。

证书

[1] R. O.杜达,PE哈特,:DG Stork.Pattern分类(第二版)。威利跨学科,2000年。
[2] C. Heinzl,J.卡斯特纳,T.穆勒,E.Gröller,多材料部件采用双能CT的统计分析。诉讼中的第13届国际研讨会视觉的情况下,建模,可视化2008(2008),页。 179-188。
[3] J.谢。计算机断层扫描:原理,设计,文物与最新进展。 SPIE国际光学工程学会,2003年。
[4] J.卡斯特纳,E. Schlotthauer,城堡P.霍尔泽,D. Stifter。的x射线计算机断层扫描和光学相干断层成像玻璃纤维聚合物基体复合材料的表征比较。在世界会议无损检测,2004年,第71-79页,2004页。


TAG:

在线客服

技术支持
点击这里给我发消息
产品咨询
点击这里给我发消息