一種錐束ct系統三維圖像的分辨率測試方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種錐束CT系統的三維圖像分辨率的測試方法。
【背景技術】
[0002] 錐束CT利用錐形束射線源和平板探測器采集被測試物體的投影數據，利用錐束投 影數據重建得出物體三維圖像的技術，具有掃描速度快、數據信息量大以及圖像直觀的技 術特點。在醫學病情診斷和工業無損檢測等領域已顯示廣闊的應用前景。
[0003] CT系統質量保證及圖像可靠性評定是CT研究領域的重要方向，CT系統性能指標測 試方法的研究已在醫學臨床、工業CT工程應用中開展。空間分辨率和密度分辨率是CT系統 兩項重要性能表征參數，也是CT設備質量保證的關鍵因素。空間分辨率，指從CT圖像中能夠 分辨特定的最小幾何細節的能力，定量的表示為能分辨兩個細節特征的最小間距，醫學臨 床上體現為對小病灶或結構的成像能力，工業CT上體現為對細節特征(氣孔、裂紋）的辨別 能力;密度分辨率是CT系統分辨給定面積映射到CT圖像上射線衰減系數差別(對比度)的能 力，定量的表示為給定面積上能夠分辨的細節(給定面積)與基體材料的最小對比度。
[0004] 目前，國內工業CT系統空間分辨率、密度分辨率測試方法及標準試件都是針對扇 束CT二維圖像所設計的，尚無針對錐束工業CT的三維圖像的分辨率測試方法及標準試件。 而在錐束CT中應用線對卡法、圓盤法等方法測試空間、密度分辨率，僅能得到與射束方向平 行平面上的空間、密度分辨率，不能實現錐束CT三維圖像尤其Z軸上的分辨率測試，目前，國 內科研人員在錐束工業CT三維圖像分辨率測試領域的研究尚無報導。

【發明內容】

[0005] 本發明所要解決的技術問題是提供一種錐束CT系統的三維圖像的分辨率測試方 法，該方法可以用于測試三維CT圖像的空間分辨率和密度分辨率。
[0006] 本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種錐束CT系統三維圖像的分辨 率測試方法，包括采用圓球標準試件，其特征在于:包括以下步驟：1)獲取圓球標準試件的 三維CT圖像；
[0007] 2)獲取三維CT圖像的灰度值分布情況，設定閾值，進行二值化處理，獲得二值化圖 像；
[0008] 3)計算二值化圖像的圓球標準試件的球心坐標；
[0009] 4)計算二值化圖像的圓球標準試件的半徑R;
[0010] 5)利用上述步驟3)、4)得出的球心坐標和半徑R，使用三維CT圖像的圖像灰度值， 測試三維CT圖像的空間分辨率和密度分辨率。
[0011] 為了使獲取的圓心、半徑和圓球輪廓更加準確，步驟2)具體為，設該三維CT圖像的 灰度值分為〇到m級，選取一經過整個圓球內部及邊界的截面，該截面盡量靠近球心，獲取整 個截面上的像素的灰度值分布情況，設為a到b，其中0<a<b<m，則將半高寬值設定 為閾值，并進行整幅三維CT圖像的二值化處理，即將灰度值小于的值定義為0,灰度 值大于的值定義為1，得出圓球標準試件的二值化圖像。
[0012] 優選地，上述步驟5)中的測試空間分辨率的步驟具體包括計算邊界響應函數 (ERF)曲線;通過該邊界響應函數曲線得到點擴散函數曲線;通過該點擴散函述得到反映空 間分辨率的調制傳遞函數。
[0013] 優選地，該計算邊界響應函數曲線的具體步驟包括選取經過球心的任一方向的截 面作為圖像分辨率測試平面，得到該圖像分辨率測試平面的CT圖像，以球心為中心，選取外 徑尺寸為R+15像素、內徑尺寸為R-15像素的一個圓環區域作為數據分析區域，該圓環區域 涵蓋整個圖像分辨率測試平面的邊界，對該圓環區域內的像素點進行分組，與球心之間的 距離相同的為一組，然后計算每組內的像素的灰度值的平均值，得到像素的灰度值的平均 值與距離球心的距離之間的關系曲線，即邊界響應函數(ERF)曲線，對該邊界響應函數 (ERF)進行插值處理，對經過插值后的曲線進行最小二乘立方擬合，建立距離與擬合后四位 像素灰度值的平均值之間的關系曲線，即平滑邊界響應函數曲線。
[0014] 優選地，計算點擴散函述的具體步驟為:對邊界響應函數曲線進行分段擬合，并對 每一次擬合得出的多項式進行求導，計算中間點在每個導數解析式對應的值，得出距離與 導數值的關系函數，對該關系函數進行歸一化處理得出點擴散函數曲線。
[0015] 優選地，得到調制傳遞函數的具體步驟包括對點擴散函數進行離散傅里葉變換， 變換后的幅值在零頻處進行歸一化處理，對得出的曲線進行坐標標定，得出錐束CT系統中 該指定方向上的反映空間分辨率的調制傳遞函數。
[0016] 優選地，上述步驟5)中測試三維CT圖像的密度分辨率的具體步驟，包括選取經過 球心的任一方向的截面作為圖像分辨率測試平面，得到該圖像分辨率測試平面的CT圖像， 在該圖像分辨率測試平面的CT圖像的中心區域內選擇一方形區域，將該方形區域劃分為大 小相同的η Xη個方塊，η可以為任意自然數;不同的η進行劃分的方形區域所對應的方塊大 小不同，對于每種尺寸的方塊，計算各個方塊內的像素灰度值的平均值，然后計算每個方塊 內的平均值的標準偏差，得出該方塊尺寸下的平均標準偏差〇,建立方塊尺寸和平均標準偏 差之間的關系曲線，將平均標準偏差表示為占方形區域的像素灰度值的平均值的百分比， 得出該百分比與方塊尺寸之間的關系曲線，即得出該錐束CT系統中該指定方向上反映密度 分辨率的對比度鑒別函數。
[0017] 優選地，該圓球標準試件，以實際工作中CT系統檢測的產品的材料相近的材料制 成，圓球標準試件直徑為錐束CT系統的成像范圍尺寸的70%。
[0018] 優選地，方形區域中心與球心重合，其對角線長度為圓球標準試件直徑的60%。
[0019] 與現有技術相比，本發明的優點在于該錐束CT系統的三維圖像的分辨率測試方 法，根據二值化后的圖像確定球心、半徑和輪廓，不但準確而且速度快速，而且能夠快速測 出三維CT圖像的空間分辨率和密度分辨率。
【具體實施方式】
[0020] 以下結合實施例對發明作進一步詳細描述。
[0021]本發明實施例的錐束CT系統三維圖像分辨率的測試方法，采用圓球標準試件，該 圓球標準試件以實際工作中CT系統檢測的產品的材料相近，通常采用不銹鋼、鋁合金、樹脂 類材料等制作，圓球標準試件直徑選擇一般為錐束CT系統的成像范圍尺寸的70%。
[0022]三維圖像的分辨率測試方法如下：
[0023]步驟1:將圓球標準試件置于轉臺中心位置，并加裝固定裝置，調節錐束CT系統設 備至正常工作運行狀態，調節設備掃描參數，掃描獲取圓球標準試件的三維CT圖像。
[0024] 步驟2:在三維CT圖像中獲取圓球圖像的灰度值分布情況，設定閾值，進行二值化 處理。具體的實施方法如下:設該三維CT圖像的灰度值可以分為0到m級，選取一經過整個圓 球內部及邊界的截面，該截面盡量靠近中心，獲取整個截面上的像素的灰度值分布情況，設 為a到b，其中0 < a < b <m，則將半高寬值設定為閾值，并進行整幅圓球三維CT圖像的 2. 二值化處理，即將灰度值小于的值定義為〇,灰度值大于的值定義為1，得出圓 2 2 球標準試件的二值化圖像。
[0025] 步驟3:計算二值化圖像的球心坐標，具體為:在二值化圖像中選取同一方向的兩 個平行截面，得出兩個平行的圓面，在每個圓面上采用從圖像四周向圖像中心設置搜索線， 查找最外側的灰度值為1的邊界點，作為圓面外環輪廓線，進行360度搜索，對于獲得的圓面 邊界輪廓坐標進行圓周擬合，計算得出圓心，經過兩個平行圓面的圓心畫出一條過球心的 直線，同理，選取另一方向上的兩個平行截面，得出另一條過球心的直線，兩條直線的交點 即為球心。
[0026] 步驟4:計算二值化圖像中的圓球標準試件的半徑R，在任一方向上選取經過二值 化圖像的球心的截面，得到一圓面，在圓面上采用從圖像四周向圖像中心設置搜索線，查找 最外側的灰度值為1的邊界點，作為圓面外環輪