分層攝影檢測系統與方法

2023-10-09 04:35:14 1

專利名稱：：分層攝影檢測系統與方法
技術領域：
：本發明涉及用於工業檢測的圖像成像方法，尤其涉及分層攝影檢測系統與方法。
背景技術：
：X光分M^技術己A^f周知。這種駄可為待測物體中的特定平面，^z:截面圖像，由jt爐行物體內部的檢測。在已知技術中，x光分層攝影系統包含x鄉、x光翻!l對用於定義圖像平恥、以及固定鵬(用於固定待測物體、將其置於x光源與x光翻ij器之間)。為取##測物體的x光圖像，已知技術通常禾傭x光源以及x光繊ij器的周期運動，來取徵寺測物體^i串的x光圖像；其中，x光w以對應待測物體進4話動，也可與X光翻!l器同時對應待測物體運動。在單一檢測周期中，X光源、待測物體、以及x光翻幡的相對健設定，均會對應待測物體中的特定平面，由此取得該特定平面的圖像，稱之為「焦平面」。縱^^單一周期中，x光源的相對位置不斷改變，焦平面上的任一點，仍會因為x光源與待測物體棘x光繊U器的相對健設定，固定投影於圖像平面上的單一對應點；而焦平面以夕M壬一點，貝噲因為X光源與待測物體的相對錢被，在圖像平面J^現多^點。將不同x光源健的所得圖像錢時，因為焦平面上的4h點，固定呈現於圖像平面上的對應^SL;所以，M圖像時，焦平面上f點的圖像，會顯得相當清晰，而焦平面以外的單點則因為x光源與x5Wi!l器相對^S的^，呈現多個M的圖像。MM合，X光翻lj器所取得的多個圖像，即可待測物體的特定截面圖像。過去已經開發出多種有效的分層攝影系統，可參見美國專利號4,926,452，名稱為"AutomatedLaminographySystemForInspectionofElectronics"、美國專利號5,583,904，名稱為"ContinuousLinearScanLaminogr^)hySystemAndMethod"美國專利號6,324,249，名稱為"ElectronicPlanarLaminogr^)hySystemandMethod"以及美國專禾!j號6,748,046，名稱為"Off-centerTomosynthesis";^||出以^#考0已知技術中的一種分Mi^系統，固定待測物體，並利用X光源與X光翻螺對應於待測物體的相對圓周運動，來取f躺測物體的多個圖像。在單一檢測周期中，X光源與X光翻蜷利用區間的相對運動，在圓周上的不同錢，禾,不同角度取得多個待測物體圖像。由於X光源與繊螺必須在圓周上不斷啟動與停止，因此檢測速度較慢，而所能取得的圖像數目也穀IJ限制。此外，禾擁圓周運動進行檢測的機臺也相對龐大、製造複雜，同時製造^*^昂貴。另一種已知技術，JiOT單一轉化檢測(singletranslationalscan),以由不同的角度取f維測圖像。此種檢測機制中，X光源必須瞄準待測物體，從而使得扇形的X光束，SM完整的待測物體表面。jtW卜，必須增加X光翻幡的數量，如財能在不同的檢測角度上取得圖像，取得足量的單一線性掃描圖像。雖然這種分層攝影系統具有簡單快速的掃描優勢，但是由於必須增加X光翩器的縫，仍會提高設備缽她X光源必繊行瞄準，也會使得系皿於，。旨另一種已知技術，利用大型,抓alargeformatcamera)來取f,測物體的圖像。在單一檢測周期中，X光源與X光繊!l器固定，而待測物體則在X，與X光翻離之間移動；這樣，待測物體的不同部分，可同時sm^ai:^現不同角度的圖像。雖然此種方法可以節省X光源以及M^lTIit動的^，但是iJ^因為採用大型M^抓alargeformatcamera)而提高費用。財卜，在檢測過程中移動待測物體，也可肯膨響^m穩定度，而斷氐圖像的質量。財卜，待測物體本身因為重力而誠的彎曲，也是分層檢測的一個難題。待測物體的彎曲，可能在物體的實際位置與檢測系統估計CT之間形成偏差。由此，分層攝影所錢的截面圖像，可能不會是實際選定平面的圖像，而是位移之後的其它平面圖像。為解決jtbt題，美國第5,678^095號專利已經揭露一種彎鵬卜償的機制，於jtki!W故為參考。此種已知的彎曲,H嘗機制，需要1M5^^l5fe設定的計算機輔助設計(CAD)數據，與實際取得的圖像繊進行t瀏，以獲f辦測物體的彎曲禾雖。在圖像魏的過粒中，必須利用此種彎鵬卜償計算，來取得選定區域的截面圖像。但實際應用時，常因為選定區^B法與CAD皿精確對應，^無法予!5fe獲得足夠的CADi^，而無法精確修ID^m彎曲。因此，產生改良分層攝影系統的需求，希望倉辦克服前述先前技術產生的問題。
發明內容本發明揭露一種分層攝影檢測系統與方法，其可利用簡便的彎曲補償計算方法，有效地建立待測物體中選定平面區域的截面圖像。依據本發明的一種優選實施例，分層攝影檢測系統包含輻射源，多個線性圖像感測器(其可定義圖像平面)、固定桌面(以將待測物體固定於輻射源以及線性圖像感測器之間)、以及計算裝置(可處理多個圖像感測器所取得的圖像)。輻射源與圖像感測器可通過一連串的並行線性掃描，使輻射光線穿越待測物體，從而完成周期性檢測。由此，計算裝置可以計算不同角度之下所獲得的圖像，同時適當地利用偏移與縮放來調校圖像，從而重建待測物體中特定區段的截面圖像。依據本發明的優選實施例，計算裝置也可在偏移與縮放圖像的過程中，加入彎曲補償的校正，以獲得待測物體的圖像。彎曲補償可以利用立體圖像法來計算。本發明的系統與方法，具有節省費用的優勢，同時可以利用簡便的方法計算彎曲補償，而無須取得待測物體的CAD數據。前述內容並非用以限制和縮小本發明的保護範圍。上述系統與操作可利用多種方式達成，而其變形與修改均落在本發明的保護範圍中。其餘方面、發明特徵、以及本發明的優勢，由權利要求範圍所定義，同時參照下列實施方式，其內容並非用以限制和縮小本發明保護範圍。圖1A為依據本發明的一種實施例所設置的分層攝影檢測系統透視示意圖IB為依據本發明的一種實施例所設置的分層攝影檢測系統側面示意圖1C為依據本發明的一種實施例，由分層攝影檢測系統進行掃描的運作模式示意圖2A、圖2B、圖2C、與圖2D為本發明重建待測物體特定區域X光圖像的原理示意圖2E顯示本發明決定彎曲補償的機制；圖3為流程圖，顯示依據本發明的一種實施例，進行分層攝影檢測的步驟流程；圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、與圖4E顯示X光圖像的範例，此種X光圖像依據本發明的分層攝影檢測所取得的圖像，其中，圖4B是施加位移參數Lsx與Lsy後，在Z-15的焦平面上的X光重建圖像；圖4C是施加位移參數Lsx、LsY及縮放參數/後，在Z-15的焦平面上的X光重建圖像；圖4D是施加位移參數Lsx與LsY後，在Z=-15的焦平面上的X光重建圖像；圖4E是施加位移參數Lsx、LSY及縮放參數/後，在Z^15的焦平面上的X光重建圖像。主要組件符號說明100:檢測系統102:X光源104:固定桌面106:待測物體108:圖像感測器110:計算裝置112:支撐框架410、420:分層412、418、424、428、429:缺陷P:特定區段S:輻射源D:圖像平面D,、D2、D3:感測器F:焦平面H、H。、H,、h、Rx、Ry:距離0、Oh:取樣點01、Ohi、Oi，、Oh，成像點Lsx、Lsy:位移參數f:縮放參數I,、I2:圖像具體實施例方式本發明揭露一種經濟實用的分層攝影檢測系統與方法，其可利用便利的彎曲補償計算方法，獲得待測物體中特定平面的截面圖像。在此所稱的輻射源指一種能量來源，用以產生電磁輻射，用作x光攝影，其中包括但不限於x光源、伽碼射線、或其它類似物。此外，圖像感測器指用以接收由輻射源發射、穿越待測物體的電磁輻射，並可產生待測物體圖像信號的裝置，其中包括但不限於X光感測器、伽碼射線感測器、或者其它類似物。圖IA和圖IB為依據本發明的一種實施例所設置的分層攝影檢測系統示意圖。檢測系統100包含X光源102、用以放置待測物體106的固定桌面104、線性X光感測器108、以及計算裝置IIO。X光源102位於固定桌面104上，並可發射錐形X光，使X光穿越待測物體106，照射在感測器108上；感測器108位於待測物體106下，位置對應於X光源102。各個線性感測器108均可將穿透過待測物體106的X光轉換為圖像信號，並將之傳送至計算裝置110進行分析。參照圖1A，為了更詳細說明本發明，此處將以任意的X、Y、Z軸向輔助說明檢測系統100的。固定桌面104固定在水平平面上，平行於X軸與Y軸。X光源102固定在垂直軸向上，其平行於Z軸並垂直於固定桌面104。X光源102由馬達驅動(未顯示)，可獨立沿著X、Y、或Z軸移動。X光源102包括但不限於任何標準的X光發射管。線性X光感測器108與支撐框架112位在同一平面上，各個感測器108在X軸方向上具有固定距離，在Y軸方向則為平行。依據本發明的一種優選實施例，系統具有三個線性感測器108，分別由類似於電荷耦合器件(chargecoupleddevices)的X光感測組件形成，其形狀為線性或單一軸向排列。然而，本領域技術人員應理解線性感測器108的數量可隨著不同設計需求而更動。支持框架112可獨立沿著X、Y、或Z軸運動，如此可對應於待測物體106與X光源102，設定感測器108的位置。X光源102與線性感測器108的相對位置，可以依據所需的焦平面、以及最佳X光圖像解析度的需求，進行設定。圖1C揭露依據本發明的一種實施例所設置的系統100的檢測周期。在單一檢測周期中，測試對象106保持固定，而X光源102與感測器106同步移動，從而掃描待測物體106。測試周期包含線性掃描路徑114，其平行於X軸，同時逐漸增加Y軸方向位移，以完整掃描待測物體106的表面區域。經過--個周期的掃描之後，三個線性感測器108可分別針對待測物體106的掃描區域，取得三個不同角度(對應於X光源102)的X光圖像數據。依據本發明的一種實施例，可以繼續增加Y方向上的位移，而相連接的掃描路徑可以重疊。就待測物體106的特定掃描部分而言，可以通過增加掃描路徑，來增加檢測角度。因此，無須增加任何圖像檢測器或費用昂貴的掃描動作，即可讓計算裝置IIO取得更多不同檢測角度的X光圖像數據。同時，本領域技術人員應理解，前後兩條路徑可以重疊，也可為相異的兩條路徑。此外，除了採用三個感測器以外，也可以在其它實施例之中，利用單一感測器，經過三個線性掃描路徑，以三個對應X光源102的不同檢測角度，取得三組相同的圖像。採用上述方法所得的圖像，計算裝置110即可產生待測物體106的分層攝影檢測圖像。圖2A、圖2B、圖2C、與圖2D為利用不同檢測角度，組合X光圖像數據，從而重建區段P的圖像的主要原理示意圖。為能詳細說明其內容，於此釆用下列代號。距離H,為X光源S到圖像平面D的距離，圖像平面D上具有感測器D,、D2、D3。感測器D,安排在相對於光源S的左邊偏角，感測器D2安排在光源S的垂直位置下，而感測器D;則是安排在相對於光源的右邊偏角。距離Ho為焦平面F與X光源S之間的距離，h則是目標對象P以及焦平面之間的距離。距離Rx為兩個相鄰感測器之間的距離，而長度Ry則為兩個連續掃描路徑之間的Y軸位移。當系統100掃描檢測待測物體106時，位於待測物體106之中、焦平面F之外的區段，會在圖像平面D中形成相異的圖像，其分別具有不同的形變以及位移。因此，在圖像平面D中，只有焦平面F之上的各點會具有清晰的圖像，而焦平面F之外的各點則會顯得模糊。為了重建待測物體中的特定區段P，必須對不同角度檢測而得的X光圖像數據進行適當的位移與縮放，再將之重疊，以針對特定區段P產生適當的對應圖像。上述位移與縮放的參數，可分為X軸和Y軸，詳述如下。圖2B顯示如何根據平行於X軸與Z軸的投影平面，決定X軸向上的位移與縮放參數。在此投影平面之中，焦平面F中的一點O將對應圖像平面D中的一個圖像點Oi，而垂直於O點之上、位於特定區域P中的一點Oh，則會對應圖像平面D中的一點Ohi。利用簡單的幾何投影，可得圖像平面D之上Oi與Ohi之間的位移參數Lsx為Lsx=hxtanQ=hRx/H,此外，當光源S在X方向上進行線性掃描時，待測物體106中、特定平面P內X方向上的區段Oh-M，會毫無變化地投影至圖像平面D上。此時，X軸向上的縮放參數為l。同樣地，圖2C顯示如何根據平行於Y軸和Z軸的投影平面，決定Y軸上的位移參數Uy。在此投影平面中，焦平面F中的一點O，會在圖像平面D之上成像於Oi，，而特定區域P中的一點Oh，，則會在圖像平面D至上成像於一點Ohi，。圖像平面D中，Oi，與Ohi，之間的位移參數Lsy可由下列關係表示'Lsy=h，xtanQ，當h^hxH!/Ho而tane，二(Ry+Lsy)/H,時，位移參數Lsy可表示為Lsy=hxRy/(HO-h)圖2D顯示如何根據二行於Y軸和Z軸的投影平面，決定Y軸上的縮放參數f。假定特定平面P中的區段Oh'-M，會在圖像平面D中形成變形的圖像Ohi'-Mj，則縮放參數f可由下列比例定義Oh'-Mh/(V-Mi=Lh/Lj。利用相似三角形，Y方向上的縮放參數可表示為f=(Hl-h，)/Hl=1-德0下表1分別顯示重建待測物體中特定平面的X光圖像時，X方向與Y方向的位移與縮放參數，其中h代表相對於焦平面的高度。tableseeoriginaldocumentpage11表l利用上述位移與縮放參數，即可在待測物體的z軸向上，適當地重疊x光圖像，以重建待測物體的x光圖像。依據本發明的內容，對x光檢測系統進行其它設定，還可發現其它優點。尤其，可以簡便地進行z軸方向上的彎曲補償計算。參照圖2E，該圖揭示利用立體成像法(stereoimagingmethod),決定待測物體在Z軸方向的彎曲補償。就特定區段W而言，利用立體成像法時，感測器D2與D,分別取得兩個圖像l2與I,，而區段W對應於表面的相對高度則為H。假設a與Dh代表圖銜2與I,的個別位置，而r(0)為圖像解析度，則區段W的實際高度H可表示為H二Hp(Dn-Dh)xr(0)—Rx利用上述公式計算待測物體中的特定區段，即可在掃描後推知Z軸的對應位置數據，並憑藉位移參數與縮放參數，加入彎曲補償，以正確重建待測物體中特定A段P的圖像。由此，無須待測物體的CAD數據，也可計算彎曲補償。請參見圖3與圖1A、圖1B、圖1C，以說明依據本發明的一種實施例，進行分層攝影檢測的步驟。步驟302中，將待測物體106放置在檢測系統100中。在X光圖像系統開始掃描待測物體之前，會先在步驟304進行初步設定，利用調整X光源102、對象106以及感測器108的相對位置，定義焦平面以及適當的圖像解析度。步驟306進行掃描，其中X光源102發射錐形X光束，並與感測器108同步移動，經過平行的線性掃描，完整檢測待測物體106。由此，即可由不同角度，取得多個待測物體106的X光圖像，從而重建待測物體106中特定區段P的截面圖像。就此目的而言，在步驟308中，檢測系統100會要求系統操作者輸入特定區段P相對於焦平面F的高度h。接著進入步驟310，在產生特定區段P的截面圖像之前，計算裝置110會先行計算重建區段P的截面圖像所需的彎曲補償。如圖2E所述，通過待測物體在Z軸方向上的X光圖像數據，即可計算待測物仿的彎曲補償。在步驟312中，利用輸入的高度h以及彎曲補償數據，計算裝置110可以計算適當的位移與縮放參數，並且利用這些參數重建選定區段P的正確圖像。例如，圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、與圖4E顯示依據本發明的分層攝影檢測方法所得的圖像範例。圖4A顯示待測物體的組態，其中包括焊接點分層410與420，其相互平行，並上下重疊。分層410與420分別具有3x3數組的焊接點。在本例中，分層410與420之間的分隔g以及焊接點之間的間隔p均為舉例所用的任意單位。例如，焦平面F設在Z-O的坐標點上，對應於中央平面，對於分層410及420等距。待測物體包含多個缺陷412、418、424、428、與429，這些缺陷會顯示在重建的X光圖像中，可見下列圖4B、圖4C、圖4D、與圖4E。圖4B與圖4C顯示焊接點分層410的X光重建圖像，其對應於焦平面F的坐標為Z-15。圖4B顯示的X光重建圖像402，位移參數為1^=7.5與、=35.294。未施加縮放參數的情況下，重建的X光圖像402在Y方向發生變形。圖4C顯示重建的404，其經過Y方向縮放參數f=0.85/2的調整，如此即可適當地修正Y軸方向的變形。同時參照圖4A與圖4B、圖4C，重建的X光圖像402與404正確地顯示了焊接點412與414之間的缺陷418，以及焊接點412的中空缺陷416。圖4D與圖4E顯示焊接點分層420的X光重建圖像，相對於焦平面F，其坐標為Z二15。同樣地，圖4D中的X光圖像406，利用位移參數1^=-7.5與1^=-26.087進行重建，而圖4E中的X光圖像408，則是由同樣的位移參數，加上縮放參數f-1.15/2，以校正Y方向上的變形。重建的X光圖像406與408正確地顯示了與焊接點426連接的缺陷428，以及焊接點422的中空缺陷424。如上所述系統與方法，可依據本發明的基本原理，有效地利用X光感測器所取得的圖像，重建待測物體中特定區段的截面圖像。須通過多個周期的並行線性掃描，取得多個不同視角的圖像，即無須增加圖像感測器的數量。本發明的詳細內容已參照實施例說明如上，上述實施例僅用於舉例說明，並非用於限制本發明。本發明具有諸多變化、修改、以及改進的可能，可以利用此處所提供的單一範例，推導出其它多種應用範例。個別的結構與應用可能與其它結構或組件結合。本領域技術人員對此進行的修改、變更、與改良均在本發明權利要求的範圍內。權利要求1.一種分層攝影檢測系統，包含輻射源；多個線性圖像感測器，其可定義圖像平面；固定桌面，其可將待測物體承載於固定位置，該固定桌面位於該輻射源與該圖像感測器之間；以及計算裝置，其可處理該圖像感測器所取得的多個圖像；其中，該輻射源與該圖像感測器的設置，可利用一連串並行線性掃描，以不同視角對該待測物體進行檢測，取得該多個圖像。2.如權利要求1所述的系統，其中該計算裝置可組合不同視角所取得的該多個圖像，以建立該待測物體中的特定區段的截面圖像。3.如權利要求2所述的系統，其中該計算裝置可計算多個位移參數與多個縮放參數，通過組合該多個圖像，以重建該待測物體中該特定區段的該截面圖像。4.如權利要求3所述的系統，其中該位移參數與該縮放參數由平行於該圖像平面的二個坐標軸決定。5.如權利要求1所述的系統，其中該輻射源可發射錐形X光束，該X光束可穿過該待測物體，投射於該圖像感測器上。6.如權利要求1所述的系統，其中該圖像感測器包含至少一個中央線性感測器，該中央線性感測器垂直位於該輻射源下，並位於該固定桌面上，另外包含二個側邊線性感測器，該側邊線性感測器相對於該輻射源傾斜。7.—種分層攝影檢測方法，包含-進行多個線性掃描，其可檢測位於固定位置上的待測物體的特定區域，以由不同的多個檢測角度，取得該待測物體的多個圖像；以及結合該圖像，以重建該待測物體中該特定區域的截面圖像。8.如權利要求7所述的方法，其中結合該圖像的步驟包含計算多個位移參數與多個縮放參數，該位移參數與該縮放參數用以組合所取得的該圖像。9.如權利要求8所述的方法，其中該位移參數與該縮放參數對應於與該圖像平面平行的二坐標軸所決定。10.如權利要求8所述的方法，其中還包含決定彎曲補償的步驟，該彎曲補償可用以計算該位移參數與該縮放參數。全文摘要一種分層攝影檢測系統，包含輻射源、多個線性圖像感測器、固定桌面、與計算裝置；其中多個圖像感測器可以定義圖像平面，固定桌面可以將待測物體固定於輻射源與圖像感測器之間，而計算裝置則可以處理感測器所獲得的多個對象圖像。輻射源與圖像感測器可在待測物體上，進行多個平行的線性掃描，以經由不同角度，取得待測物體的圖像。利用上述方法取得圖像數據之後，計算裝置可以定義彎曲補償，接著重建待測物體中特定區段的截面圖像。文檔編號G01N23/02GK101315341SQ20071014007公開日2008年12月3日申請日期2007年8月14日優先權日2007年5月31日發明者李孟坤,溫光溥,陳世亮申請人:德律科技股份有限公司